Космические методы в океанологии - страница 19

Наклон задней стороны зондирующего импульса, как показали данные экспериментов, определяется в основном ошибками ориентации КА относительно местной вертикали, и эти данные можно использовать для управления угловым положением КА.

Одним из наиболее перспективных приборов для космических исследований Мирового океана является, по оценкам многих экспертов, радиолокатор бокового обзора (РЛБО). Подобные приборы позволяют получать «радиоизображения» поверхности океана, на которых можно непосредственно видеть некоторые океанологические явления, например крупные волны. С помощью РЛБО можно определять границы ледяных полей, исследовать статистические характеристики волнения, определять загрязнения Мирового океана нефтепродуктами и решать ряд других океанологических задач. Все явления, которые приводят к трансформации поверхностного волнения в океане, могут быть исследованы с помощью этих приборов.

Поперечная развертка изображения океанской поверхности, формируемого с помощью космического РЛБО, осуществляется путем временной селекции и обработки отраженных радиоимпульсов, а продольная − за счет орбитального движения ИСЗ. С помощью РЛБО можно получать картину волнения океана сравнительно быстро и на больших площадях. Для того чтобы информация имела высокое пространственное разрешение (до 50 м), в РЛБО необходимо использовать короткие зондирующие импульсы и узкую диаграмму направленности излучающей антенны в горизонтальной плоскости. При реальных ограничениях на размеры антенн КА последнего можно достичь лишь с помощью РЛБО с синтезированной апертурой.

По внешнему виду радиоизображения поверхности океана, полученные с помощью РЛБО, несколько напоминают космические фотографии, полученные с помощью обычной фотоаппаратуры. Участки взволнованной океанской поверхности на таких радиоизображениях выделяются более светлым тоном, так как лучше рассеивают падающее радиоизлучение. А пятна нефтепродуктов на радиоизображениях, наоборот, выглядят более темными, поскольку в них происходит «выглаживание» поверхностного волнения и уменьшается доля энергии излучения РЛБО, рассеянная в обратном направлении. Особенно эффективна обработка информации РЛБО на ЭВМ. В этом случае могут быть выявлены явления, которые не видны на «необработанных» радиоизображениях океана.

Активные радиофизические методы исследования Мирового океана впервые были испытаны в 1973 г. при полете ОКС «Скайлэб». Станция была выведена на круговую орбиту высотой 440 км с углом наклонения к плоскости экватора 50°. На борту ОКС «Скайлэб» было установлено два радиолокационных прибора: скаттерометр и высокоточный радиовысотомер. Объединенное для двух приборов антенное устройство позволяло осуществлять механическое сканирование луча по двум ортогональным направлениям в диапазоне ±50°. Ширина, диаграммы направленности главного лепестка антенны составляла 1,5° при рабочей частоте альтиметра 13,9 ГГц.

Относительная точность измерений профиля поверхности океана с помощью этого высотомера была около 1 м. Длительность импульсов космического радиовысотомера могла изменяться в диапазоне от 10 до 130 нс. Частота повторения импульсов в режиме измерения высоты доходила до 250 импульсов в секунду, что позволяло после статистической обработки отраженных сигналов получать до 8 замеров высоты в 1 с, т. е. пространственное разрешение данных радиовысотомера ОКС «Скайлэб» вдоль трассы полета было около 1 км. Мощность излучения энергии в импульсе радиовысотомера доходила до 2 кВт.

В ходе полета ОКС «Скайлэб» тремя сменами экипажей было проведено более 150 серий радиофизических экспериментов. Уже в этих первых испытаниях космических активных радиометодов был получен ряд важных результатов. Так, обработка данных скаттерометра показала, что с помощью этого прибора можно измерять волнение на поверхности океана с волнами высотой более 1 м, а также определять силу и направление ветра в приводном слое воздуха. Точность определения силы ветра с помощью этого прибора составила около 10 % при изменениях ветра в диапазоне от 0 до 20 м/с. Особо важно отметить, что с помощью скаттерометра ОКС «Скайлэб» несколько раз исследовалось распределение ветра и волнения в зонах тропических циклонов (ураганов), а это для океанологов и мореплавателей представляет особое значение.