Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

Первая ракета Фау-2, полностью оснащенная для исследований верхней атмосферы, была запущена на полигоне Уайт-Сэндс 28 июня 1946 года до высоты 105 км. В состав оборудования, установленного на ней, входили счетчик Гейгера для измерения космических лучей, спектрограф, датчики давления и температуры, радиопередатчик для зондирования ионосферы.

885. Какие измерения можно проводить с помощью исследовательских ракет?Ракеты позволяют измерять в верхней атмосфере давление, температуру, плотность воздуха и ветер. С их помощью можно производить исследования таких важных физических явлений, как рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца, приходящая в верхнюю атмосферу корпускулярная радиация. Кроме того, ракетное зондирование атмосферы дает возможность решить и другие важные проблемы. К ним относятся вертикальное распределение озона и водяного пара, химический состав верхних слоев атмосферы, связь между полярными сияниями, ионосферными течениями, ветрами на больших высотах и флюктуациями магнитного поля Земли.

886. Как посылается информация с ракет на Землю?Результаты измерений передаются на приемный пункт по телеметрическому каналу, который представляет собой хитросплетения электронных ламп, сопротивлений, конденсаторов и трансформаторов. Телеметрические сигналы принимаются наземной станцией и регистрируются на ленте микрофильма шириной несколько сантиметров и длиной несколько десятков сантиметров. Другим методом получения информации, особенно фотографических изображений, является возвращение контейнера с приборами на парашюте.

887. Где запускаются ракеты?До начала МГГ большинство ракет, предназначенных для исследования верхней атмосферы, запускалось на различные высоты до 96—220 км из района Холомэн-Уайт-Сэндс, штат Нью-Мексико. В 1956 году были начаты запуски ракет на канадском полигоне Форт-Черчилл. Запуски ракет производятся также на военно-воздушной базе Патрик во Флориде [54] В настоящее время в США насчитывается около 20 пунктов запуска исследовательских ракет. ( Прим. перев .) .

888. С какой целью запускают метеорологические искусственные спутники Земли?Метеорологические спутники являются очень важным средством получения сведений о метеорологической обстановке над большими районами земной поверхности и даже над всем земным шаром. Они дают возможность наблюдать распределение облачности над поверхностью Земли, производить исследования радиационного баланса системы Земля — атмосфера, измерять уходящую инфракрасную радиацию в различных частях спектра, изучать состав атмосферы и вертикальное распределение температуры воздуха. Кроме того, они позволяют получить сведения о температуре поверхности Земли, а также верхней границы облачности, и, следовательно, определять ее высоту. Несомненно, круг задач, которые можно решить с помощью метеорологических искусственных спутников, с течением времени будет расширяться. Метеорологические спутники выводят на орбиты вокруг Земли начиная с 1959 года.

Первым искусственным спутником, использовавшимся в интересах метеорологии, был американский спутник «Авангард-II».

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.