Национальный исследовательский университет « МЭИ »
Москва
А. И. Баскаков, М. С. Михайлов
Институт космических исследований РАН
Москва
В. В. Егоров
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН
Москва
В. А. Телегин
Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Москва
В. А. Мельников, В. А. Телегин
Высокоточный радиовысотомер( ВРВ) обеспечивает оперативные прецизионные измерения при работе на больших акваториях Мирового океана, поставляя информацию для решения широкого круга научных и прикладных задач. В их числе: уточнение геоида, картирование рельефа дна, контроль уровня поверхности( приливов, волн цунами, штормовых нагонов, вихрей, внутренних волн), оценка приповерхностных морских течений, определение высоты морских волн, скорости и направления поверхностного ветра, а также изучение многих других гидрофизических процессов, связанных с изменениями уровня морской поверхности. Проблема оперативного решения данных задач актуальна для исследования природных ресурсов Земли, экологического мониторинга, метеорологии, океанографии, судовождения и др.
Одна из основных задач применения ВРВ – уточнение формы геоида Земли. Под геоидом понимается эквипотенциальная поверхность в гравитационном поле Земли, совпадающая при определенных условиях с невозмущенным средним уровнем моря. По форме геоида можно
судить о распределении массы Земли и определить локальные градиенты силовых линий земного притяжения на поверхности Мирового океана. Схема радиовысотометрических измерений представлена на рисунке 1.
Программы создания космических ВРВ для военного и коммерческого использования являются приоритетными для США и Европейского сообщества. Соответственно развивается методическое обеспечение этой задачи.
Для работы спутниковых ВРВ необходим контроль параметров орбиты и ориентации космической платформы, на которой установлен комплекс научной аппаратуры, относительно локальной вертикали. Решение указанных задач возможно лишь при высокой разрешающей способности и точности измерения высоты орбитальным ВРВ. Для этого используется широкополосный сверхвысокочастотный радиосигнал, обладающий наносекундной разрешающей способностью. Точность измерения высоты порядка 0,5 м на подспутниковых расстояниях в 100 км( уклоны < 10 – 5) дает возможность обнаружения приливов в зонах континентальных шельфов, штормовых нагонов и деформаций уровня, связанных с западными пограничными течениями и с их меандрами. Повышение точности высотомерных измерений до 5 см на 100 км подспутниковой трассы( уклон 10 – 6) позволяет детально исследовать вихревую структуру мезомасштабной циркуляции, обнаруживать потенциально опасные волны цунами [ 1 ].
Однако на пути повышения эффективности использования данных спутниковой радиовысотометрии стоит ряд проблем методического и технического характера. Проблемы связаны с самим понятием « высота полета космического аппарата( КА)», поскольку и зондируемая поверхность и траектория( отсчетная) КА имеют случайные свойства. Случайность в данные измерений вносится также в процессе прохождения сигнала через ионосферу, пар в тропосфере и др. Повышение точности в измерении уровня моря откроет новые перспективы для научных и прикладных исследований в Мировом океане.
Обзор современного состояния спутниковой радиовысотометрии
Эксперименты с использованием бортовых радиовысотомеров были начаты в 1974 году на американской космической станции Skylab. Затем они были продолжены на космических аппаратах Geos-C, Seasat, Geosat, ERS, Topex / Poseidon, Jason-1 и Jason-2 [ 1 – 3 ]. Результаты экспериментов подтвердили перспективность использования высокоточных радиовысотомеров для дистанционных океанографических измерений. Технические характеристики орбитальных ВРВ даны в таблице 1. Франко-американские спутники Jason-1, Jason-2 сменили своего предшественника, спутник Topex / Poseidon, на той же самой орбите. У них была задача произвести измерения уровня моря с точностью, которая была бы достаточна для