Космическая съемка

Космическая съемка, т.е. съемка с высоты более 150 км, вы­полняется со спутника, который в соответствии с законами не­бесной механики перемещается по строго установленной орбите. Поэтому возможности его маневрирования по сравнению с само­летом весьма ограничены. Любой спутник-съемщик всегда дол­жен рассматриваться с учетом параметров его орбиты. 4 октября 1957 г., в день запуска в СССР первого искусствен­ного спутника Земли (ИСЗ), было положено начало стремитель­но развивающейся ветви геодезии — космической, или спутнико­вой. Эта новая ветвь геодезии нацелена прежде всего на решение двух групп задач — передачи координат на большие расстояния и измерения гравитационного поля Земли. В соответствии с этими задачами методы их решения также обычно делят на две группы: связанные с использованием спутника как цели-точки с извест­ными координатами в определенные моменты времени наблюде­ний; основанные на исследовании траектории его полета, точно­го вида орбиты. Первую группу задач называют геометрической (космическая триангуляция, космическая линейная засечка), вто­рую — динамической (орбитальный метод). Естественно, абсо­лютной границы между задачами геометрического и динамичес­кого характера нет, так как они связаны едиными законами дви­жения ИСЗ. Невозмущенное движение ИСЗ происходит в общем случае по эллиптической орбите, для определения вида которой необходимы два параметра — величина большой полуоси а и сжа­тие е. Один из фокусов эллипса 3 - центр масс Земли; А - точка апогея, максимального удаления от Земли; П = точка перигея, ближайшая к Земле точка орбиты. Линия, соеди­няющая точки апогея и перигея, называется линией апсид. Движение спутника происходит в неизменной плоскости ор­биты, ориентация которой в пространстве определяется двумя угловыми величинами: i и Ψ (рис.). Угол i — наклон плоскости орбиты к плоскости экватора (если i= 0°, орбита экваториальная, если i = 90°, орбита полярная); угол Ψ — долгота восходящего узла. Линия ЗУ, по которой плоскость орбиты пересекает плоскость экватора, называется линией узлов. Углом ω (долгота перигея) определяется разворот или положение эллипса в плоскости орби­ты. Для знания конкретного положения спутника должно быть еще известно время t прохождения, например, точки П. Всего, следо­вательно, нужно знать шесть параметров — шесть «кеплеровых элементов» (а, е, i, Ψ, ω, t). Истинное движение спутника — возмущенное, не подчиняю­щееся строгим законам Кеплера. Измерение этих возмущений — путь к познанию реального гравитационного поля Земли. Именно орбитальные наблюдения позволили выявить асимметрию север­ного и южного земных полушарий: наземные гравиметрические измерения, хотя они и точнее спутниковых, в полярных районах практически не проводились. В зависимости от вида задач — геометрических или динамичес­ких — параметры орбит спутников существенно различаются. Для изучения гравитационного поля Земли необходимы «низкие и тяжелые» спутники с высотой перигея 500—800 км. При меньших высотах на движение ИСЗ будет оказывать заметное влияние ат­мосфера Земли, при больших высотах ощутимо влияние светово­го давления и лунно-солнечного притяжения. Эти спутники дол­жны, по возможности, иметь максимальное отношение массы к диаметру (форма ИСЗ, как правило, сферическая).

Рис. 63 Орбиты ИСЗ

Для решения геометрических задач более удобны орбиты с боль­шим наклонением (углом i), малым эксцентриситетом (е близко к 0) и достаточно большой высотой над земной поверхностью (от 3 до 30 тыс. км). Проекция на земную поверхность положения ИСЗ по отвесной линии называется подспутниковой точкой. Чем больше угол i, тем больше амплитуда синусоиды — трассы под­спутниковой точки (на карте мира относительно линии эквато­ра), тем лучше условия для наблюдения спутника в высоких щиротах. Чем меньше угол i, тем меньше амплитуда, тем ближе трас­са к экватору.

Среди спутников с экваториальной круговой орбитой (i = 0°, е - 0) особенно важен для геодезии тот, высота которого имеет некоторое определенное значение. Известно, что период обраще­ния ИСЗ может быть вычислен по формуле

Tмин. = 84,4 + H/25,

где Tмин - период обращения ИСЗ, мин; Н - высота ИСЗ над земной поверхностью, км.

При H = 33 900 км период обращения спутника равен 24 ч, таким образом, его трасса на карте Земли превращается в точку, он как бы зависает над определенным пунктом экватора. Такие ИСЗ называют геостационарными спутниками.

По способу наблюдений спутники могут быть поделены на ак­тивные и пассивные. Спутник, наблюдаемый только в отражен­ном солнечном свете, называют пассивным. Если ИСЗ имеет ка­кие-либо излучающие или ретранслирующие устройства, его на­зывают активным. В 1960-е гг. в геодезических целях широко ис­пользовались пассивные легкие спутники — надувные баллоны диаметром до 40 м, их светимость доходила до 1т. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению применения актив­ных спутников. В связи с огромной скоростью движения ИСЗ (около 7 км/с) определение их пространственного положения выполняется приемами, несколько отличными от обычных геодезических изме­рений. Наибольшее распространение получили два способа — фотографический и радиотехнический.

Первый способ заключается в фотографировании ИСЗ на фоне звезд. Измерив на снимке положение спутника относительно звезд, координаты которых известны, можно получить направление на спутник. Второй способ применяется в активных спутниках, на борту которых находятся радиопередатчики сигналов высокоcта-бильной частоты и высокоточного времени.

Техническими измерительными средствами для первого спосо­ба служат фотографические камеры, позволяющие получать «ко­дированные» изображения спутника и «опорных» звезд (рис. 5.19). Кодирование заключается в привязке точечных или штриховых изображений ИСЗ к меткам времени.

Рис. 64. Космическая триангуляция звезд неподвижной камерой

Заметное повышение точности при спутниковых определениях координат достигается одновременным применением двух при-емоивдикаторов - базового, или станционного, находящегося постоянно в одном пункте с известными координатами, и под­витого перемещающегося по определяемым точкам. Информация записанная на обоих приемоиндикаторах, затем обрабаты­вается на компьютере с помощью специальной программы что обеспечивает сантиметровую и даже миллиметровую точность оп­ределения координат.

Несомненно, что в самом ближайшем будущем эти приборы позволят не только решать задачи определения координат ка­ких-либо объектов, но и при некотором дальнейшем повышении точности измерений ответить на такие глобальные научные воп­росы, как дрейф континентов и пульс Земли.

Рис.65 Спутниковый приемоиндикатор

Орбиты спутников. С точки зрения космических съемок земной поверхности важны следующие параметры орбит: форма, накло­нение, высота, положение ее плоскости по отношению к Солнцу.

Форма орбиты определяет постоянство высоты съемки на раз­ных участках орбиты. Предпочтительны круговые орбиты.

Рис. 66. Широтные пояса охвата съемкой при разном наклонении.

Дата добавления: 2014-01-04