Состояние исследований в Казахстане по приоритетам научно-технологического развития. Космические исследования (стр. 17 )

Модернизированы наземный аппаратурный комплекс по регистрации атмосферных эмиссий и система регистрации напряженности и высокочастотных флуктуаций электрического поля от молниевых разрядов, наземный комплекс станции космических лучей. Создан оптико-информационный комплекс для наблюдений мезосферных серебристых облаков. Разработаны методы наземной регистрации метео - и геофизических параметров, обработки космических изображений верхней атмосферы, регистрации космических изображений оптических явлений и вторичных процессов при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли. Созданы модели образования мезосферных серебристых облаков. [124].

Исследования физических полей в околоземном космическом пространстве по данным измерений на космических аппаратах (КА) имеют особое место в оценке сейсмической опасности. В очаге готовящегося землетрясения наряду с деформацией земной коры возникает мощное электромагнитное излучение, которое проникает в ближний космос и может быть там зафиксировано измерительной аппаратурой на борту КА. Анализ спутниковых данных показал, что электромагнитное излучение от будущего землетрясения можно уверенно фиксировать бортовой аппаратурой за несколько часов до толчка. Проанализирована связь вариации электромагнитного поля на поверхности Земли с потоками заряженных частиц в космосе в целях исследования механизма землетрясений. Зарегистрированы одновременные изменения потоков заряженных частиц и величины магнитного поля. Установлены корреляционные связи данных характеристик при землетрясениях с магнитудой 4,5 и более.

Введена в действие экспериментальная система регистрации нейтронной компоненты космических лучей и атмосферного давления, позволяющая в реальном времени анализировать уровень естественной радиации у поверхности Земли [34,125,126].

Космическое излучение является основным фактором, определяющим ра­диационную обстановку и уровни радиационного воздействия ионизирую­щих излучений на экипаж и пассажиров летательных аппаратов на вы­сотах более 8 км.

Искусственные источники радиационной опасности в атмосфере связа­ны с загрязнением воздуха радиоактивными веществами, носителями ко­торых на высотах более 10 км являются аэрозольные частицы с размером порядка 1 мкм.

В работе [127] изучались радиационные поля первич­ных и вторичных космических лучей в зонах движения летательных ап­паратов и находящихся в них экипажей и пассажиров. Рассмотрено распространение космического излучения в гелио - и геомагнитосфере до границы атмосферы Земли. Рассчитаны дозы радиации в космическом пространстве, на различных глубинах атмосферы Земли, вне и внутри салонов летательных аппаратов. Составлены карты радиационной опасности в зависимости от высоты и жесткости геомагнитного обрезания и солнечной активности. Разработаны методы прогнозирования мощности эквивалентной дозы облучения в геомагнитном цикле.

Подготовлены рекомендации по обеспечению радиационной безопас­ности экипажей и пассажиров самолетов и других летательных аппаратов, начиная с высот, незначительно превышающих 10 км. Аргументы в пользу такого подхода заключаются в следующем:

а) при полетах на дозвуковых самолетах, летающих на высотах 10-11 км, доза на их борту меньше в сравнении с дозой на борту сверхзвуковых самолетов, эшелоны полета которых приходятся на 16-18,5 км.

б) облака радиоактивных аэрозолей создают радиационно-опасные ус­ловия и на высотах до 20 км.

Расчеты и экспериментальные данные потоков космических излу­чений, прохождения их через атмосферу Земли, расчеты дозы радиации произведены для различных точек земного шара с жесткостью геомагнит­ного обрезания от 0 до 15 ГВ. Составлен атлас карт радиационной об­становки вокруг земного шара.

Ре­зультаты исследования позволили провести измерения дозовых характеристик в косми­ческом пространстве и на бортах летательных аппаратов по оценке уровней доз облучения экипажей и пассажиров в них в экстремальных условиях полета, а полученные данные направлены в международное агентство по гражданской авиации.

Разработаны алгоритмы дешифрования данных дистанционного зондирования различного разрешения для идентификации сельскохозяйственных, природных и техногенных объектов; методика построения суммарной карты календарных дат разрушения устойчивого снежного покрова [128,129].

Разработан проект ГИС "Ледники" как основы системы мониторинга ледников с использованием данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий. Составлены таблицы морфометрических характеристик ледников северного склона Жетысуского Алатау. Создана цифровая карта гляциально-нивального пояса Жетысуского Алатау [130].

Проведены анализ пространственных спектральных характеристик классов сельскохозяйственных объектов по снимкам MODIS, картирование почвенного покрова по данным космической съемки высокой и средней разрешающей способности. Описаны физические основы метода определения элементного состава атмосферы, поверхности и почвы с помощью космических лучей. Разработана конструкция системы по дистанционному, экспрессному, неразрушающему контролю элементного состава природных сред на базе регистрации характеристического излучения на атомном и ядерном уровнях, возбуждаемого протонами, нейтронами и гамма-квантами космического излучения [129, 131].

2. 1.8 Исследования Земли из космоса

Одним из важнейших направлений использования космических техники и технологий для обеспечения эффективного развития экономики государства является дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ).

Средства космического зондирования открывают широкие возможности для его использования во всех областях деятельности человека. Это практически неограниченная обзорность - от локальной до глобальной, получение информации о труднодоступных и отдаленных территориях. Это - запланированный отбор изображений нужных объектов, мгновенная фиксация данных об огромных территориях, как при одинаковых, так и при различных физических условиях. Это - возможность мониторинга с заданной периодичностью, а с геостационарных спутников - и непрерывное наблюдение. Это – повышение производительности труда и снижение затрат на съемку земной поверхности. Постоянное совершенствование систем космического дистанционного зондирования позволяет решать все более сложные задачи и увеличивать область применения полученных данных. Все более привычным становится использование данных дистанционного зондирования Земли в таких областях, как:

- сельское хозяйство - инвентаризация сельскохозяйственных угодий; почвоведение; оценка всхожести, развития и урожайности сельскохозяй-ственных культур; обнаружение заболеваний сельскохозяйственных культур; сельскохозяйственная гидрология и анализ сельскохозяйственного по-тенциала;

- климатология и метеорология - контроль содержания газов, вызываю-щих парниковый эффект; контроль общего радиационного баланса Земли; мониторинг содержания озона в тропосфере и атмосфере; наблюдение об-лачного покрова; измерение температуры и топографирование поверхности моря; измерение вертикального профиля температуры; метеорологический прогноз;

- поиск полезных ископаемых и энергоносителей - геологоразведочные задачи обзорного и регионального масштаба (выявление линеаментов, разрывных нарушений, трещиноватости; картирование структурно-вещественных комплексов, крупных блоков и овально-кольцевых структур; обзорное тектоническое, неотектоническое и нефтегазогеологическое районирование); поиск нефти, природного газа, угля; получение информации дистанционного зондирования, необходимой для использования энергии ветра, солнечной энергии; получение информации, необходимой для создания и эксплуатации гидроэлектростанций;

- землепользование - топографическое картирование; информация о зем-ной поверхности и другие продукты для городского и рационального пла-нирования; сооружение объектов, например, дорог, трубопроводов, энерге-тических линий и других объектов инфраструктуры; создание Земельного кадастра, имущественной оценки и налогообложения; наблюдение за ростом городов; туризм и отдых;

- наблюдение за прибрежными зонами и океанами - изучение океанских ресурсов; экологический мониторинг, особенно контроль нефтяных разливов и загрязнения; контроль динамики развития фитопланктона; рациональное использование прибрежных ресурсов и инжиниринг; изучение механизма участия океана в процессе глобального теплообмена;

- лесное хозяйство - картографирование лесов; определение типов лесонасаждений и доминирующих пород; измерение общей площади и количественная оценка биомассы; оценка запасов лесоматериалов; контроль уничтожения лесов; обнаружение пожаров и иных опасностей и слежение за ними; лесоводство;

- контроль водных ресурсов - наблюдение снежного и ледяного покровов (контроль запасов пресной воды; наблюдение за перемещениями морских льдов; оценка снежного покрова в целях предупреждения наводнений, селей); определение характеристик грунтовых вод, качества воды; мони-торинг наводнений; гидрологический мониторинг городских и других водо-сборов; безопасность судоходства;

- мониторинг чрезвычайных ситуаций - предупреждение, контроль и оценка последствий наводнений; организация информационного обеспечения при экстренном реагировании на землетрясения, пожары, наводнения и т. п.

Технология дистанционного зондирования дает множество прямых и косвенных выгод для общества, таких как:

- экономия затрат и времени, которая обуславливается повышением экономичности и эффективности в широком круге областей деятельности по планированию, эксплуатации и мониторингу, в сравнении с альтерна-тивными источниками сопоставимой информации, такими как воздушные фотосъемки;

- уменьшение числа человеческих жертв в результате предоставления ин-

формации, которая может быть использована в борьбе со стихийными бедствиями;

- повышение качества жизни в результате укрепления продовольственной безопасности и более рационального управления экологическими и природными ресурсами;

- дальнейшее сокращение неопределенностей в общем процессе принятия решений [95].

В Казахстане за последние годы разработаны и внедрены современные отечественные технологии в области тематического дешифрирования и данных ДЗЗ.