Способ исследования изменений климата земли и система для его осуществления



Способ исследования изменений климата земли и система для его осуществления
Способ исследования изменений климата земли и система для его осуществления
Способ исследования изменений климата земли и система для его осуществления
Способ исследования изменений климата земли и система для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2591263:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук (ГАО РАН) (RU)

Способ исследования изменений климата Земли заключается в том, что измерительную систему, включающую два идентичных оптических телескопа, располагают на видимой поверхности Луны. Во время движения Луны вокруг Земли оптические телескопы последовательно производят измерения энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по всем направлениям и суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли. Затем определяют значение альбедо Бонда Земли, величину отклонения энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной. И на основании полученных данных оценивают изменения энергетического состояния Земли и степени пропускания атмосферой теплового излучения земной поверхности в космическое пространство, а также состояние климата. Технический результат - повышение точности и надежности исследования климатических изменений, происходящих на Земле. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящая группа изобретений относится к астрономии и изучению Земли из космоса, а именно к методам и средствам для исследований долговременного отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния и глобальных и локальных характеристик поверхности и атмосферы Земли, и может быть использована для определения вариаций среднегодового энергетического состояния планеты и исследования физических причин изменений глобального климата, происходящих на Земле.

Известно, что в течение многих десятилетий ведутся активные исследования и выяснения причин климатических изменений, происходящих на Земле, с использованием различных методов и возможностей, в том числе и астрономических - посредством измерения отдельных составляющих энергетического баланса Земли, в частности измерения альбедо Бонда Земли по пепельному свету Луны или изучения перспективы возможности таких измерений непосредственно с видимой поверхности Луны (см. Pallé Е., Goode P.R., Montañés-Rodriguez P., Koonin S.E. // Changes in the Earth's reflectance over the past two decades // Science. 2004, Vol. 304, pp. 1299-1301; Pallé E., Goode P.R., Montañés-Rodriguez P. Interannual variations in Earth's reflectance 1999-2007 // J. Geophys. Res., 2009, Vol. 114, Issue D10, 7; Pallé E., Goode P.R. The Lunar Terrestrial Observatory: Observing the Earth using photometers on the Moon's surface // Adv. Space Res. 2009. Vol. 43, No. 7, pp. 1083-1089). Альбедо Бонда Земли как планеты определяется как отношение потока излучения, отраженного и рассеянного обратно в космос всей сферической системой поверхность-атмосфера во всех направлениях, к падающему на Землю потоку солнечного излучения. Актуальность исследований и выяснение физических причин изменений глобального климата с каждым годом резко возрастает и приобретает большое практическое значение, поскольку в течение ближайших десятилетий высока вероятность ускорения изменений глобальных характеристик климата вследствие долговременного отрицательного отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния, вызываемого активным уменьшением и грядущим наступлением глубокого квазидвухвекового минимума солнечной постоянной (см. Абдусаматов Х.И. - Двухвековое снижение солнечной постоянной приводит к несбалансированному тепловому бюджету Земли и глубокому похолоданию климата // Кинематика и физика небесных тел. 2012. Т. 28, №2. С. 22-33; Abdussamatov H.I. - Current long-term negative average annual energy balance of the Earth leads to the new Little Ice Age // Thermal Science. 2015. Vol. 19 (in press). Published OnLine-First: 2015-02-08, doi: 10.2298/TSCI140902018А http://thermalscience.vinca.rs/pdfs/papers-2015/TSCI140902018A.pdf).

Известен способ исследования изменений климата Земли (см. Deep space climate observatory // https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/d/dscovr; http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Известный способ-прототип включает расположение измерительной системы, содержащей первый оптический телескоп, за пределами атмосферы Земли, а именно в точке Лагранжа L1 системы Солнце-Земля, и направление измерительного канала первого оптического телескопа на Землю, измерение энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения в первом направлении, измерение энергии собственного теплового излучения Земли, измерение характеристик поверхности и атмосферы Земли, последующее определение значения альбедо Бонда Земли, определение величины отклонения энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной, оценку изменения энергетического состояния Земли на основании данных измерений величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния и характеристик поверхности и атмосферы Земли. При этом планируемый общий срок измерений составляет всего 2 года, но с учетом запаса и расхода топлива может быть продлен до 5 лет.

Однако следует отметить, что определение значений альбедо Бонда Земли, вносящего существенный вклад в отклонение среднегодового энергетического баланса планеты от равновесного состояния, с бортов орбитальных космических аппаратов (КА) в принципе не может выполняться достаточно надежно и с необходимой точностью. Орбитальный космический аппарат NASA/NOAA Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) из точки Лагранжа L1 системы Солнце-Земля сможет обеспечить прямые измерения энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения практически в одном направлении, т.е. только значение геометрического альбедо Земли. DSCOVR также не позволит успешно решать данную важнейшую климатическую проблему, поскольку определение величины альбедо Бонда Земли требует измерения энергии солнечного излучения, отраженного и рассеянного всей сферической системой поверхность-атмосфера во всех направлениях.

Известна система для исследования изменений климата Земли (см. Deep space climate observatory // https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/d/dscovr; http://www.nesdis.noaa.gov/DSCOVR/), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Известная система-прототип включает оптический телескоп и радиометры, установленные на КА DSCOVR, запущенном в точку Лагранжа L1 системы Солнце-Земля, и по радиоканалу связанный с ними блок приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, расположенной на Земле. При этом оптический телескоп включает зеркальную оптическую систему, многоэлементный матричный приемник излучения и сменные фильтры (10 штук), установленные перед фокальной плоскостью оптического телескопа. DSCOVR снабжен всеми присущими орбитальным КА необходимыми техническими средствами и топливом для обеспечения стабилизации КА по всем трем осям, регулярной коррекции своей орбиты, точного слежения за Землей и термостабилизации научной аппаратуры. Кроме того, планируемый срок службы DSCOVR всего 2 года, но с учетом запаса и расхода топлива может быть продлен до 5 лет.

Недостатками известной системы для исследования изменений климата является ее ограниченная функциональность, сложность конструкции и низкая точность определений значений альбедо Бонда, поскольку с ее помощью возможно проведение измерений энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения практически только в одном направлении. В то время как определение величины альбедо Бонда Земли требует измерения энергии солнечного излучения, отраженного и рассеянного всей сферической системой поверхность-атмосфера во всех направлениях. Кроме того, ее возможный общий срок проведения измерений недостаточен для получения долговременного ряда данных, что не позволит обеспечить надежную оценку изменений энергетического состояния Земли и состояние ее климата. А сложность конструкции обусловлена тем, что, поскольку эта система относится к орбитальным КА, для борьбы с вышеуказанными недостатками, присущими орбитальным КА, необходимо ее снабжение различными техническими средствами, в том числе двигателями управления и баком с топливом.

Задачей заявляемых технических решений является разработка такого способа исследования изменений климата Земли и системы для его осуществления, которые бы обеспечили повышение точности и надежности исследования климатических изменений, происходящих на Земле.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.

Поставленная задача в части способа решается тем, что способ исследования изменений климата Земли включает расположение измерительной системы, включающей первый оптический телескоп, за пределами атмосферы Земли и направление измерительного канала первого оптического телескопа на Землю, измерение энергии собственного теплового излучения Земли, энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения в одном направлении, характеристик поверхности и атмосферы Земли, последующее определение значения альбедо Бонда Земли, определение величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной, оценку изменения энергетического состояния Земли на основании данных измерений величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния и характеристик поверхности и атмосферы Земли. Новым в способе является то, что в измерительную систему включают второй оптический телескоп, идентичный первому оптическому телескопу, первый и второй оптические телескопы устанавливают на видимой поверхности Луны вдоль ее экваториальной зоны на двух противоположных относительно центра краевых точках на удалении 8,1°±0,1° (когда Луна находится в точке апогея или перигея своей орбиты вокруг Земли и центры видимой стороны Луны и лунного диска совпадают) соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны, во время движения Луны вокруг Земли первым и вторым оптическими телескопами последовательно дополнительно измеряют энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по направлениям, отличным от первого направления, измеряют суммарную энергию собственного теплового излучения поверхности и атмосферы в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли в лунное ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток, при этом цикл таких измерений повторяют последовательно и непрерывно в течение не менее 11-летнего цикла Солнца и по результатам измерений за этот период оценивают изменения энергетического состояния Земли и степени пропускания атмосферой теплового излучения земной поверхности в космическое пространство, а также состояние климата Земли. При расположении первого и второго оптических телескопов ближе 8,0° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны из-за либрации Луны они могут эпизодически выйти за пределы видимой стороны Луны и оказаться на ее невидимой стороне, что недопустимо, поскольку может прерывать непрерывность измерений в лунное ночное время. Расположение первого и второго оптических телескопов дальше 8,2° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны уменьшит время непрерывного наблюдения Земли в лунное ночное время и, следовательно, снизит надежность и точность исследований. Измерения глобальных климатических параметров Земли, особенно величины и направления отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния и накапливаемого ею ежегодно избытка или дефицита энергии непрерывно в течение не менее 11-летнего цикла Солнца, позволит определять их зависимость от циклических вариаций солнечной постоянной. Это весьма важно для оценки состояния и исследования изменений климата Земли, поскольку является надежным индикатором для оценки соответствующих изменений величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния в течение всего периода измерений солнечной постоянной космическими аппаратами с 1978 г. и может указать направление грядущего изменения глобального климата Земли. А при измерениях в течение менее 11-летнего цикла Солнца невозможно надежно установить такую зависимость.

Настоящий способ исследования изменений климата Земли позволяет повысить точность и надежность исследования климатических изменений, происходящих на Земле, за счет повышения надежности и точности измерения энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по всем направлениям, определения среднегодовых значений альбедо Бонда Земли, измерения суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли и величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной. Это стало возможным благодаря расположению измерительной системы, включающей первый и второй идентичные оптические телескопы, на видимой поверхности Луны и последовательным измерениям упомянутых величин по всем направлениям в лунное ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток, что позволяет определять среднегодовые значения альбедо Бонда Земли и величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния с большей надежностью и точностью, чем в прототипе, а также вариации среднегодовых значений суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли. При этом непрерывное и последовательное повторение цикла таких измерений в течение значительно более длительного времени (не менее 11-летнего цикла Солнца) позволяет получить долговременный ряд данных, что обеспечивает большую точность и надежность оценки изменений энергетического состояния Земли и состояние ее климата. А измерение вариаций суммарной среднегодовой энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли позволит лучше понять относительный вклад вариации содержания парниковых газов в атмосфере Земли в климатические изменения. Одновременно с этим точность определения состояния климата Земли повышена за счет значительного увеличения общей продолжительности измерений, благодаря установке двух оптических телескопов на видимой поверхности Луны и отсутствию двигателей управления и необходимости их снабжения топливом.

В части системы поставленная задача решается тем, что система для исследования изменений климата Земли содержит установленный за пределами атмосферы Земли первый оптический телескоп с блоком электроники (БЭ), связанный по радиоканалу с первым входом блока приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, расположенной на Земле, при этом первый оптический телескоп включает зеркальную оптическую систему, многоэлементный матричный приемник излучения и сменные фильтры, установленные перед фокальной плоскостью оптического телескопа. Новым является то, что система включает второй оптический телескоп, идентичный первому, БЭ которого связан по радиоканалу со вторым входом блока приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, причем первый и второй оптические телескопы установлены на видимой поверхности Луны вдоль ее экваториальной зоны на двух противоположных относительно центра краевых точках на удалении 8,1°±0,1° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны. А многоэлементный матричный приемник излучения выполнен болометрическим, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью.

Покрытие чувствительных элементов болометрической матрицы золотой чернью повышает эффективность поглощения в широком интервале спектра от ультрафиолетового до дальней инфракрасной области (http://www.ino.ca/en/technologies/specialized-services/gold-black-deposition/; Wang В., Lai J., Zhao Е., Hu Н., Liu Q., Chen S. Vanadium oxide microbolometer with gold black absorbing layer // Opt. Eng. 51(7), 074003 (Jul 05, 2012). doi:10.1117/l.OE.51.7.074003).

Возможен вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что в систему дополнительно включены еще третий и четвертый оптические телескопы, такие же, как первый и второй оптические телескопы, установленные на видимой поверхности Луны с возможностью дублирования измерений, производимых первым и вторым оптическими телескопами.

Возможен еще вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что каждый оптический телескоп снабжен защитой оптических элементов от лунной пыли.

Возможен также вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что каждый оптический телескоп снабжен матовым стеклом на входном зрачке оптического телескопа.

Возможен еще вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что сменные фильтры размещены в двух дисках, выполненных с возможностью их вращения относительно друг друга.

Возможен еще вариант развития основного технического решения, заключающийся в том, что многоэлементный болометрический матричный приемник излучения, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью, и сменные фильтры объединены в единый узел, который снабжен устройством его перемещения вдоль оптической оси телескопа на заданную длину.

Настоящая система для исследования изменений климата Земли позволяет повысить функциональность и точность при одновременном упрощении конструкции за счет использования первого и второго одинаковых оптических телескопов, установленных на видимой поверхности Луны таким образом, что, работая последовательно, они позволяют осуществлять измерения глобальных и локальных параметров Земли в лунное ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток, как единый оптический телескоп. При этом за счет того, что каждый оптический телескоп включает многоэлементный матричный болометрический приемник излучения, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью, взаимодействующий со сменными спектральными фильтрами в 12 заданных широких и узких спектральных интервалах рабочего спектрального диапазона длин волн 0,2-100 мкм, появилась возможность производить последовательные измерения энергии собственного теплового излучения Земли, энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения, суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли в спектральном диапазоне Δλ=8…13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли и измерение характеристик поверхности и атмосферы Земли с помощью только оптического телескопа. В отличие от прототипа, где для измерения энергии собственного теплового излучения и энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения практически в одном направлении используются радиометры. Одновременно с этим точность определения состояния климата Земли повышена за счет значительного увеличения общей продолжительности измерений, благодаря установке двух оптических телескопов на видимой поверхности Луны и отсутствию двигателей управления и необходимости их снабжения топливом.

Сущность заявляемой группы изобретений и возможность ее практической реализации поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 приведена схема расположения элементов системы для исследования изменений климата Земли;

на фиг. 2 показана схема оптического телескопа;

на фиг. 3 приведено расположение первого и второго оптических телескопов на поверхности Луны.

Система для исследования изменений климата Земли 1 содержит первый и второй оптические телескопы 2а и 2б, установленные на видимой поверхности 3 Луны вдоль ее экваториальной зоны 4 (узкой - в несколько градусов широты, вытянутой области у экватора) на двух противоположных относительно центра Луны краевых точках на удалении 8,1°±0,1° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны. Каждый оптический телескоп 2а и 2б состоит из корпуса 5 в виде полого герметичного цилиндра, в котором размещена зеркальная оптическая система, состоящая из главного вогнутого гиперболического зеркала 6 с центральным отверстием 7, вторичного выпуклого гиперболического зеркала 8, многоэлементного матричного приемника 9 излучения, установленного в фокальной плоскости оптического телескопа, сменных фильтров 10, установленных перед фокальной плоскостью каждого оптического телескопа 2а и 2б и БЭ (на чертеже не показано). Причем многоэлементный матричный приемник 9 излучения выполнен болометрическим, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью. Таким образом, образован мультиканальный спектроболометр, позволяющий измерять распределение энергетического потока излучения, исходящего от Земли 1, в направлении входного зрачка 11 оптического телескопа в рабочем спектральном диапазоне длин волн 0,2-100 мкм и в его не менее 12 заданных широких и узких спектральных полосах, в том числе в спектральном интервале длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли, позволяющих получать также и детальное изображение поверхности и атмосферы Земли 1. Корпус 5 устанавливают на видимой поверхности 3 Луны с помощью определенной заданной монтировки 12. БЭ (на чертеже не показано) оптических телескопов 2а и 2б по радиоканалу, например, с помощью приемопередатчиков (на чертеже не показано), связаны с первым и вторым входами блока 13 приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, расположенной на Земле 1.

Дополнительно система может включать третий и четвертый оптические телескопы, такие же как первый и второй оптические телескопы (на чертеже не показаны), которые устанавливают на видимой поверхности 3 Луны с возможностью дублирования измерений, производимых первым и вторым оптическими телескопами 2а и 2б.

При этом каждый оптический телескоп 2а и 2б может быть снабжен защитой оптических элементов от лунной пыли, выполненной в виде подвижного козырька 14, имеющего возможность перемещаться параллельно оптической оси телескопа, например, с помощью направляющей 15 и шагового электродвигателя 16 вдоль поверхности трубы оптического телескопа над входным зрачком 11 на величину, зависимую от конструктивных параметров оптического телескопа и от угла наклона его оптической оси относительно видимой поверхности 3 Луны.

Каждый оптический телескоп 2а и 2б может быть снабжен сменным матовым стеклом 17, устанавливаемым с помощью шарнира 18 на входном зрачке 11 оптического телескопа только во время калибровки систем его научной аппаратуры и нерабочего положения оптического телескопа.

Количество используемых сменных фильтров 10 составляет не менее 12 штук. Причем сменные фильтры 10 могут быть размещены, например, в одном поворотном диске 12 штук или в двух поворотных дисках по 6 штук в каждом, выполненных с возможностью вращения относительно друг друга. В результате поступающее излучение поочередно пропускается в 12 заданных спектральных диапазонах. При этом последний двухдисковый вариант предпочтителен, поскольку позволяет сократить габаритные размеры блока фильтров и упростить их конструкцию. Размещение 12 фильтров в одном поворотном диске увеличило бы габариты блока фильтров. Управление вращением двух дисков с 6 фильтрами относительно друг друга обеспечивает последовательного введения каждого фильтра в отдельности в оптический тракт оптического телескопа. При этом многоэлементный болометрический матричный приемник 9 излучения, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью, и сменные спектральные фильтры 10 в поворотных дисках (или диске) объединены в единый узел, который снабжен устройством (на чертеже не показано) его перемещения вдоль оптической оси телескопа на заданную длину, что позволяет проводить наблюдения Земли 1 еще до полного остывания оптического телескопа до рабочей температуры, так как при изменении температуры смещается фокусное расстояние, что требует перемещения многоэлементного болометрического матричного приемника 9 излучения к фокальной плоскости оптического телескопа. Это, в свою очередь, позволяет увеличить время непрерывного наблюдения Земли 1 и, следовательно, повысить надежность и точность исследований.

Способ исследования изменений климата Земли осуществляют следующим образом. Оптические телескопы 2а и 2б располагают за пределами атмосферы Земли 1, а именно на видимой поверхности 3 Луны, и направляют их измерительные каналы на Землю 1. Затем во время движения Луны вокруг Земли 1 в лунное ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток оптические телескопы 2а и 2б последовательно производят измерения энергии собственного теплового излучения Земли 1, энергии отраженного и рассеянного Землей 1 солнечного излучения во все направления, суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли 1 и измерение характеристик поверхности и атмосферы Земли. На основании данных измерений энергии отраженного и рассеянного Землей 1 солнечного излучения во все направления определяют значения альбедо Бонда Земли 1. На основании вариации данных измерений суммарной среднегодовой энергии собственного теплового излучения земной поверхности и атмосферы в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы определяют временное изменение степени пропускания атмосферой теплового излучения земной поверхности в космическое пространство и, следовательно, изменения общего (суммарного) содержания парниковых газов в атмосфере. Это позволит лучше понять относительный вклад парниковых газов в климатические изменения. А на основании данных измерений среднегодовых значений энергии собственного теплового излучения и альбедо Бонда Земли 1 с использованием заранее известных данных солнечной постоянной определяют величину отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния. При этом цикл таких измерений непрерывно и последовательно повторяют в течение не менее 11-летнего цикла Солнца и по результатам измерений за весь этот период оценивают изменение энергетического состояния Земли 1 и состояние ее климата. Таким образом, заявляемая система работает со следующим циклом наблюдений Земли, начинающимся после наступления каждого полнолуния. Первый восточный оптический телескоп 2а, установленный на расстоянии 8,1°±0,1° от восточного края экваториальной зоны 4 Луны, начинает наблюдение Земли 1 только после захода Солнца за лунный горизонт в месте его установки и остывания первого оптического телескопа 2а до рабочей температуры через не более 25,2 часов после наступления полнолуния. Второй западный оптический телескоп 2б, установленный также на расстоянии 8,1°±0,1°, но от западного края экваториальной зоны 4 Луны, подключают одновременно с первым восточным оптическим телескопом 2а к наблюдениям Земли 1 только после захода Солнца за лунный горизонт в месте его установки и остывания второго оптического телескопа 2б до рабочей температуры не менее чем за 7 часов до наступления новолуния. С этого времени в течение не менее 7 часов до наступления новолуния и не менее 15,7 часов после наступления новолуния оба оптических телескопа 2а и 2б будут вести одновременные параллельные наблюдения Земли 1 по одной и той же научной программе. После восхода Солнца над горизонтом в месте установки первого восточного оптического телескопа 2а, вследствие его нагрева солнечным излучением и высокого температурного фона вокруг него, он становится неработоспособным и наблюдения Земли 1 продолжит только второй западный оптический телескоп 2б до восхода Солнца над горизонтом в месте его установки не более чем за 16,2 часов до наступления полнолуния. Со времени восхода Солнца над горизонтом в месте установки второго западного оптического телескопа 2б в течение не более 16,2 часов до наступления полнолуния и не более 25,2 часов после наступления полнолуния и остывания первого восточного оптического телескопа 2а до рабочей температуры оба оптических телескопа 2а и 2б становятся неработоспособными (в период, когда видна только ночная и околоночная сторона Земли 1) из-за их освещения солнечным излучением и нагрева, а также высокого температурного фона вокруг них. Такой не более 6% перерыв в наблюдениях Земли 1 только в течение не более 41,4 часов за весь промежуток времени между двумя последовательными полнолуниями (Луна совершает полный оборот по отношению к Солнцу за 29,53 земных суток), когда отраженное и рассеянное планетой солнечное излучение в период видимости ночной и околоночной стороны Земли 1 имеет весьма незначимую долю энергии, не внесет значимого влияния в точность определения значений ее альбедо Бонда. После захода Солнца за лунный горизонт в месте установки первого восточного оптического телескопа 2а и его остывания до рабочей температуры через не более 25,2 часов после наступления очередного полнолуния начинают новый цикл таких наблюдений Земли 1 системой двух одинаковых оптических телескопов 2а и 2б, обеспечивающих наблюдения Земли 1 последовательно в ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток. Только такая лунная астрономическая обсерватория, состоящая из системы двух одинаковых оптических телескопов 2а и 2б на указанных противоположных краях видимой поверхности Луны, работающих последовательно только в ночное время в автоматическом режиме как единый оптический телескоп, позволит получать комплекс наиболее точных глобальных климатических параметров, надежно измерять расходуемую планетой поступающую среднегодовую энергию солнечного излучения на внешнюю границу ее атмосферы и определять относительный вклад вариации парниковых газов в атмосфере в климатические изменения. При этом цикл таких измерений последовательно и непрерывно повторяют в течение не менее 11-летнего цикла Солнца и по результатам измерений за весь этот период оценивают изменение энергетического состояния Земли и состояние ее климата.

Таким образом, достигается технический результат настоящей группы изобретений, а именно повышение точности и надежности исследования климатических изменений, происходящих на нашей планете, за счет увеличения продолжительности всего периода непрерывных измерений за пределами атмосферы Земли, повышения надежности и точности измерения энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по всем направлениям, измерения суммарной энергии излучений земной поверхности и атмосферы в спектральном диапазоне окна прозрачности атмосферы Δλ=8…13 мкм, определения среднегодовых значений альбедо Бонда Земли и величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной.

1. Способ исследования изменений климата Земли, включающий расположение измерительной системы, включающей первый оптический телескоп, за пределами атмосферы Земли и направление измерительного канала первого оптического телескопа на Землю, измерение энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения в первом направлении, измерение энергии собственного теплового излучения Земли, измерение характеристик поверхности и атмосферы Земли, последующее определение значения альбедо Бонда Земли, определение величины отклонения энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной, оценку изменения энергетического состояния Земли на основании данных измерений величины отклонения среднегодового энергетического баланса Земли от равновесного состояния и характеристик поверхности и атмосферы Земли, отличающийся тем, что в измерительную систему включают второй оптический телескоп, идентичный первому оптическому телескопу, первый и второй оптические телескопы устанавливают на видимой поверхности Луны вдоль ее экваториальной зоны на двух противоположных относительно центра краевых точках на удалении 8,1°±0,1° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны, далее во время движения Луны вокруг Земли первым и вторым оптическими телескопами последовательно дополнительно измеряют энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по направлениям, отличным от первого направления, измеряют суммарную энергию собственного теплового излучения поверхности и атмосферы в спектральном диапазоне длин волн Δλ=8-13 мкм окна прозрачности атмосферы Земли в лунное ночное время непрерывно в течение не менее 94% лунных суток, при этом цикл таких измерений повторяют последовательно и непрерывно в течение не менее 11-летнего цикла Солнца и по результатам измерений за этот период оценивают изменения энергетического состояния Земли и степени пропускания атмосферой теплового излучения земной поверхности в космическое пространство, а также состояние климата Земли.

2. Система для исследования изменений климата Земли, содержащая установленный за пределами атмосферы Земли первый оптический телескоп с блоком электроники, связанным по радиоканалу с первым входом блока приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, расположенной на Земле, при этом первый оптический телескоп включает зеркальную оптическую систему, многоэлементный матричный приемник излучения и сменные фильтры, установленные перед фокальной плоскостью первого оптического телескопа, отличающаяся тем, что система содержит второй оптический телескоп, идентичный первому оптическому телескопу, блок электроники второго оптического телескопа связан по радиоканалу со вторым входом блока приема, передачи и обработки данных наземной службы управления, причем первый и второй оптические телескопы установлены на видимой поверхности Луны вдоль ее экваториальной зоны на двух противоположных относительно центра краевых точках на удалении 8,1°±0,1° соответственно от восточного и западного краев видимой поверхности Луны, многоэлементный матричный приемник излучения выполнен болометрическим, чувствительные элементы которого покрыты золотой чернью.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что включает третий и четвертый оптические телескопы, идентичные первому и второму оптическим телескопам и установленные на видимой поверхности Луны с возможностью дублирования измерений, производимых первым и вторым оптическими телескопами.

4. Система по п. 2, отличающаяся тем, что каждый оптический телескоп снабжен защитой оптических элементов от лунной пыли.

5. Система по п. 2, отличающаяся тем, что каждый оптический телескоп снабжен сменным матовым стеклом на входном зрачке оптического телескопа.

6. Система по п. 2, отличающаяся тем, что сменные фильтры размещены в двух дисках, выполненных с возможностью вращения относительно друг друга.

7. Система по п. 2, отличающаяся тем, что многоэлементный болометрический матричный приемник излучения и сменные фильтры объединены в единый узел, который снабжен устройством его перемещения вдоль оптической оси телескопа на заданную длину.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки изображений, в частности к способу обнаружения движущегося объекта, например космических обломков, исходя из захваченных изображений.

Изобретение может быть использовано, например, в лазерных дальномерах. Телескопическая оптическая система типа Галилея состоит по ходу лучей из объектива и окуляра.

Сайдоскоп // 2560247
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно телескопам. Телескоп содержит корпус, входной объектив, фильтр, параболическое зеркало и приемник излучения, расположенный в стороне от оптической оси телескопа, защитный экран с приемным окном, фильтр расположен на пути излучений перед главным зеркалом, приемник излучения включает приемную резисторную матрицу, расположенную в приемном окне так, чтобы лучи, отраженные от зеркала, фокусировались бы только на приемной резисторной матрице, состоящей из N столбцов и M строк, N-канальный аналоговый ключ, M малошумящих дифференциальных усилителей, M цифроаналоговых преобразователей, источник опорного напряжения, М аналого-цифровых преобразователей, M цифровых сумматоров, M-входовый регистр сдвига, микроконтроллер, персональный компьютер, приемник спутниковой навигационной системы, устройство синхронизации, цифровой датчик температуры, конструктивно связанный с подложкой резисторной матрицы, и вентилятор воздушного охлаждения, конструктивно связанный с обратной стороной резисторной матрицы, питание на который поступает от микроконтроллера через устройство синхронизации.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в устройствах для контроля сбиваемости прицелов в процессе стрельбовых испытаний. Устройство для контроля положения линии визирования прицелов на стрелковом оружии содержит лазер и сетку с контрольной точкой для наведения линии визирования контролируемого прицела, при этом оно дополнительно содержит коллимационно-измерительный блок, содержащий коллимационный канал с установленной в нем упомянутой сеткой, формирующий удаленное изображение сетки, и измерительный канал, содержащий объектив, на оптической оси которого установлен светоделительный элемент, а в фокальных плоскостях установлены лазер и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, фиксирующее положение пятна лазерного излучения, зеркало, оснащенное устройством его крепления на оружии с однозначной ориентацией нормали зеркала относительно оси канала ствола оружия, а также устройство вычисления координат лазерного пятна на позиционно-чувствительном фотоприемном устройстве, входом соединенное с выходом позиционно-чувствительного фотоприемного устройства, причем коллимационно-измерительный блок закреплен на опоре на жестком основании, на котором также закреплена опора для установки оружия с контролируемым прицелом, при этом, по крайней мере, одна из упомянутых опор выполнена с возможностью угловой и линейной регулировки по вертикали и горизонту для оптического сопряжения контролируемого прицела и лазерного излучения, отраженного от зеркала, с коллимационно-измерительным блоком.

Телескоп включает корпус (1) с размещенной в нем оптической системой, содержащей главное вогнутое гиперболическое зеркало (2) с центральным отверстием (3), вторичное выпуклое гиперболическое зеркало (4) и фотоприемное устройство (5), установленное в фокальной плоскости телескопа.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Прицел-дальномер для стрелкового оружия и гранатометов содержит излучающий канал, содержащий оптически связанные лазер и передающую оптическую систему, визирно-приемный канал, содержащий оптически связанные объектив, спектроделительную призму, оборачивающую систему, сетку и окуляр, а также оптически связанное с объективом посредством спектроделительной призмы фотоприемное устройство, прицельный знак, светодиод для подсветки сетки, устройство цифровой индикации дальности в поле зрения окуляра, измеритель временных интервалов, входом связанный с выходом фотоприемного устройства, а выходом - с лазером, баллистический вычислитель с введенными в его программу баллистическими данными различных типов оружия, оснащенный устройством выбора типа оружия и боеприпаса, и датчик температуры, при этом первый вход баллистического вычислителя связан со вторым выходом измерителя временных интервалов, второй вход - с выходом датчика температуры, а первый выход - с входом устройства цифровой индикации дальности, при этом он дополнительно содержит перископическую оптическую систему, оптически связанную с излучающим и визирно-приемным каналами, при этом первый отражающий элемент перископической оптической системы оснащен механизмом поворота вокруг горизонтальной оси, содержащим шаговый электродвигатель, связанный с выходом устройства управления электродвигателем, а второй отражающий элемент перископической оптической системы выполнен с возможностью его поворота вокруг вертикальной оси, причем второй выход баллистического вычислителя связан со входом устройства управления электродвигателем, а прицельный знак размещен на сетке визирно-приемного канала.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Устройство содержит ходовые винты 2, 3, маховичок 4 со шкалой углов прицеливания, фиксаторы 5, 6 ходовых винтов, баллистический кулачок 8, датчик линейного перемещения в виде потенциометра с корпусом 9 с резистивным слоем и подвижным контактом 10, наконечник 11, пружину 12, устройство обработки сигнала (УОС) 13, цифровые индикаторы 14, оптически связанные с объективом 15 и призменной системой 16 сопряжения с окуляром прицела.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в устройствах для контроля сбиваемости прицелов в процессе стрельбовых испытаний. Устройство для контроля положения линии визирования прицелов на стрелковом оружии содержит лазер, оснащенный устройством его крепления на оружии, и сетку с контрольной точкой для наведения линии визирования контролируемого прицела, при этом оно дополнительно содержит коллимационно-измерительный блок, содержащий коллимационный канал с установленной в нем упомянутой сеткой, формирующий удаленное изображение сетки, и измерительный канал с позиционно-чувствительным фотоприемным устройством, фиксирующим положение пятна лазерного излучения, а также устройство вычисления координат лазерного пятна на позиционно-чувствительном фотоприемном устройстве, входом соединенное с выходом позиционно-чувствительного фотоприемного устройства, причем коллимационно-измерительный блок закреплен на опоре на жестком основании, на котором также закреплена опора для установки оружия с контролируемым прицелом, по крайней мере, одна из упомянутых опор выполнена с возможностью угловой и линейной регулировки по вертикали и горизонту для оптического сопряжения контролируемого прицела и лазера с коллимационно-измерительным блоком.

Реферат (54) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в устройствах для контроля сбиваемости прицелов в процессе стрельбовых испытаний.

Изобретение относится к устройствам для защиты головы человека и касается шлема с проекционной системой. Шлем содержит контроллер управления, видеокамеру, блок приема/передачи данных, блок распознавания речи, блок определения пространственного положения шлема и оптическую систему.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования погоды. Сущность: выбирают информацию о погоде, включающую в себя данные температуры, связанную с временами и областями.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования погоды. Сущность: выбирают из множества элементов информации о погоде, которые относятся к областям и моментам времени и которые включают в себя, по меньшей мере, температурные данные, множество наборов информации о погоде, относящихся к множеству моментов времени в течение фиксированного периода, касающихся первой области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Согласно заявленному способу проводится регистрация фактических значений вертикального профиля температуры приземного слоя атмосферы n раз при помощи наземного температурного профилемера, который устанавливают в заданном районе наблюдения, а по данным наземных наблюдений определяют приземное значение относительной влажности воздуха, приземное значение температуры точки росы и значение высоты нижней кромки облачности.

Изобретение относится к области солнечно-земной физики и может быть использовано для прогнозирования погодно-климатических характеристик. Сущность: наблюдают за текущей активностью Солнца.

Изобретение относится к области прогноза космической погоды, определяемой вспышечной активностью Солнца, и может быть использовано для прогноза геоэффективных последствий солнечных вспышек, в частности явлений нарушения коротковолновой радиосвязи, ухудшение определения местоположения по данным ГЛОНАСС/GPS навигации; повышение радиационной опасности для экипажей и пассажиров высотных самолетов с трассами полета в полярных областях, а также сбоям в работе бортовых космических приборов и возрастанию опасности радиационного поражения экипажей пилотируемых космических аппаратов.

Изобретение относится к системам связи, а именно к информационным системам для обеспечения потребителей мониторинговой информацией, и может быть использовано для контроля объекта (района, явления) и прогнозирования развития ситуации на территориях без стационарных средств мониторинга.

Изобретение относится к солнечно-земной физике и может быть использовано для краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек. .

Изобретение относится к физике ионосферы и может быть использовано для предсказания экстремальных изменений ионосферы. .

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано как на метеорологических станциях, так в любом месте и в любом регионе суши, в пределах ареала обитания ногохвосток (везде, кроме пустынь и высокогорий).

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано в горных районах для заблаговременного оповещения населения о начале схода селя и паводков ливневого происхождения.

Изобретение относится к инфракрасной (ИК) спектроскопии поверхности металлов и полупроводников, а именно к определению амплитудно-фазовых спектров как самой поверхности, так и ее переходного слоя, путем измерения характеристик направляемых этой поверхностью поверхностных плазмонов (ПП).
Наверх