Международная аэрокосмическая автоматизированная система мониторинга глобальных геофизических явлений и прогнозирования природных и техногенных катастроф (макасм)

Международная аэрокосмическая автоматизированная система мониторинга глобальных геофизических явлений и прогнозирования природных и техногенных катастроф (макасм)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области информационного автоматизированного обеспечения руководства ООН, правительственных органов Российской Федерации и других стран мира для решения задач глобального оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий в интересах снижения опасности и негативных последствий для населения и экономического потенциала стран мира на основе создания единого научно-технического и информационного пространства в сферах мониторинга состояния литосферы, атмосферы и ионосферы.

Изобретение развивает и существенно расширяет сферу освоения космического пространства на основе более глубокого использования передовых информационно-космических технологий и эффективность известных многофункциональных космических систем (МФКС), рассмотренных в монографии А.И.Киселева, А.А.Медведева, В.А.Меньшикова (одного из авторов изобретения) «Космонавтика на рубеже тысячелетий. Итоги и перспективы», 2-ое издание, переработанное и дополненное, М.: «Машиностроение», 2002 г. и примененных в ранее поданной авторами настоящего изобретения заявке на метаавтоматизированные системы оперативного контроля и управления, которая является прототипом настоящей заявки:

«Система автоматизированного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз» (патент RU 2296421 С1).

Обоснование заявки на изобретение представлено в научно-технических отчетах по НИР-м: «Перспектива - РАКЦ», «Прогноз РАКЦ» и «Пропаганда - РАКЦ» НИИ космических систем - филиала ФГУП «ГКНПЦ им. М.В.Хруничева».

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения на устройство, является эффективное развитие и совместное использование космического потенциала, передовых технологий мониторинга и методов обработки данных России и других стран мира для решения задач глобального оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий в интересах снижения опасности и негативных последствий для населения и экономического потенциала стран мира.

Практически неизвестны международные аэрокосмические автоматизированные системы мониторинга глобальных геофизических явлений и прогнозирования природных и техногенных катастроф, создаваемые для решения следующих основных задач:

- мониторинг поверхности Земли (литосферы), атмосферы и ионосферы с использованием аппаратуры видимого и теплового диапазонов, низко- и высокочастотных волновых комплексов, плазменных комплексов, комплексов мониторинга энергетических частиц, магнитометров, масс-анализаторов, спектрометров;

- сбор получаемой информации на борту космических аппаратов с возможностью запоминания и передачи получаемых данных мониторинга на наземные станции приема космической информации в режиме получения данных и с задержкой при накоплении данных в бортовом запоминающем устройстве;

- первичная обработка данных космической информации на наземных станциях приема и передачи данных мониторинга в международные информационно-аналитические центры;

- сбор, обработка данных мониторинга для решения задач глобального оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий, а так же ее хранение и отображение в международных ситуационных центрах;

- оперативное доведение необходимой информации до государственных органов управления в интересах снижения опасности и негативных последствий для населения и экономического потенциала стран мира от стихийных бедствий;

- дистанционное обучение специалистов по мониторингу и прогнозу стихийных бедствий с использованием передовых космических и информационных технологий;

- представление данных для анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах, состояния акваторий и морей, ледовой обстановки и т.п.

И хотя за рубежом и в России многими научными коллективами рассматриваются спутниковые кластеры (многоспутниковые системы), как эффективное средство создания пространственно-распределенных систем, способных играть роль систем с синтезированными апертурами огромных размеров, их узкая специализация и соответственно ограниченный состав используемой бортовой аппаратуры, а так же недостаточное орбитальное построение спутниковых кластеров не позволяет решать перечисленные выше задачи.

Для подтверждения данного вывода были проанализированы следующие зарубежные системы:

I. Существующие системы мониторинга стихийных бедствий за рубежом

1.1. Международная система мониторинга стихийных бедствий ДМС (Disaster Monitoring Constellation).

С целью снабжения оперативной информацией агентств и организаций, в чью задачу входит борьба со стихийными бедствиями и ликвидация их последствий, разрабатывается система ДМС. Уже в мае 2002 года было объявлено о создании международного консорциума, в который вошли, помимо Алжира и Британии, еще и Турция, Китай, Таиланд и Нигерия.

Первым был запущен Алжирский спутник AlSat-1 (28 ноября 2002 года). Год спустя (сентябрь 2003 года) с использованием российской ракеты-носителя были выведены на орбиту шесть спутников, три из которых относились к DMC: NigeriaSat-1, BilSat-1, UK-DMC.

Таким образом, на околоземные орбиты выведены уже четыре спутника данной системы.

Кластер спутников является международным, но сами аппараты имеют государственную «принадлежность»: NigeriaSat-1 - нигерийский КА, BilSat-1 принадлежит Турции, UK-DMC - Великобритании. Страны-участники системы DMC владеют и управляют своими аппаратами, однако каждый участник имеет возможность принимать информацию со всех спутников.

По замыслу создателей системы DMC ей на смену будут запускаться космические аппараты системы второго поколения DMC-2 с более высокой разрешающей способностью - 2,5 м для черно-белого изображения и 5 м для мультиспектрального. Типовым представителем системы DMC-2 является микроспутник Великобритании Topsat. Аппарат по массе соответствует классификации микроспутника, обладает высокими информационно-техническими характеристиками и оснащен камерой нового поколения.

Спутник массой около 120 кг создан на базе космической платформы «Constella» с трехосной системой ориентации.

Основная полезная нагрузка - оптико-электронная камера массой до 30 кг, которая обеспечивает линейное разрешение на местности 2,5 м в панхроматическом режиме и 5 м в многозональном режиме съемки. Высота рабочей солнечно-синхронной орбиты 600...750 км, наклонение 98°, местное время пересечения экватора 10.30. По результатам орбитальных испытаний будет принято решение о целесообразности развертывания многоспутниковой системы миниспутников.

1.2. Космическая система для раннего обнаружения лесных пожаров.

Другим примером создания космической системы мониторинга стихийных бедствий на базе многоспутниковых систем является программа FUEGO «Создание и эксплуатация космической системы для раннего обнаружения лесных пожаров» (Испания).

Программа FUEGO реализовывается при содействии ЕС и Европейского космического агентства в рамках программы исследования Земли GMES.

Основное требование: период обновления данных - 25 мин при площади обнаруживаемого пожара на ранней стадии - 50 м.кв.

Для выполнения этих требований предлагается космическая система из двенадцати миниспутников, обращающихся по круговым орбитам, высотой 600-700 км и наклонением 47°.

1.3. Система предупреждения о катастрофах и стихийных бедствиях «Страж Азии».

Основной особенностью, создаваемой при координации Космического агентства Японии JAXA системы предупреждения о катастрофах и стихийных бедствиях «Страж Азии» SA (Sentinel-Asia), является комплексное решение задач связи, навигации, определения местоположения и поступления данных дистанционного зондирования Земли, полученных со спутников и наземных источников, и оперативная пересылка соответствующей информации в удобном для пользователя формате на экран его портативного устройства непосредственно на переносные цифровые устройства. Данные устройства используют разработанную компанией Lakes Environmental Software программную систему WebGIS.

Участниками проекта «Страж Азии» являются 51 организация, в том числе 44 агентства из 18 стран Азиатско-Тихоакеанского региона и 7 международных организаций.

Судя по имеющейся информации, на первом этапе создания системы информация ДЗЗ будет поступать от функционально привлекаемых спутников ДЗЗ и наземных систем мониторинга.

В состав системы «Страж Азии» входят:

средства доступа к данным;

средства исследования и обучения;

абоненты сети.

Система «Страж Азии» станет вкладом Японии в международный проект создания скоординированной системы мониторинга окружающей среды. На создание такой системы согласилось около 60 стран.

Космическое агентство Японии JAXA намечает приступить к отработке демонстрационных элементов будущей системы с использованием своего спутника ДЗЗ ALOS (Advanced Land Observing Satellite), выведенного на орбиту в январе 2006 года. Этот крупнейший спутник, созданный в Японии, его стартовая масса превышает 3,6 т. Аппарат выведен на солнечно-синхронную орбиту наклонением 98° и высотой 690 км. Комплекс специальной бортовой аппаратуры включает в свой состав:

радиометр видимого и ближнего инфракрасного излучения: с 4-мя диапазонами, разбитых равномерно от 0,42 до 0,89 мкм;

радиолокатор с фазированной антенной решеткой L-диапазона (1,27 ГГц);

блок панхроматических камер ДЗЗ для построения стереоскопических изображений со спектральным диапазоном 0,52-0,77 мкм.

С помощью радиометра видимого и ближнего инфракрасного излучения планируется определять тип и уровень вегетации растительного покрова для составления тематических карт с разрешением на местности 10 м (в надире) и шириной полосы захвата 70 км.

Радиолокатор с фазированной антенной решеткой с синтезированной апертурой предназначен для проведения всепогодного мониторинга в режимах высокого разрешения (10 м) и сканирования (100 м) с полосами захвата 70 км и 250-350 км соответственно.

Данные прибора помогут в борьбе с последствиями природных катаклизмов и техногенных катастроф. Информация народно-хозяйственного значения будет применяться в областях эффективного землепользования, сельского и лесного хозяйств, а также при контроле за ледовой обстановкой.

Блок панхроматических камер ДЗЗ для построения стереоскопических изображений земной поверхности состоит из трех камер, «смотрящих» вдоль трассы полета КА вперед, в надир и назад. Камеры, смотрящие вперед и назад, отклонены от вертикали на 24°. Ширина полосы захвата надирной камеры около 70 км, вперед и назад смотрящих - 35 км.

Данный блок камер ДЗЗ позволит получать черно-белые стереоизображения с разрешением на местности порядка 2.5 м; эти снимки позволят построить высокоточную цифровую трехмерную модель земной поверхности.

Анализ показал, что отличительной особенностью данных зарубежных космических систем является их узкая специализация, которая не включает в свой состав функции определения предвестников землетрясений, что вызвано ограниченным составом используемой бортовой аппаратуры и орбитальным построением систем, а также отсутствием их серийного изготовления. Отсутствуют также данные по эффективности и надежности в работе по реальным целям и объектам.

II. Проекты отечественных космических систем мониторинга стихийных бедствий на базе многоспутниковых систем.

Создание отечественных космических систем мониторинга также находится на начальном этапе. Ясно одно, что космические системы мониторинга стихийных бедствий должны создаваться на основе КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Российское Федеральное космическое агентство начало целенаправленную работу по восстановлению орбитальной группировки (ОГ) ДЗЗ в ближайшие годы и дальнейшему ее развитию в период до 2025 года. Это необходимо для максимального удовлетворения потребностей национальной экономики и обеспечения конкурентоспособности российской космонавтики в области ДЗЗ с учетом быстрого прогресса КА ДЗЗ за рубежом.

Для достижения этой масштабной цели была выработана конкретная программа мероприятий и определены этапы воссоздания и развития российской ОГ ДЗЗ, которые были оформлены в виде «Концепции развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 года».

Важное место в этой Концепции было определено развитию космических систем мониторинга стихийных бедствий, которые представлены в виде «Космической системы малых спутников для мониторинга чрезвычайных ситуаций и предвестников землетрясений» и «Системы микроспутников для высокооперативного обнаружения очагов лесных пожаров, стихийных гидрометеорологических явлений и других наиболее динамичных ЧС».

2.1. Космическая система малых спутников для мониторинга чрезвычайных ситуаций и предвестников землетрясений

В настоящее время известно очень большое количество аномальных явлений в атмосфере, ионосфере и на поверхности Земли, которые потенциально могут считаться признаками готовящегося землетрясения, поскольку ранее отмечались в подобных ситуациях, т.е. перед наступлением состоявшихся землетрясений. В частности, к ним могут быть причислены следующие:

резкие изменения концентрации электронной компоненты в слое F2 ионосферы, а также появление масштабных неоднородностей в том же слое;

ультранизкочастотные, очень низкочастотные и высокочастотные электромагнитные колебания, фиксируемые на борту спутника;

аномальные изменения квазипостоянного электрического поля и вектора магнитной индукции;

аномалии в составе, концентрации, скоростях течения и температуре ионосферной плазмы на высоте полета спутника;

интенсивные свечения атмосферы на частотах, соответствующих колебательным спектрам атомарного кислорода и гидроксила;

эмиссия радона и металлизированных аэрозолей в приземной атмосфере;

повышение на 3-5 градусов поверхностной температуры Земли в районе будущих очагов землетрясений;

выстраивание облаков над активными разломами земной коры перед землетрясением;

высыпания протонов и высокоэнергичных электронов, фиксируемые приборами спутника на высоте его полета;

нарастающие напряжения в земной коре, которые приводят к небольшим смещениям, для фиксации которых могут быть использованы сверхвысокочувствительные наземные и космические измерительные средства.

За исключением последнего из вышеприведенных предвестников, для фиксации остальных на борту спутника могут использоваться относительно небольшие приборы, для размещения которых пригодны малые КА с массой до 250-400 кг. В качестве такой аппаратуры сейчас разработан целый ряд ионозондов, магнитометров, приемников низко- и высокочастотного радиоизлучения, детекторов элементарных частиц, ИК-радиометров (с низким пространственным разрешением) для фиксации аномального повышения температуры Земли и т.д.

Для обнаружения малых смещений земной коры необходимы существенно более сложные виды бортовых приборов, включая высокоточные радиолокационные средства, лазерные дальномерные системы и др., которые в настоящее время интенсивно разрабатываются.

Помимо небольшого (по массе, габаритам и энергопотреблению) комплекса аппаратуры для мониторинга предвестников землетрясений, на борту рассматриваемых малых КА целесообразно устанавливать дополнительный комплекс съемочных и зондирующих приборов для мониторинга крупных ЧС и решения других задач ДЗЗ с относительно невысоким пространственным разрешением, но нуждающихся в высокой периодичности обзора на уровне 1-2 суток (на первом этапе) и до менее 0,5 суток (в перспективе). В качестве таких приборов следует использовать многоспектральные оптико-электронные съемочные системы со средним и повышенным разрешением (от 7-10 до 50-100 м) с широкими полосами захвата (до 200-500 км), а также микроволновые радиометры.

Сочетание на одном борту комплексов аппаратуры для детектирования предвестников землетрясений и мониторинга чрезвычайных ситуаций (ЧС) удобно и оправданно тем, что в обоих случаях требуется примерно одинаковое число КА для достижения необходимой повторяемости наблюдений. В частности, для мониторинга предвестников землетрясений, согласно выводам эскизного проекта системы «Вулкан», необходимо иметь космическую группировку из 18-24 спутников (в конечном итоге) для обеспечения глобального обзора с периодичностью 2 часа. Примерно столько же КА достаточно иметь в системе мониторинга ЧС. Однако на начальном этапе, когда осуществляется не реальный прогноз, а изучение предвестников и разработка моделей, а также экспериментальный мониторинг ЧС, достаточно использовать космическую систему с существенно меньшим числом КА (примерно в 2 раза, т.е. около 8 спутников).

2.2. Перспективная система микроспутников для высокооперативного обнаружения очагов лесных пожаров, стихийных гидрометеорологических явлений и других наиболее динамичных ЧС

Существует значительная группа сверхоперативных задач ДЗЗ, включая обнаружение очагов возгорания лесных пожаров, стихийных гидрометеорологических явлений (СГЯ) и др., для эффективного решения которых необходимо достижение периодичности обзора на уровне 1 часа и менее. Даже многоспутниковая система малых космических аппаратов, рассмотренная в предыдущем подразделе, не способна обеспечить столь кратковременное повторение наблюдений. В связи с этим возникает потребность в перспективе создание еще более многочисленной космической системы (КС) из 40-50 спутников. С целью минимизации затрат на создание и поддержание столь крупной КС ДЗЗ желательно добиться предельного уменьшения массы КА для подобной системы вплоть до уровня микроспутников, т.е. до 100 кг. Такая возможность практически реальна уже в ближайшие годы, хотя формирование огромной космической системы из полусотни микроспутников экономически станет оправданным в последние годы прогнозируемого периода до 2025 года. Кроме того, целесообразно совместное создание и эксплуатация такой системы в рамках международного сотрудничества ряда заинтересованных стран, включая Россию.

Предельно малый срок времени, отпускаемый на обнаружение очага лесного пожара с момента его возгорания, объясняется высокой скоростью его распространения. В связи с этим только в период от нескольких десятков минут до 1-2 часов возникший лесной пожар можно затушить с минимальными усилиями, а после указанного срока затраты времени и средств на пожаротушение стремительно возрастают. По этой причине детектирование лесных пожаров из космоса экономически эффективно лишь тогда, когда срок обнаружения менее 1-2 часов. То же самое справедливо для обнаружения СГЯ, имеющих локальный характер и скоротечную динамику.

Есть еще ряд быстропротекающих процессов и явлений, для обнаружения и оценки которых будет полезна и эффективна сверхбольшая система микроспутников. К ним относятся: мониторинг быстро возникающих и исчезающих источников загрязнения окружающей среды, мониторинг состояния и обнаружение аварий на трубопроводах, сверхоперативное выявление факта ЧС, мониторинг быстро меняющейся обстановки в ходе текущего рыболовного промысла, выявление ресурсной облачности для тушения крупных лесных пожаров и т.д.

Разработка высокотехнологичных и информативных микроспутников ДЗЗ является сложной и важной задачей прогнозируемого периода развития российской КС ДЗЗ. Подобные аппараты не должны существенно уступать большим КА ДЗЗ по основным информационным параметрам: пространственному разрешению, радиометрическому разрешению, числу спектральных каналов, ширине полос захвата. Единственной, хотя и серьезной уступкой может быть меньшее количество бортовых приборов, т.е. снижение комплексности состава бортовой аппаратуры ДЗЗ. Отсюда следует, что микроспутники ДЗЗ должны проектироваться как узкоспециализированные КА, предназначенные для получения больших однородных потоков данных от 1-2 приборов.

Необходимо добавить, что практическое применение микроспутников оправданно как в качестве основы для формирования сверхбольших космических систем, так и для малочисленных КС ДЗЗ и одиночных запусков с целью резкого снижения себестоимости поступающей КИ ДЗЗ. Проигрывая в комплексности наблюдений, микроспутники выигрывают в снижении затрат в тех случаях, когда для целей ДЗЗ достаточно получения однородных потоков многоспектральных космических данных, а таких задач ДЗЗ - большинство.

Реальность создания уже в ближайшие годы высокоинформативных микроспутников наглядно продемонстрирована в разработках известной английской фирмы SSTL, а в нашей стране - в рамках ОКР «Система». В частности, на уровне действующих образцов бортовых приборов для микроспутника ДЗЗ разработаны:

панхроматическая камера с массой около 12 кг, обеспечивающая получение снимков с разрешением 2,5 м в полосе захвата 16 км;

трехканальная (многоспектральная) камера с массой ˜3 кг для съемки с разрешением 10 м в полосе захвата 8,5 км;

трехканальная широкозахватная камера с массой около 1 кг для многоспектральной съемки с разрешением 25 м в полосе захвата 35 км;

72-х канальный видеоспектрометр с массой ˜25 кг для съемки с разрешением 50-100 м в полосе захвата 30 км.

III. Назначение, цель и задачи создания МАКАСМ (фиг.1)

Анализ зарубежных и отечественных тенденций в создании космических систем мониторинга стихийных бедствий показывает, что эффективный краткосрочный (дни и часы) прогноз возникновения и развития стихийных природных и техногенных бедствий на Земле обеспечивает снижение людских и материальных потерь как минимум на 20% и в настоящее время приобретает все большую актуальность.

Данная проблема имеет ярко выраженный международный характер. Только совместными усилиями многих стран может быть решена проблема оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий.

Землетрясения занимают ведущее место среди стихийных бедствий, приводящих к резкой дестабилизации экономики и человеческим жертвам. Наиболее критичным является глобальный оперативный и краткосрочный прогноз возникновения землетрясений, что является не решенной в настоящее время проблемой.

Задача прогнозирования землетрясений требует повышенной достоверности, что, несомненно, требует комплексной информации, а значит размещения на борту спутников комплекса различной целевой аппаратуры, что не позволит в ближайшее время разместить ее на микроспутнике.

Известно большое количество аномальных явлений в атмосфере, ионосфере и на поверхности Земли, которые потенциально могут считаться признаками готовящегося землетрясения. Данные явления могут быть зафиксированы на борту спутника с использованием нескольких приборов общей массой 150-200 кг, для размещения которых пригодны малые КА с массой до 600-700 кг.

Для сокращения количества МКА в орбитальной группировке при выполнении требований по глобальности и оперативности, в отличие от многоспутниковых отечественных и зарубежных мониторинговых систем, предлагается разместить МКА на разных орбитах: геостационарной и низкой солнечно-синхронной.

Только совместный спутниковый и авиационный мониторинг, ориентированный, главным образом, на выявление краткосрочных предвестников, обеспечит требуемую эффективность их регистрации и надежность прогноза землетрясений.

Совокупность космических и авиационных средств наблюдения, обеспечивая глобальный мониторинг поверхности Земли, атмосферы, околоземного пространства, позволяют оперативно передавать данные мониторинга практически в любую точку земного шара.

В связи с этим, создание международной аэрокосмической системы мониторинга глобальных геофизических явлений и прогнозирования природных и техногенных катастроф (МАКАСМ) на базе малых космических аппаратов, является одним из важнейших направлений решения проблемы глобального оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий.

3.1. Назначение МАКАСМ: глобальный мониторинг из космоса земной поверхности, атмосферы и околоземного пространства с оперативной передачей данных наблюдений на наземные ситуационные центры прогнозирования и оповещения в интересах решения задач прогнозирования и предупреждения стихийных бедствий (фиг.2).

Целью создания МАКАСМ является эффективное развитие и совместное использование аэрокосмического потенциала, передовых технологий мониторинга и методов обработки данных России и других стран мира для обеспечения глобального оперативного и краткосрочного прогноза стихийных бедствий в интересах снижения опасности и негативных последствий для населения и экономического потенциала стран мира, на основе создания единого научно-технического и информационного пространства в области мониторинга состояния литосферы, атмосферы и ионосферы Земли.

Основные задачи создания МАКАСМ рассмотрены выше и представлены на фиг.2.

При этом данные космических съемок, получаемых с борта космических аппаратов МАКАСМ, используются также для решения задач:

анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах;

анализа и прогноза состояния акваторий морей и океанов, ледовой обстановки;

анализа и прогноза условий для полетов авиации;

мониторинга климата и глобальных изменений;

контроля чрезвычайных ситуаций;

экологического контроля окружающей среды и др.

Также космические съемки могут быть использованы в интересах обеспечения, как безопасности всего мирового сообщества, так и стран-участников проекта создания МАКАСМ, а именно:

контроль соблюдения международных договоров о нераспространении оружия массового поражения, об ограничении вооружений и т.д.;

контроль ликвидации конфликтов в «горячих точках»;

контроль баз международных террористических организаций;

контроль основных маршрутов незаконного оборота наркотических веществ;

контроль районов морского пиратства.

3.2. Основные принципы построения МАКАСМ. Отечественный и зарубежный опыт построения международных многоцелевых космических систем, с учетом требований действующего международного права в области космической деятельности, позволил сформулировать основные принципы построения МАКАСМ.

Основные принципы построения МАКАСМ:

- широкое использование результатов работ и исследований, проводимых в рамках федеральных космических программ и других отечественных и международных программ, связанных с разработкой космической техники и аппаратуры мониторинга, технологий сбора и обработки данных;

- оптимизация этапов создания международной аэрокосмической системы мониторинга глобальных геофизических явлений с учетом приоритетности решаемых задач, технологических проработок и финансовых ограничений;

- первоочередное развитие орбитальной инфраструктуры системы на основе предварительной отработки и апробации новейших технологий при создании бортовых специальных комплексов;

- максимальное использование возможностей существующей и перспективной группировок КА российских и зарубежных космических систем дистанционного зондирования Земли, навигации, связи и ретрансляции;

- интеграция существующих группировок КА дистанционного зондирования Земли, связи и ретрансляции с группировками перспективных малых космических аппаратов (МКА), создаваемых в составе международной космической системы мониторинга глобальных геофизических явлений;

- использование международной аэрокосмической системой мониторинга информации от существующих элементов систем мониторинга России и зарубежных стран;

- безусловное соблюдение норм и принципов международного права, а также соответствующих односторонних и многосторонних обязательств, а, именно, отсутствие создания помех в космической деятельности других стран (в части электромагнитной совместимости космических средств), отсутствие вредного загрязнения среды и враждебного воздействия на нее.

3.3. Состав и структура МАКАСМ и описание ее работы (фиг.1, 3) Для достижения поставленной цели и решения задач, стоящих перед МАКАСМ, в ее состав должны входить космический 22,80, воздушный 32 и наземный сегменты 38,42.

Космический сегмент МАКАСМ (фиг.3) 22,80 включает орбитальные группировки, состоящие из малых космических аппаратов (МКА), расположенных на разных орбитах: низких и геостационарных (22), и микроспутников (МККА), так же расположенных на разных орбитах (80).

МАКАСМ использует дополнительную информацию, получаемую с зарубежных и отечественных КА: международной системы мониторинга стихийных бедствий DMC, испанской космической системы для раннего обнаружения лесных пожаров космической системы FUEGO, международной системы предупреждения о катастрофах и стихийных бедствиях «Страж Азии» и др., российских космических систем для мониторинга чрезвычайных ситуаций, пожаров и предвестников землетрясений на базе КА типа «Вулкан», «Канопус» и др., а так же отечественных спутников связи 66 для дистанционного обучения.

Использование информации с данных КА, во-первых, обеспечивает комплексность выдаваемой информации, ее достоверность, а, во-вторых, позволяет провести отработку наземного специального комплекса МАКАСМ до начала развертывания ее орбитальных группировок МКА и МККА.

МАКАСМ использует функционально орбитальную группировку отечественных и зарубежных КА связи и ретрансляции 66, а также информацию глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

Космический сегмент МАКАСМ обеспечивает (путем прямых измерений и методами дистанционного зондирования) с помощью приборов 7, 8, 13-21 и 82-85 получение фоновых распределений и выделение возмущений параметров тепловых, магнитных, гравитационных полей и плазмы в ионосфере, выявление изменений в озоновом слое и характеристик атмосферы, в геодинамике земной коры и гидродинамике грунтовых вод, являющихся возможными предвестниками стихийных бедствий, природных и техногенных катастроф (фиг.3). Полученные данные передаются в ситуационные центры 56, 57 глобальной системы обеспечения потребителей мониторинговой информацией 43.

Орбитальная группировка МАКАСМ включает в свой состав группировки МКА верхнего 1-6 и нижнего ярусов 9-12 (фиг.1, 3).

Группировка МКА верхнего яруса 1-6 включает в свой состав 6 спутников на геостационарной орбите, объединенных в две группировки по три спутника - вершины двух треугольных плоскостей, условно рассекающих Землю по экватору в виде созвездия из шести вершин (фиг.4). Одной из задач развертывания орбитальной группировки верхнего яруса является определение и регистрация точек стояния спутников на геостационарной орбите.

Группировка МКА нижнего яруса включает в свой состав 3-4 спутника на солнечно-синхронных орбитах высотой 600-700 км, с равномерным расположением плоскостей орбит по долготе восходящего узла (фиг.3).

Космические аппараты МАКАСМ типа МКА (фиг.5) предполагается проектировать по модульному принципу, причем приборы, расположенные на базовом модуле (платформах 1-6 и 9-12), находятся в негерметичном исполнении (фиг.5)). В качестве платформы 1-6 и 9-12 космических аппаратов может быть использована, например «Яхта», разработанная ГКНПЦ им. М.В.Хруничева для создания малых космических аппаратов ДЗЗ и связи.

Масса космических аппаратов не превышает 600-700 кг (фиг.5) и согласно международной классификации они являются малыми КА (МКА).

Срок активного существования космических аппаратов МАКАСМ верхнего яруса должен составить не менее 10 лет, нижнего яруса - не менее 5 лет.

На спутниках, функционирующих на геостационарной орбите, должна быть установлена высокочувствительная радиометрическая аппаратура видимого и теплового диапазонов с разрешением 1440 м в тепловом (дальнем инфракрасном) и 360 м в видимом диапазонах (приборы 7, 8).

На спутниках, функционирующих на солнечно-синхронной орбите высотой Н=700 км, должна быть установлена высокочувствительная радиометрическая аппаратура видимого с пространственным разрешением 70 м и теплового диапазонов 140 м (приборы 13 и 14), а также комплекты аппаратуры на базе приборов, в том числе:

приборов УНЧ/ОНЧ волнового комплекса (30-1000 Гц) для мониторинга напряженности квазипостоянного электрического поля (прибор 15);

приборов ВЧ волнового комплекса для слежения за спектром осцилляции электрического поля в диапазоне 0,05-15,1 МГц или 0,05-6,35 МГц (прибор 16);

приборов плазменного комплекса для контроля поперечной и продольной компоненты скорости дрейфа ионов в диапазоне 0,02-5,0 км/с, плотности ионов в диапазоне 10²-10⁶ см^-3, ионной температуры в диапазоне 300-10000 К; осцилляции ионной плотности в диапазоне 0,5-1000 Гц и возмущения ионного состава (прибор 17);

приборов видеофотометрического комплекса для контроля интенсивности и частоты появления грозовых разрядов, ТВ-изображение областей атмосферного свечения в направлении лимба Земли, получаемое с помощью ТВ-камеры на базе ПЗС-матрицы и усилителя яркости; интенсивности атмосферных эмиссий в избранных спектральных диапазонах, измеряемой с помощью фотометров, ориентированных на лимб Земли и в надир (прибор 87);

приборов комплекса мониторинга энергичных частиц для наблюдения энергетических спектров электронов в диапазоне 15-350 кэВ и ионов в диапазоне 15-3200 кэВ, регистрируемые с двух направлений, временных вариаций потоков частиц в выбранных энергетических диапазонах (прибор 18);

приборов магнитометра постоянного поля для мониторинга трех компонент геомагнитного поля в диапазоне +/- 60 мкТл с погрешностью не более 0,015 мкТл (прибор 19).

Приборов масс-анализатора для контроля распределения ионов и нейтральных частиц по массам в диапазоне 1-1000 а.е.м. с временным разрешением до 30 мс (прибор 20).

Приборов спектрометра для мониторинга распределения интенсивности гидроксильных эмиссий по спектру в диапазоне I=727-1103 нм и по высоте в диапазоне 90-95 км, а также интенсивности эмиссии атомарного кислорода по высоте в диапазоне 85-110 км (прибор 21).

Космическая платформа МКА типа «Яхта» (1-6; 9-12) предназначена для размещения бортовых систем (фиг.5). В состав платформы входят:

бортовой комплекс управления;

обеспечивающие (служебные) системы.

Космическая платформа и ее служебные системы в течение срока активного существования на орбите должны обеспечивать:

работоспособность МКА между сеансами связи с НКУ в течение заданного срока;

поддержание параметров орбиты;

поддержание ориентации МКА с реализацией трехосной ориентации;

погрешность ориентации МКА в орбитальной системе координат при съемке, обеспечивающую требуемое качество;

при работе целевой аппаратуры стабильность угловой скорости по каждой оси должна обеспечивать решение поставленных задач;

передачу информации от целевой аппаратуры в режимах непосредственной передачи и с временной задержкой на наземные пункты приема.

Бортовой комплекс управления (БКУ) предназначен для управления, баллистико-навигационного обеспечения и контроля функционирования МКА автономно или совместно с НКУ. Для баллистико-навигационного обеспечения предусматривается использование навигационного поля ЕКНС ГЛОНАСС и GPS.

БКУ должен обеспечивать решение следующих основных задач:

телеметрический контроль и управление работой бортовой обеспечивающей и целевой приборной аппаратуры;

формирование бортовой шкалы времени и синхронизацию работы бортовых систем; выдачу в целевую аппаратуру временных меток;

передачу информации об угловой ориентации осей МКА в целевую аппаратуру и другой сопроводительной информации;

баллистико-навигационное обеспечение МКА;

проведение сеансов связи с НКУ для управления МКА и закладки программ управления;

ориентацию и стабилизацию МКА с заданными точностями, а также обеспечение программных разворотов МКА на требуемые углы с заданными временными и точностными характеристиками.

В состав обеспечивающих (служебных) систем входят:

радиолиния для передачи целевой информации (РЛЦИ);

бортовая аппаратура служебного канала управления (БА СКУ);

система электроснабжения (СЭС);

система обеспечения теплового режима (СОТР);

двигательная установка (ДУ).

РЛЦИ обеспечивает передачу цифрового информационного потока данных в р