Страница 21 из 43
Поляризационные исследования атмосферы и подстилающей поверхности (ландшафты) с космических кораблей и орбитальных станций начались сравнительно недавно[20]. В отличие от наземных наблюдений, которые ведутся из неподвижной точки в условиях неизменной ландшафтной ситуации и, как правило, при отсутствии облачности в пределах горизонта, исследования из космоса проводятся из перемещающейся на орбите точки наблюдения на фоне быстро меняющихся атмосферно-ландшафтных ситуаций и при облачности в пределах видимого горизонта. Все это усложняет измерения, к тому же разграничение множества взаимосвязанных явлений требует разработки специальных методик исследований и накопления большого статистического материала. Но наблюдения из космоса обладают важными преимуществами: они охватывают значительно большие поля обзора и обеспечивают получение уникальной информации о влиянии практически всех возможных атмосферно-ландшафтных ситуаций на исследуемые параметры. Иными словами, такие исследования крайне необходимы для надлежащей коррекции информации о природных ресурсах Земли, получаемой из космоса.
В эксперименте «Поляризация» ученые ставили перед космонавтами задачу накопления сведений, необходимых для автоматизации определения атмосферных ситуаций в целях повышения эффективности изучения природных ресурсов Земли из космоса. Кроме того, проводились прямые визуальные измерения степени поляризации зодиакального света и других, доступных глазу световых явлений в верхней атмосфере.
Важную информацию о структуре атмосферы могут дать исследования солнечного света, рассеянного земной атмосферой во время захода (или восхода) Солнца. Наблюдения восхода и захода Солнца с борта космических кораблей и орбитальных станций «Салют» показали их большую перспективность для решения задач атмосферной оптики и дистанционного зондирования, изучения Земли и земной атмосферы из космоса. Поэтому члены нескольких международных экипажей с помощью фотоаппарата, снабженного поляризационными фильтрами, и ручного спектрометра «Спектр-15» выполнили наблюдения восхода и захода Солнца и дневного горизонта (эксперимент «Заря»), а также последовательное фотографирование в двух симметричных точках солнечного меридиана, причем одна из точек лежит в области восхода (или захода) Солнца, а другая — в области земной тени (эксперимент «Терминатор»).
Важное значение имели эксперименты «Контраст», «Атмосфера», «Улан-Батор», «Солонго», «Иллюминатор» (СССР-НРБ, СССР-ВНР, СССР-СРВ, СССР-Куба, СССР-МНР). Известно, что при дистанционном зондировании Земли с целью изучения ее природных ресурсов объект исследования (земная поверхность) и измерительный инструмент, а точнее, чувствительный элемент, воспринимающий информацию (например, пленка фотоаппарата, находящегося на орбитальной станции), разделены несколькими средами: это, во-первых, атмосфера, во-вторых, оптика измерительного прибора, иллюминатор, через который производятся измерения, и т. п. Эти среды вносят искажения в результаты измерений, поэтому их необходимо корректировать.
Так, при изучении природных ресурсов Земли из космоса используются характеристики отраженной от земной поверхности солнечной радиации и собственное излучение природных образований. Так как солнечная радиация и собственное излучение земных объектов трансформируются при прохождении через атмосферу, то при корректировке измерительной информации о природных ресурсах необходимо учесть атмосферные эффекты. Трансформация излучения в атмосфере связана с поглощением и рассеянием электромагнитных волн атмосферными газовыми составляющими и аэрозольными частицами. Эти процессы изменяют спектральное, угловое и пространственное распределение радиации. Кроме того, за счет рассеяния и собственного излучения самой атмосферы на излучение исследуемого объекта накладывается фон, который искажает структуру исходного сигнала, а также несет информацию о самой атмосфере. Для учета атмосферных эффектов был предложен некий обобщающий параметр — передаточная функция атмосферы. С целью определения этой передаточной функции, а также с целью исследования оптических характеристик атмосферы на основе измерений угловой структуры излучения и спектральной яркости Земли и проводился эксперимент «Атмосфера».
Изменение передаточной функции атмосферы в зависимости от ее загрязнения над районами крупных городов и промышленных центров, которые находятся вблизи водных бассейнов, исследовалось в эксперименте «Контраст», а также в примыкающих к нему экспериментах «Улан-Батор» и «Болонго». К сожалению, развитие транспорта и интенсивный рост промышленности приводят к неуклонному повышению уровня загрязненности атмосферы, особенно вблизи крупных индустриальных центров. У них характерно наличие так называемых куполов загрязненности, высота которых иногда достигает километра. У водных бассейнов вблизи очага загрязненности наблюдается оптическая потеря резкости границы «вода — суша», что обусловливается главным образом загрязненностью атмосферы.
Результаты этого эксперимента, кроме определения изменения передаточной функции атмосферы, позволяют классифицировать загрязненность по виду и составу, исследовать динамику загрязненности воздушных бассейнов и прибрежных вод промышленными отходами, классифицировать промышленные центры по виду и составу загрязнителей и т. п.
В итоге длительного функционирования научной станции «Салют-6» происходит загрязнение (помутнение) оптических поверхностей иллюминаторов. Следовательно, информация, полученная на станции через иллюминатор, определенным образом искажается. Устранить это явление сложно, но можно его учесть, если количественно оценить изменения по времени спектрального пропускания иллюминатора. Именно для этого проводился эксперимент «Иллюминатор», при этом измерялось спектральное пропускание иллюминатора в видимой и близкой инфракрасной частях спектра. В качестве источника света использовалось Солнце, излучение которого по спектральному составу известно и постоянно.
Непосредственно дистанционному зондированию Земли в целях изучения ее природных ресурсов были посвящены эксперименты «Земля» (СССР-ПНР), «Радуга-М» (СССР-ГДР), «Антияс» и «Тропико-3» (СССР-Куба), «Эрдэм» (СССР-МНР) и «Биосфера», которые проводили все международные экипажи, за исключением двух (СССР-ЧССР, СССР-СРР).
При выполнении этих экспериментов ключевую роль играли съемки с помощью многозональной фотоаппарат туры МКФ-6М. Эксперименты являлись составными частями долговременной и обширной программы, осуществляемой социалистическими странами и предназначенной для решения ряда задач научного и народнохозяйственного значения.
Съемка больших поверхностей целых регионов путем многозонального фотографирования стала принципиальным шагом в изучении Земли из космоса. Этот метод позволяет исследовать динамические процессы на поверхности Земли, в Мировом океане и атмосфере, достаточно часто или даже регулярно наблюдать всю поверхность Земли, включая труднодоступные районы.
В результате съемок фотоаппаратурой МКФ-6М была получена огромная по объему и интереснейшая по значению информация. Она получила высокую оценку ученых и специалистов (достаточно указать на совместный труд ученых СССР и ГДР по итогам этой работы[21]).
Следует отметить, что эксперименты по дистанционному зондированию Земли в целях непосредственного изучения ее природных ресурсов велись одновременно с работой наземных экспедиций и исследовательскими полетами самолетов-лабораторий, оборудованных соответствующей аппаратурой. Измерения на «трех этажах» значительно повышали эффективность и качество исследовательской работы космонавтов.
Каждый международный экипаж при проведении экспериментов по дистанционному зондированию Земли имел свои конкретные задачи. Естественно, что эти задачи во многом были похожими, а отличия определялись главным образом специфическими условиями природной среды страны, ученые которой ставили эти задачи. В самом деле, природные условия, например, Кубы и Монголии контрастно различны, поэтому задачи, которые ставились в экспериментах «Биосфера-К», «Антияс» и «Тропико-3» (СССР — Куба) и экспериментах «Биосфера-Мон» и «Эрдэм» (СССР — МНР) существенно различны, хотя и для одной и для другой страны природоресурсная информация чрезвычайно важна.