СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОКЕАНА Российский патент 1995 года по МПК G01W1/08 

Изобретение относится к метеорологии и мониторингу окружающей среды и может быть использовано для исследования и контроля параметров атмосферы, земной поверхности и океана в любой точке земного шара.

Наиболее близким к изобретению является способ оперативного исследования атмосферы и океана, в котором используются космические средства.

Способ заключается в следующем. На орбиту спутника Земли выводят одной ракетой большое количество (более сотни штук) спускаемых капсул (СК) небольшого размера и веса, состыкованных вместе. Каждая из капсул содержит радиозонд для измерения параметров атмосферы и океана. В расчетный момент времени спутник ориентируют в пространстве и подают команду на отделение от остальных одной из СК, которой и осуществляется доставка радиозонда с орбиты в требуемый район Земли. После гашения основной скорости СК приблизительно с 8 до 0,8-0,9 км/с производят дополнительное торможение СК с помощью надувных баллонов или парашютов до скорости, при которой оказывается возможным производить измерения параметров атмосферы. Параметры атмосферы измеряют на всей траектории снижения радиозонда вплоть до его посадки на воду. Некоторое время (20-30 ч) радиозонд находится на плаву, в это время производят измерения параметров океана. При нахождении спутника над радиозондом накопленную информацию о вертикальном профиле атмосферы и океана передают на борт спутника. Далее эту информацию передают с борта спутника на наземные пункты приема и обработки информации.

Остальные СК находятся на орбите до определенных моментов, когда та или иная СК по очереди спускается с орбиты.

Однако недостатком названного способа исследования атмосферы и океана является то, что он не позволяет получить детальную трехмерную картину параметров атмосферы в большом объеме воздуха и воды, в котором происходят нестационарные метеорологические, стихийные или аварийные явления. В частности, он не позволяет исследовать весь объем тропического циклона (ТЦ), имеющего высоту не менее 25 км и диаметр не менее 500 км.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в одновременном измерении параметров атмосферы и океана в большом объеме воздуха и воды и параметров земной поверхности на большой площади, позволяющем получать мгновенные временные срезы характеристик происходящих атмосферных явлений, стихийных и экологических бедствий по всему объему исследуемой области. Применительно к исследованию ТЦ техническим результатом является одновременное измерение профилей параметров атмосферы и океана по всему объему ТЦ и в ближних, прилежащих к нему зонах "спокойной атмосферы", что необходимо, в частности, для создания адекватных моделей физических процессов, происходящих в ТЦ, более достоверного прогнозирования траектории перемещения и интенсивности ТЦ, исследования возможности активного воздействия на них с целью ослабления их разрушительной силы.

Сущность изобретения заключается в том, что от диагностического модуля отделяют комплект спускаемых капсул, количество капсул в котором удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области, после истечения заданного временного интервала осуществляют разведение спускаемых капсул, обеспечивая заданное распределение их в пространстве и доставку их к верхней границе исследуемой области.

Возможности изобретения могут быть расширенны, если от диагностического модуля последовательно с заданными временными интервалами отделяют несколько комплектов спускаемых капсул.

Разведение СК осуществляют с помощью индивидуальных ракетных двигателей или метательных зарядов, обеспечивающих отработку корректирующих импульсов под соответствующими углами наклона к местному горизонту. Перед операцией разделения СК в общем случае требуется выдержка временного интервала, необходимого для успокоения, дополнительной ориентации и стабилизации в пространстве комплекта СК. Последовательное отделение с заданными временными интервалами нескольких комплектов СК обеспечивает эшелонированное зондирование исследуемого явления в течение промежутка времени, превышающего время работы одного комплекта СК. Это позволяет получить уникальную информацию о динамике развития продолжительных нестационарных процессов в атмосфере, в океане и на земной поверхности.

На фиг.1 представлена схема реализации способа в случае исследования ТЦ. После обнаружения возникновения ТЦ (например, ИСЗ 1 наблюдения окружающей среды) и принятия решения о его исследовании к области ТЦ транспортируют с помощью ракеты-носителя 2 по баллистической или орбитальной траектории диагностический модуль 3, представляющий из себя космический аппарат с одним или несколькими комплектами СК, содержащими радиозонды. Потребное количество СК в комплекте должно удовлетворять условию заполнения всей исследуемой области и определяется при подготовке полетного задания (ПЗ) для ракеты-носителя (РН). Использование ракетодинамического маневра при выведении диагностического модуля (ДМ) на орбиту, выбор типа соответствующей орбиты (наклонение, высота) и количества необходимых витков обеспечивают транспортировку комплектов СК практически в любой район Земли.

В расчетный момент времени от ДМ отделяют комплект 4 спускаемых капсул 5 и после истечения заданного временного интервала, потребного в ряде случае для успокоения и дополнительной ориентации в пространстве СК, осуществляют их разведение, обеспечивая заданное распределение их в пространстве, например, с наибольшей плотностью в центре, и доставку МК к верхней границе исследуемой области. Наибольшая плотность измерения в центре исследуемой области необходима в тех случаях, когда исследуемое явление имеет зону с резким градиентом изменения значений параметров (например, глаз ТЦ или очаг экологического бедствия).

Для выполнения этих операций формируют ПЗ, содержащее при использовании ракетодинамического разведения СК время включения, длительность работы и угол пространственной ориентации двигательной установки (ДУ) каждой СК, после чего осуществляют отделение комплекта СК от ДМ и отработку ДУ каждой СК корректирующего импульса под углом пространственной ориентации в соответствии с ПЗ. При использовании управляемых СК ПЗ содержит информацию, обеспечивающую их приведение в соответствующие точки прицеливания.

На высоте Н > 120 км от СК отделяют ДУ или метательные устройства. Во время спуска СК в атмосфере их тормозят с помощью парашютной системы. На высоте Н 25-50 км отстреливают крышки люка парашютной системы и отделяют радиозонды от СК. Вводят в действие многоступенчатую парашютную систему или систему надувных баллонов, гася скорость радиозонда до 5-15 м/с, при которой оказывается возможным проводить измерение профилей параметров атмосферы. При спуске радиозондов и при работе на плаву или погружении в воду информацию от их датчиков передают на подвижные пункты приема 6 (ИСЗ, самолеты, корабли) и наземные станции 7 непосредственно или через ретрансляторы, которые могут располагаться в специализированных спускаемых капсулах 8, на ИСЗ и др. Использование ретрансляторов позволяет записать информацию в запоминающем устройстве, а в дальнейшем передать ее на пункты сбора и обработки информации.

Данный способ, включающий заатмосферное разведение радиозондов на необходимые дистанции с помощью малогабаритных СК, снабжаемых ДУ или метательными устройствами, позволит обеспечить разведение крайних радиозондов в залпе путем использования соответствующих траекторий движения на дистанции до 500 км (заполнения всего объема тайфуна).

Для реализации указанного способа может быть использован космический комплекс (КК) на базе РН "Рокот". На фиг.2 представлена схема РН "Рокот" 2 и установленного на нем ДМ 3 с комплектом СК, содержащими радиозонды. Разгонный блок "Бриз" 8 служит для довыведения на орбиту и схода с нее ДМ.

Основные характеристики КК следующие: Место старта космодром
Байконур
Параметры орбит: Н высота, км 200-300 i-наклонение, град 47-97
Масса диагности- ческого модуля, т 1,3-1,8 (i 97-47 град) Спускаемые капсулы (СК) баллисти-
ческого типа
Количество СК в комп- лекте, шт до 100
Масса СК, кг с радиозондом 10-15 с ретранслятором до 200
Размер района разве- дения СК, км 500х500
Для оперативного обнаружения ТЦ, наблюдения за их развитием и выдачи предварительной информации для планирования применения рассматриваемого комплекса могут использоваться метеорологические спутники системы "Метеосат", DMSP или ИСЗ "Метеор", "Электро". В штатном варианте комплекс может функционировать совместно с существующими и разрабатываемыми космическими системами мониторинга Земли, метеорологическими и связными космическими, воздушными и наземными комплексами.

Изобретение относится к метеорологии и мониторингу окружающей среды и может быть использовано для исследования и контроля параметров атмосферы, земной поверхности и океана в любой точке земного шара. Способ включает транспортировку к области исследования по баллистической или орбитальной траектории диагностического модуля с комплектом спускаемых капсул, снабженных радиозондами, отделение от диагностического модуля за границами атмосферы комплекта спускаемых капсул, количество капсул в котором удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области, при этом после истечения заданного временного интервала осуществляют разведение спускаемых капсул, обеспечивая заданное распределение их в пространстве и доставку их к верхней границе исследуемой области, а параметры атмосферы, земной поверхности и океана измеряют с помощью радиозондов во время их спуска и после приземления или приводнения, информацию от радиозондов передают на пункты приема. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОКЕАНА, включающий транспортировку к области исследования по баллистической или орбитальной траектории диагностического модуля, отделение от него за границами атмосферы спускаемых капсул, снабженных радиозондами, доставку спускаемых капсул к исследуемой области, измерение с помощью радиозондов во время их спуска и после приземления или приводнения параметров атмосферы, земной поверхности и океана, передачу информации от радиозондов на пункты приема, отличающийся тем, что от диагностического модуля отделяют комплект спускаемых капсул, количество капсул в котором удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области, после истечения заданного временного интервала осуществляют разведение спускаемых капсул, обеспечивая заданное распределение их в пространстве и доставку их к верхней границе исследуемой области. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что от диагностического модуля последовательно с заданными временными интервалами отделяют несколько комплектов спускаемых капсул.