Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

В дальнейшем было запущено десять американских метеорологических спутников типа «Тайрос», два спут-, ника серии «Нимбус» и три спутника «Эсса». В Советском Союзе выведены на орбиты метеорологические спутники «Космос-122» и «Космос-144».

889. Как метеорологические искусственные спутники Земли выводятся на орбиту?Метеорологические спутники, как и все спутники вообще, выводятся на орбиту ракетой-носителем. Ракета-носитель должна поднять спутник на определенную высоту и разогнать до определенной скорости. Метеорологические спутники обычно выводятся на орбиты, близкие к круговым, так как в этом случае не нужно вводить поправку на изменение высоты над земной поверхностью.

Для того чтобы спутник двигался по круговой орбите, он должен иметь такую скорость, при которой возникающая во время движения центробежная сила уравновешивала бы силу тяжести. Эту скорость принято называть первой космической или круговой скоростью. Величина круговой скорости определяется высотой орбиты. Например, на высоте 300 км круговая скорость равна 7,73 км/сек. С увеличением высоты круговая скорость уменьшается. Ракета-носитель обычно имеет 2–3 ступени, которые выводят спутник на орбиту по траектории, характер которой задается программой выведения. После достижения заданной скорости на высоте выведения метеорологический спутник отсоединяется от последней ступени ракеты-носителя и движется по орбите в соответствии с законами небесной механики.

890. Какие орбиты наиболее целесообразны для метеорологических спутников Земли?Наиболее важными параметрами орбит метеорологических спутников являются их высота и наклон плоскости орбиты к плоскости экватора, который принято называть наклонением орбиты.

Высота орбиты метеорологического спутника определяется, с одной стороны, возможностями аппаратуры и, с другой стороны, необходимым сроком существования спутника, который зависит от величины плотности воздуха. Например, первый советский искусственный спутник Земли, выведенный на эллиптическую орбиту, имевшую перигей — минимальное удаление орбиты от поверхности Земли — на высоте 228 км, просуществовал 92 дня. С ростом высоты орбиты плотность воздуха и, следовательно, аэродинамическое сопротивление быстро уменьшается.

Следует заметить, что увеличение высоты орбиты приводит к увеличению полосы земной поверхности, наблюдаемой метеорологическим спутником. Спутник «Космос-122» дает сведения о распределении облачности, например, в полосе около 1000 км. Если высоту орбиты метеорологического спутника увеличить до 35 730 км, он сможет одновременно обозревать Уз земной поверхности. Таким образом, для непрерывного наблюдения процессов, происходящих в атмосфере, необходимо вывести на эту высоту три спутника. Конечно, в этом случае можно будет выявить только крупномасштабные особенности атмосферных процессов.

Наклонение орбиты определяет максимальную широту полосы земной поверхности по обеим сторонам от экватора, которая будет обозреваться со спутника. Например, если орбита спутника имеет наклонение 65°, то такой спутник будет обозревать полосу земной поверхности, расположенную между 65° северной и 65° южной широты. Наиболее выгодным для метеорологических спутников является наклонение 90°. Такие орбиты принято называть полярными, поскольку они проходят через географические полюса Земли. Метеорологические спутники, движущиеся по полярным орбитам, обозревают всю поверхность Земли.

891. Какая аппаратура устанавливается на метеорологических спутниках Земли?Кроме служебной аппаратуры, в которую входит система ориентации и стабилизации спутника, программное устройство, радио- и телеметрические системы, на метеорологических спутниках устанавливаются телевизионные камеры для передачи изображений облачности на освещенной Солнцем стороне Земли и многоканальные радиометры — приборы, служащие для измерения радиационных потоков тепла. Каждый из каналов производит измерение в некотором участке спектра и, следовательно, имеет определенное назначение. Например, радиометры спутников «Тайрос» имеют пять каналов. Первый канал соответствует области спектральной чувствительности 5,7–6,9 микрон и предназначается для исследования теплового излучения в полосе поглощения водяного пара, что дает возможность определить общее содержание его в атмосфере. Второй канал соответствует спектральной полосе 8—12 микрон, которую принято называть «атмосферным окном». Тепловое излучение в этой полосе очень слабо поглощается газами, составляющими атмосферу. В связи с этим второй канал предназначен для измерения уходящего излучения и, следовательно, для получения данных о распределении облачного покрова на ночной стороне Земли, для определения температуры поверхности Земли на участках, свободных от облачности, а также для получения температуры верхней границы облаков, по которой можно оценить ее высоту. Третий канал работает в полосе 0,2–5,5 микрон и служит для измерения уходящей коротковолновой радиации и отражательной способности системы Земля — атмосфера. Четвертый канал служит для измерения суммарного длинноволнового излучения. Он работает в полосе 7,5—30 микрон. Наконец, канал 0,55—0,75 микрон служит для исследования яркости планеты в видимом участке спектра.