Исследования Земли из космоса

Министерство образования  и науки Российской Федерации

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Сибирский государственный  технологический университет»

 

Кафедра физики

 

 

Курсовая работа

 

 

Исследования  Земли из космоса

 

 

 

Выполнил:

Ст. гр. 81-1

С.С. Белокопытова

Проверил:

д.ф.-м.н. профессор, зав. Кафедрой

Ю.В. Захаров

 

 

 

 

 

Красноярск, 2012

Содержание 

Исторические сведения

Главная проблема

Основные принципы решения

Описание

Заключение

Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исторические сведения

Запуск на орбиту спутника было нелёгкой задачей для всего  человечества. Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь  скорость, равную первой космической  скорости (примерно 7,9 км/с).

Полёту первого в мире спутника предшествовала длительная работа советских ракетных конструкторов во главе с Сергеем Королёвым. Множество неудачных или не совсем удачных попыток привели русских учёных к созданию первого в мире искусственного спутника Земли

Первый искусственный  спутник земли начал работать 4 октября 1957 года. Это было начало нового этапа в жизни всех людей. Он назывался Спутник-1, кодовое обозначение ПС-1 (Простейший Спутник- 1). Был запущен на орбиту СССР.

Спустя четыре года произошёл  первый полет человека в космос. Первым человеком осмелившимся полететь в космос был Юрий Алексеевич Гагарин. Советский лётчик- испытатель отправился в космос 12 апреля 1961 года. Теперь 12 апреля считается днём космонавтики. Он первый, в истории человек увидевший Землю со стороны.

Вторым человеком посетившим космос стал Герман Степанович Титов. Также советский космонавт. 6 и 7 августа он сделал несколько снимков нашей планеты из космоса обогнув Землю 17 раз.

В 60-е года было положено начало изучения земной поверхности. Черно- белые изображения, подобные карте  очертания рельефа земного шара, лежащего под облаками.

Со временем настраивалась  чувствительность оборудования и изображения  становились более ясными и чёткими.

Но на этом человечество не остановилось. Развивалась наука, образование, техника. С каждым годом в космос запускали все больше ИСЗ. Каждый новый ИСЗ был лучше предыдущего по технически характеристикам, и некоторые отличались по предназначению. В космос отправлялось оборудование для тепловой съёмки, многозональные фотокамеры, телевизионные камеры, инфракрасные сканирующие радиометры и различные радары для активного зондирования.

С помощь этого оборудования, учёные могут выявить ритмичность, нахождение и силу природных процессов глобального, зонального, регионального и локального характера.

 

Главная проблема

Первой проблемой изучения Земной поверхности из космоса является дороговизна оборудования и его компонентов.

Второй проблемой для исследования является выход оборудования  из строя прямо в космосе. Замена деталей в условиях космического пространства является большой проблемой.

Основные принципы решения

Решения первой проблемы:

Ежегодно многие страны выделяют из бюджета миллиарды на запуск и  развитие ИСЗ. Учёные пытаются заменить дорогие компоненты более дешёвыми аналогами. Но не редко это приводит к убыткам, большим чем затраты  на покупку этих компонентов.

Убытки появляются в результате падения спутников с альтернативными  деталями. Заменённые детали не могут  выдержать напряжения, через которые  проходят на пути к орбите. Лабораторные условия не могут в полной мере воспроизвести условия, при которых  спутники выходят на орбиту Земли.

Разрабатывается новое оборудование для испытаний, позволяющее максимально приблизится к условиям выхода из атмосферы. Учёные делают успехи в изучении свойств материалов пригодных для строения ИСЗ, ищут и находят более дешёвые материалы. Некоторые из них не только не уступают механическим свойствам начальных материалов, но и превосходят их. Главное продолжать поиски  и дальше синтезировать вещества для получения более крепких и устойчивых сплавов. Ведь от этого оборудования зависят не только научные успехи, но и жизни людей, которые находятся в космосе.

Решение второй проблемы:

Для замены вышедших из строя  деталей надо отправлять другие космические  аппараты с новыми деталями. Но это  является только первым этапом решения проблемы.

Второй частью, является правильная установка этих деталей. Космонавтам приходится работать в  тяжёлых условиях. Тяжёлый инструменты, невесомость, неудобное снаряжение, ограниченность во времени все это может плохо сказаться на качестве работы.

Третьей частью, является проверка на прочность. Запуск нового оборудования всегда риск, а в условиях изолированности  это может привести к тяжёлым последствиям для всех участников проекта, и для космонавтов и для людей находящихся на Земле.

Описание 

Учёные со спутников получают точные данные для исследований. Расположение тех или иных природных объектов, изменение рельефа вследствие природных катаклизмов.

С помощью тепловой съёмки поверхности земли учёные могут  предвидеть некоторые природные  явления. Например, извержение вулкана, приближение цунами к какому- либо материку. Эти данные помогают спасти множество людей. Ведь, если вовремя  оповестить жителей, можно эвакуировать их из зоны бедствия, что сократит число  жертв в сотни раз.

Но это удаётся не всегда. На получение и обработку данных        уходит достаточно времени, а, к примеру, цунами надвигается с огромной скоростью. Внезапно появляется и так же внезапно исчезает.

Не так давно карты создавались по топографической разведке местности. Сейчас же карты и атласы создаются, в основном при помощи снимков из космоса и данных локационных радаров. Что значительно облегчает создание точных карт.

С помощью ИСЗ можно  познать закономерности строения и развития Земли. Используется эта информация для поисков полезных ископаемых, изучения глобальных и региональных геологических структур, геологического картирования, изучения современных физико- геологических процессов и других целей.

Материалы инфра красных  съёмок из космоса используются при  составлении схем и карт термической  неоднородности Земли, при изучении интенсивности теплового потока и его изменении во времени. Используется для выявления термальных водных источников и водоносных горизонтов и картирование зон современного вулканизма.

Информация из космоса  даёт неоспоримое преимущество при  оценке объёма строевого леса на обширных территориях. Можно выбрать такие  районы для вырубки леса, которые  позволят максимально свести вред к  минимуму. Так же при помощи снимков  можно быстро оценить вред от лесных пожаров.

Так же информация со спутников  позволяет прогнозировать погоду в  труднодоступных участках Земли. Например, территории океанов северного и  южного полушарий, пустынь и полярных областей. Ну удается сделать прогноз только на ближайшие несколько дней. Спутниковая информация включает данные о наличии и расположении атмосферных фронтов, бурь и общего облачного покрова. В настоящее время спутник стал практически признанным инструментом метеорологов в большинстве стран мира.

Люди оценили роль спутников  для контроля над состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и других природных  ресурсов Земли лишь спустя несколько  лет после наступления космической  эры.

Методы радиолокальной (РЛ) интерферометрии развиваются в  мире на протяжении 20 последних лет. Этот метод дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) использует информацию о  разности фаз эхо- сигналов, зарегистрированных в съёмках одного и того же участка  местности одноантенной РЛ- системой  с повторяющихся орбит носителя. Полученный материал представляет детальную площадную картину радиальных перемещений отражающей поверхности в пределах РЛ- снимка. Измеряемые мелкомасштабные смещения имеют различную природу и могут быть следствием тектонической активности, оползневых процессов.

ИСЗ используются и для  всемирного телевизионного вещания. Как  известно радиус телевизионных центров  ограничен, так как передача телевизионных программ ведётся на ультракоротких волнах, которые распространяются в пределах прямой видимости. Для того чтобы телевизионные передачи принимались на большей территории, необходимо поднять передатчик телецентра как можно выше, или применять ретрансляцию по специальным кабелям или радиолинейным линиям связи. Всем понятно, что при помощи ИСЗ, в поле зрения которого находится очень большие площади Земли, можно значительно повысить радиус действия телевизионных центров и расстояния, на которые можно транслировать передачи.

Так как Земля вращается , один о тот же спутник, находящийся  в одном и том же месте, в  течении нескольких часов или суток, может сделать снимки разных участков земной поверхности. Это обуславливается суточным вращением земли и её вращением вокруг своей оси. Но снимки со спутников находящихся на северном и южном полюсах мало отличаются, так как вращение в этих точках минимально. Основное вращение земли приходится на экваториальную часть. Потому что полюса, как бы стоят на одном месте. Они вроде и вращаются, но центральные точки обоих полюсов всегда остаются на одном месте. Кроме случаев когда Земля меняет полюса.

Так же благодаря исследованиям  Земли из космического пространства было определено что если наблюдать за северным полушарием, то оно вращается против часовой стрелки. Если исследование проводить на южном полушарии, то Земля вращается по часовой стрелке.

Солнце вращается по часовой  стрелке, а Земля против. Отсюда возникает термин «циклическое вращение». Он означает вращение вместе с землёй. Следовательно вертикальная компонента вращения Земли, заставляет землю вращаться под нами циклонально. При горизонтальном компоненте, вращение Земли происходит относительно оси, расположенной горизонтально и направленной на север.

Давление у поверхности  земли в определённой местности  обычно, на несколько миллибар, меняется, за время изготовления последовательных карт для этой местности.

Физика атмосферы является основным разделом метеорологии. Метеорология – наука о земной атмосфере, её строении, свойствах и происходящих в ней процессах и явлениях. Метеорология изучает состав и строение атмосферы; теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности; влагооборот и фазовые превращения воды в атмосфере, движение воздушных масс; электрические, оптические и акустические явления в атмосфере. В свою очередь, метеорология составляет часть более общей науки- геофизики. Геофизика изучает явления и процессы в атмосфере, на поверхности воды и в толще грунтов.

Изучая физические свойства атмосферы и происходящие в  ней  явления, метеорология рассматривает  их во взаимной связи со свойствами и влиянием поверхности моря и  суши. Она исследует изменения  погоды и её элементы (температура, влажность, давление, электрическое  состояние атмосферы, солнечное  сияние, облачность, осадки ветер и  др.). Одна из главных задач метеорологии- изучение закономерностей развития всех химических и физических процессов и явлений, происходящих в атмосфере, с целью прогнозирования наступления и развития атмосферных процессов и явлений на основе системы их мониторинга, а так же разработка методов управления процессами, происходящими в атмосфере.

Результаты метеорологической  информации широко используются в различных  отраслях народного хозяйства: авиации, морском, железнодорожном и автомобильном  транспорте, при проектировании и  строительстве различных ответственных  сооружений (линий электропередач, зданий, водохранилищ, газопроводов и  электростаний, золоотвалов, хранилищ промышленных и бытовых отходов и др.)

В прямой и непосредственной зависимости от метеорологической  информации находится сельскохозяйственное производство. Решение проблем по экологии и охране окружающей среды, так же связаны с метеорологическим наблюдением за процессами загрязнения атмосферы и водных объектов.

Перечисленные основные задачи метеорологии, базируются на решении  следующих задач или подзадач:

- изучение основных характеристик  атмосферы: состава, вертикального  расслоения, горизонтальной неоднородности, атмосферного давления и др.

- наблюдение за солнечной,  земной и атмосферной радиацией:  потоки солнечной энергии в  атмосфере, спектр солнечной радиации, приход и расход солнечной  энергии.

- фиксация тепловых режимов  земли и водоёмов: нагревание  и охлаждение воздуха, суточные  и годовые колебания температуры,  влияние растительного покрова,  географическое распределение температуры  приземного слоя атмосферы, изменение  температуры в зависимости от  высоты, адиабатические процессы  в атмосфере.

- изучение условий образования  водяного пара: испарение, влажность,  конденсация водяного пара, образование  различных видов и разновидностей  облаков.

-исследование процесса  образования атмосферных осадков:  разновидность осадков и их  характеристика, распределение осадков  по земной поверхности.

-наблюдение за воздушным  течением в атмосфере: изменение  скорости и направления ветра,  влияние препятствий на ветер,  изменение скорости и направления  ветра в зависимости от высоты

-изучение оптических явлений и электрических процессов в атмосфере: рассеяние и поглощение света, дальность видимости, преломление и отражение света в атмосфере, электрическое поле и электрическая проводимость атмосферы, грозовое электричество, исследование акустических явлений в атмосфере, скорость звука, преломление и отражение звука, ослабление звука в атмосфере

Отдельные направления метеорологии:

1 синоптическая метеорология - изучает закономерности развития атмосферных процессов, определяющая условия погоды, в рамках которого разрабатываются методы её прогноза

2 климатология - изучает условия и закономерности формирования климата, распределения его по земному шару и изменения климата во времени.