Основа КА Лекции Пузин

ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Толщина ТЗП СА представляет собой сумму δтзп= δун + δзап.
Здесь δ	– толщина запаса ТЗП, δ	=!"# (q /γ˖Н	)dt – толщина уноса ТЗП,
зап	ун	"$	эф
		w

где γ – плотность материала, Н эф - эффективная энтальпия материала (количество тепла, необходимое для перевода ед. массы тв. вещества в газообразное состояние).

Тепловой баланс СА с ТЗП: qw = qаэр + qw + qлучг - qизлпов - qнаг, где qаэр=α˖(Тт - Тср) – передача тепла от газового потока с температурой

Тт = Т∞˖(1+0,18˖Мах2)˖k к окружающей среде с температурой Тос (поверхности СА), Мах - число Маха, k - коэффициент диссоциации;

qлучг = εг˖σ˖Т4г – лучистый тепловой поток газа;

qизлпов = εпов˖σ˖Т4пов – тепловой поток излучаемый поверхностью СА;

%&

qнаг = (λ/Т)˖ %' – тепловой поток излучаемый от нагрева СА.

Часто используют статистическую модель, которая основана на скорости уноса ТЗП при спуске СА:

)δ

U = )*ун+= 1,17˖104˖Тпов – 0,205 мм/с, где толщина уноса ТЗП в процессе сублимации (переход твердого вещества в газообразное минуя жидкую фазу)

δун = U(τк - τо).

17

ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Кафедра космического машиностроения.

Лекция 5

.

Самара 2017

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

или КА наблюдения используются для решения следующих целевых задач:

1.Контроль чрезвычайных ситуаций (наблюдение районов чрезвычайных ситуаций с целью оценки последствий стихийных бедствий, аварий, катастроф

ипланирования мероприятий по их ликвидации, контроль возникновения и последствий лесных пожаров).

2.Экологический контроль, охрана окружающей среды (экологический контроль в районах геологоразведочных работ добычи полезных ископаемых, выявление загрязнений снежного покрова вокруг промышленных предприятий) и определение погоды.

3.Информационное обеспечение рационального природопользования и хозяйственной деятельности (создание и обновление топографических и тематических карт, контроль хода различных производственных процессов в сельском, лесном хозяйствах, картографирование земельных угодий, оценка состояния землепользования).

Наиболее высокие требования по разрешающей способности (от 0,5…1

м до 10…20 м), периодичности наблюдения и оперативности доставки информации (не более 0,5 - 6 часов) выдвигаются со стороны задач контроля чрезвычайных ситуаций и экологического состояния окружающей среды.

2

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА

При решении целевых задач по информационному обеспечению

рационального природопользования и хозяйственной деятельности

требуется уровень детальной информации не хуже от 1 до10 м. Период повторе- ния обзора для большинства задач этой группы изменяется от нескольких лет до нескольких суток и только для отдельных задач до 1 суток.

Уровни необходимых объемов съемки с требуемым разрешением Для решения различных целевых задач

мониторинга земной поверхности требуется аппаратура, позволяющая проводить наблюдения в различных спектральных диапазонах.

В оптическом диапазоне длин волн можно выделить следующие интервалы (окна прозрачности), в которых атмосфера не поглощает энергию излучения или отражения

или поглощает в меньшей степени, чем в остальных диапазонах: 0,4…1,3 мкм; 1,5…1,8 мкм; 2,0…2,6 мкм; 3,0…4,0 мкм; 4,5…5,0 мкм; 8,0…12,0 мкм.

Видимый диапазон спектра лежит в пределах длин волн от 0,38 до 0,76 мкм и

целиком находится в первом указанном окне прозрачности.

3

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА

Окна прозрачности 3,0…4,0 мкм; 4,5…5,0 мкм; 8,0…12,0 мкм соответствуют инфракрасному спектру излучения (ИК).

Видимый спектр, в свою очередь, может быть разделен на следующие цветовые спектры: 0,380…0,450 мкм - фиолетовый; 0,450…0,480 мкм - синий; 0,480…0,510 мкм - голубой; 0,510…0,550 мкм - зеленый; 0,550…0,575 мкм -

желто-зеленый; 0,575…0,585 мкм - желтый; 0,585…0,620 мкм - оранжевый; 0,620…0,760 мкм - красный.

Чем больше спектров может быть представлено на снимке, тем он информативнее.

Для экспериментальной оценки детальности космических снимков используется специальный тестовый объект, который называется «мира» (от французского слова mire - мушка, прицел). Такая мира, например, имеется вблизи космодрома Байконур. Мира представляет собой набор контрастных штриховых линий, нанесенных поочередно: белые и черные линии. В пределах каждого

прямоугольника толщина белых и черных линий одинакова. На разных прямоугольниках количество линий и их толщина различная. Здесь ∆Lм - период поля миры (суммарная ширина светлой и темной

полос). Линейное разрешение на местности - это минимально различимая ширина черной (или белой) полос миры ∆Lм.

4

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА

Этот показатель также называют пространственным разрешением или детальностью и измеряется в метрах. Разрешающая способность на местности - это максимально различимая частота штрихов поля миры, которая связана с периодом поля миры следующим соотношением: N = 1/∆Lм. Размерность этого показателя 1/м.

Линейное разрешение на местности ∆Lм определяется из соотношения ∆Lм = h˖ά/Cosφ, где f - фокусное расстояние объектива, h – высота полета, где φ - угол отклонения оптической оси от местной вертикали, ά = 1/(2˖ ∆ℓ˖f) - угловое разрешение оптической системы, f - фокусное расстояние объектива оптической системы наблюдения, ∆ℓ - ширина изображение миры в фокальной плоскости.

Чтобы более полно описать передаточные свойства системы используют характеристику, которая называется контраст миры. Контраст миры - количественная оценка распределения яркости в поле миры, определяемая из соотношения:

, где BMAX и BM1N яркости светлых и темных полос поля миры соответственно. Величина kt принимает значение из

диапазона (0, 1). Известно, что чем меньше контраст миры при прочих равных условиях, тем хуже разрешающая способность.

Помимо контраста kt различают контраст kt' изображения миры, который характеризует распределение освещенности в фокальной плоскости объектива

5

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА

(плоскости изображения):

, где EMAX и EM1N - освещенности изображения соответственно для светлых и темных полос поля миры. Изображение поля мири (или какого- либо объекта) отличается от оригинала двумя факторами:

- амплитуда колебаний освещенности в изображении меньше, чем в самой мире (изменение амплитуды);

- вне оптической оси изображение миры может не совпадать с его положением, рассчитанным по законам оптики идеальной системы (изменение фазы);

Для более полного описания этих факторов используется частотная передаточная функция и ее составляющая, называемая функцией передачи модуляции или частотно-

контрастной характеристикой.

Классификация средств дистанционного зондирования Земли (по пространственному разрешению)

6

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМЛИ

Общий вид КА ДЗЗ типа «Ресурс-П»

Приняты следующие обозначения:

1. Антенна бортового синхронизирующего координатно-временного устройства 2. Агрегатный отсек 3. Солнечная батарея

4. Силовой гироскопический комплекс

5. Оптико-электронная аппаратура

6. Блок определения координат звезд

7. Измеритель угловой скорости волоконно-оптический с акселерометрами 8. Антенна командно-измерительной системы 9. Объединенная двигательная установка

10. Антенна командно-измерительной системы

11. Приборный отсек

12. Отсек целевой аппаратуры

13. Гиперспектральная аппаратура

14. Антенное устройство высокоскоростной радиолинии

15. Комплекс широкозахватной мультиспектральной аппаратуры

16. Инфракрасный построитель местной вертикали

7

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Бортовая аппаратура наблюдения и передачи видеоинформации на Землю

Всостав целевой аппаратуры КА наблюдения входит:

-оптическая система;

-система приема и преобразования информации (включающая фотоприемное устройство);

-бортовая аппаратура высокоскоростной радиолинии (система передачи информации на Землю).

Принцип работы целевой аппаратуры КА наблюдения в видимом и ИК диапазоне длин волн заключается в следующем.

Оптическое излучение от объектов наблюдения попадает в оптическую систему, которая строит изображение в фокальной плоскости. В фокальной плоскости также устанавливаются фотоприемные устройства, в которых происходит преобразование оптического изображения в оцифрованный электрический сигнал. Далее цифровая информация преобразуется и передается с помощью высокоскоростной радиолинии на Землю.

На космических аппаратах наблюдения используются, как правило, линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые оптические системы.

Линзовые системы (как в обычных фотоаппаратах) применяются на космических аппаратах наблюдения, как правило, для получения снимков с относительно небольшим разрешением на местности. Достоинством линзовых объективов являются относительно простая оптическая схема и большое угловое поле зрения. Но при увеличении диаметра объектива резко возрастают его масса, габариты и сложность изготовления.

Внастоящее время для получения детальных снимков из космоса используются зеркальные и зеркально-линзовые оптические системы, которые отличаются многообразием

оптических схем, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.

8

БОРТОВАЯ АППАРАТУРА НАБЛЮДЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Ниже приведена оптическая схема Ричи-Критьена аппаратуры наблюдения с системой бленд для вторичного пучка и линзовым корректором.

На схеме обозначены: 1 - корпус телескопа; 2 - кронштейн установки вторичного зеркала; 3 - вторичное зеркало; 4 - бленды; 5 - световые лучи; 6 - главное зеркало; 7 - корпус крепления фотоприемного устройства; 8 - фотоприемное устройство; 9 - линзовый корректор поля.

Основные характеристики оптической системы Фокусное расстояние Если лучи света, параллельные оптической оси, направить на

главное зеркало, то они после отражения пересекутся в одной точке. Расстояние от этой точки до главного зеркала называют фокусным расстоянием оптической системы (f).

9