Исследование природных ресурсов планеты с помощью космических методов и история развития глобальных спутниковых систем

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение.
2. Землевладение.
3. Способы изучения Земли
4. Область изучения Земли
5. История спутниковой навигации
6. Список литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

   Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучение околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширило наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и других планетах. Вместе с тем выявилось весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космических технологий в интересах многих наук о Земле и для различных отраслей хозяйства.

   География, гидрология, геохимия, геология, океанология, геодезия, гидрология, землеведение – вот некоторые из наук, ныне широко использующих космические методы и средства исследования. Сельское и лесное хозяйство, рыболовство, мелиорация, разведка сырьевых ресурсов, контроль и оценка загрязнения морей, рек, водоемов, воздуха, почвы, охрана окружающей среды, связь, навигация – таков далеко не полный перечень направлений, использующих космическую технику.

   Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники в различных областях хозяйства значительно возрастет. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Землеведение. 

   С позиции географии большой интерес представляет космическое землеведение. Так называют совокупность исследований Земли из космоса с помощью аэрокосмических методов и визуальных наблюдений. Главные цели космического землеведения – познание закономерностей космической оболочки, изучение природных ресурсов для их оптимального использования, охрана окружающей среды, обеспечение прогнозов погоды и других природных явлений. Космическое землеведение стало развиваться с начала 60-х годов, после запуска первых советских и американских искусственных спутников Земли, а затем и космических кораблей.

    Например, первые космические снимки с такого корабля были сделаны в 1961 году Германом Титовым. Так возникли дистанционные методы изучения различных объектов Земли с летательных аппаратов, которые явились как бы продолжением и новым качественным развитием традиционной аэрофотосъемки. Одновременно начались и визуальные наблюдения экипажей космических кораблей, также сопровождавшиеся космической съемкой. При этом вслед за фотографией и телевизионной съемкой стали применяться более сложные ее виды – радиолокационные, инфракрасная, радиотепловая и другое особое значение для космического землеведения имеют некоторые отличительные свойства космической съемки.

    Первое из них - огромная обзорность. Съемка со спутника и космических кораблей обычно осуществляется с высоты от 250 до 500 км.

Другие  важные отличительные свойства космической  съемки - большая скорость получения  и передачи информации, возможность  многократного повторения съемки одних  и тех же территорий, что позволяет  наблюдать природные процессы в  их динамике, лучше анализировать  взаимосвязи между компонентами природной среды и тем самым  увеличивает возможности создания общегеографических и тематических карт.

В последствии  развития космического землеведения в  нем было выделено несколько под отраслей или направлений.

    Во-первых, это геолого-геоморфологические исследования, которые служат основой изучения строения земной коры. В СССР их так же использовали при инженерно-геологических исследованиях (например, при проведении трасс нефтепроводов, Байкало-Амурской железнодорожной магистрали), при геологоразведочных и геолого-съемочных работах 
(например, для выявления разломов земной коры, тектонических структур, перспективных на нефть и газ). 
 
 
 
 
 
 
 

Способы изучения Земли. 

   Проблема изучения природных ресурсов, оценка их запасов, объема и темпа расходования, возможности их сохранения и восстановления приобретают в наше время все большую актуальность. На первый план выдвинулись также задачи охраны окружающей среды, борьба с загрязнением почвы, воздуха, водоемов. Возросла необходимость постоянного контроля состояния и рационального использования лесных массивов, источников пресной воды, животного мира.

   Развитие растениеводства, животноводства, лесного хозяйства, рыболовства, других областей хозяйственной деятельности человека потребовало применения новых более современных принципов контроля окружающей среды и значительно более оперативного получения его результатов.

    Исчерпывание сырьевых ресурсов, находящихся в сравнительно близких и освоенных человеком местах, привело к необходимости изыскания их в отдаленных, труднодоступных, глубинных районах. Возникла задача охвата разносторонней разведкой больших площадей.

    Главными достоинствами космических средств, при использовании их для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды являются: оперативность, быстрота получения информации, возможно доставки её потребителю непосредственно в ходе приёма с КА, разнообразие форм наглядность результатов, экономичность.

   Отметим, что внедрение космической техники отнюдь не исключает применения в ИПР и КОС самолетных и наземных средств. 
Наоборот, космические средства могут быть более, эффективно используют именно в сочетании с ними.

   Помимо перечисления целей, выявилась эффективность использования космической техники для решения некоторых задач градостроительства, строительства и эксплуатации транспортных магистралей и др.

  Под дистанционным зондированием понимают обнаружение, наблюдение и исследование земных образований или явлений, определение физических, химических, биологических и других характеристик (изменения параметров) объектов на расстоянии, с помощью чувствительных элементов и устройств, не находящихся в прямом контакте (непосредственно близость) с предметом измерений (исследований).

   В основе этого метода лежит то важное обстоятельство, что все естественные и искусственные земные образования испускают электромагнитные волны, содержащие как собственное излучение элементов суши, океана, атмосферы, так и отраженное от них солнечное излучение. Установлено, что величина и характер идущих от них электромагнитных колебаний существенно зависят от вида, строения и состояния (от геометрических, физических и иных характеристик) излучаемого объекта.

   Эти-то различия в электромагнитном излучении земных различных образований и позволяют применять метод дистанционного зондирования для изучения Земли из космоса.

   Чтобы достигнуть чувствительных элементов приемных устройств, установленных на космическом аппарате электромагнитные колебания, идущие с Земли, должны пронизывать всю толщу земной атмосферы. 
Однако атмосфера пропускает далеко не всю электромагнитную энергию, излучаемую с Земли. Немалая часть её, отражаясь, возвращается на 
Землю, а некоторое количество рассеивается и поглощается. При этом атмосфера не безразлична к электромагнитным излучениям различной длины волны. Одни колебания она пропускает сравнительно свободно, образуя для них «окна прозрачности», другие – почти полностью задерживает, отражая, рассеивая и поглощая их.

   Поглощение и рассеяние электромагнитных волн атмосферой обусловлены ее газовым составом и аэрозольными частицами, и в зависимости от состояния атмосферы она действует на изучение с Земли неодинаково. Поэтому на приемное устройство космического аппарата может только та часть электромагнитного излучения от исследуемых объектов, которая способна пройти сквозь атмосферу. Если влияние ее велико, то возникают существенные изменения в спектральном, угловом и пространственном, распределении излучения.

  Почти всегда на излучение, идущее от земных образований, накладывается атмосферный фон, который искажает структуру электромагнитных волн, нанося определенную информацию о самой атмосфере, может служить ее оценке в зависимости от различных факторов.

  Значение степени и характера влияния атмосферы, на происхождение сквозь нее электромагнитного излучения с Земли для излучения природных ресурсов из космоса весьма существенно. Особенно важно знать влияние атмосферы на прохождение электромагнитных волн при изучении слабо излучающих и плохо отражающих земных образований, когда атмосфера может почти полностью подавить или исказить сигналы, характеризующие исследуемые объекты.

  Установлено, что сквозь атмосферу хорошо проходят, свободно достигая приемных устройств космических аппаратов, электромагнитные излучения в таких диапазонах волн (смотри таблицу):

|Видимый и ближний инфракрасный |0,375 – 2,5 мкм | 
|диапазон | | 
|Промежуточный инфракрасный |3 – 6 (( | 
|диапазон | | 
|Тепловой инфракрасный диапазон |8 – 13 (( | 
|Сверхвысокочастотный |0,5 – 4 см | 
|радиодиапазон | |

  Для изучения природных ресурсов из космоса подбирают такое время и условия, когда поглощающее и искажающие влияние атмосферы минимально. При работе в видимом диапазоне, выбирается светлое время суток, при возвышении угла Солнца над горизонтом 15 - 35(, при невысокой влажности, небольшой облачности, возможности большой прозрачности и малой аэрозольности атмосферы.

  Спектральный состав и интенсивность электромагнитных излучений земных различных образований определяются их абсолютной температурой, характером поверхности и физико-химическими свойствами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Области изучения. 

   В области геологии: выявление месторождений полезных ископаемых, определение перспективных районов добычи нефти, газа, руды, угля и другие; картографическая и геологическая подготовка крупного строительства; оценка сейсмической и вулканической деятельности, получение данных для их прогнозирования; обследование районов шахт и открытых разработок, оценка ущерба растительности в этих районах.

  В области гидрологии: выявление местонахождение водных источников, поиск грунтовых вод в районе пустынь и степей; оценка запасов воды в различных районах; контроль и прогнозирование паводков и наводнений, прогнозирование стока вод после весенних паводков, определение угрожаемых районов и эффективности мер, принимаемых для уменьшения ущерба от наводнений; контроль за изменением водного режима рек в частности в целях оптимального использования мощности гидроэлектростанций.

  В области океанологии, океанографии, рыболовства; прогнозирование явлений, влияющих на эффективность судоходства и представляющих опасность для прибрежных районов; оценка морских путей; изменение величины и характера волнений водной поверхности больших акваторий; наблюдение за ледовой обстановкой в высокоширотных районах, контроль за образованием и движением айсбергов; определение районов богатых планктоном, обещающих эффективные уловы, выявление косяков рыбы и скопление промысловых животных.

  В области биосферы и охраны окружающей среды; оценка загрязнённости воды в конкретных водоёмах и воздуха в различных районах; контроль сброса сточных вод и насосов в районах плотной заселённости (крупных городов); контроль за местонахождением и миграцией диких животных.

  В области сельского и лесного хозяйства, землеведение и мелиорации: оперативная оценка стадий развития, степени зрелости и урожайности культур; выявление поражения отдельных участков полей и лесов, установление эффективности мер, направленных на сохранение растений, оценка состояния участков леса и запасов древесины, таксация лесов; планирование вырубки и посадок; обнаружение лесных пожаров, контроль их развития и эффективности, противопожарных мер; выявление заболоченности определённых районных ирригационные оценки, планирование дренажных и мелиорационных работ; землепользование в конкретных регионах, контроль орошаемых земель, оценка пастбищ. 
 
 
 
 

История развития глобальных навигационных спутниковых  систем 
 
  В настоящее время в эксплуатации находятся две ГНСС: американская NAVSTAR (GPS) и российская система ГЛОНАСС. Объем статьи не позволяет подробно рассмотреть принципы работы этих систем, однако эти вопросы были неоднократно и достаточно подробно освещены в литературе, например [1...3], поэтому ограничимся хронологией.