«Наука и жизнь» 1973, №5, с. 8-12, 2-3 с. вкл.


сканировал Игорь Степикин

КОСМИЧЕСКИЙ ПАТРУЛЬ
О перспективах изучения нашей планеты с орбиты искусственного спутника Земли и о своих личных наблюдениях во время полета на космическом корабле «Союз-9» рассказывает Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР, кандидат технических наук В. СЕВАСТЬЯНОВ.

  • Изучение Земли из космоса — одна из важнейших задач космонавтики ближайшего будущего. Оно открывает много интересных возможностей для геологии, географии, метеорологии, гляциологии, для сбора интересной информации о земной поверхности, недрах, растительном мире.
  • Существуют два основных способа получения такой информации. Это — фотографирование и спектрографирование. С фотографией люди познакомились давно, тем на менее она продолжает удивлять нас своими возможностями.
  • Так, в частности, в печати систематически появляются сообщения о новых «секретах» обработки пленки. Недавно, например, профессор Э. Лау из Центрального института оптики и спектроскопии Академии наук ГДР предложил несложный, но очень эффективный способ повышения информативности фотографических снимков.
  • Аналогичный способ позволяет получать структурный портрет кометы или звездной туманности — портрет, разительно отличающийся от обычного черно-белого снимка. Для этого на очень контрастной фотобумаге делают с негатива отпечатки с разными выдержками. В результате непрерывные серые переходы, почти неуловимые на негативе, превращаются в зоны, на которых плотности серого тона уже заметно отличаются друг от друга. И вместо однородных серых пятен на снимке звездной туманности постепенно возникает четкий структурный портрет объекта, где каждый оттенок соответствует скачку плотности вещества.
  • Чтобы с цветной фотографии участка земной поверхности получить дополнительную информацию, прибегают к искажению естественных тонов. Это помогает увидеть ранее не замеченные особенности. Разработанный способ весьма прост: на цветной фотобумаге делают с негатива несколько отпечатков каждый раз через фильтр иного цвета. Раскрашивание получается чисто условным, но зато цвет помогает выделить зоны одинаковых температур на поверхности воды и суши, распознать структуру морского дна, очертить безводные и засоленные участки земли, заметить даже отдельные больные деревья, затерявшиеся на огромной цитрусовой плантации.
  • Специалисты считают, что в будущем для картографирования поверхности планет с борта космических кораблей найдет применение голография. Для получения голограммы планету и корабль должен освещать источник излучения сверхвысокой частоты. Вдоль трассы корабля будет регистрироваться интерференция прямой волны и волны, рассеянной от планеты в направлении полета. В итоге можно будет получить объемные карты, которые дадут информацию о структуре поверхности.
  • Подобные карты, как отмечают иностранные специалисты, чуть ли не единственно возможный способ детального исследования поверхности таких планет, как Венера. Только непосредственная посадка на планету может дать больше информации, чем голограмма ее поверхности.
  • Но как много информации ни несли бы фотоснимки, одних только данных о пространственном распределении поля яркости бывает подчас недостаточно. Дополнительные объективные количественные данные о земной поверхности может дать спектрометрия, исследующая, как зависит от длины волны испускание, поглощение, отражение, рассеяние света, излучаемого объектом или падающего на него. Спектрографирование может производиться в видимых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучах.
  • Во время полета космического корабля «Союз-9» и орбитальной станции «Салют» проводилось спектрографирование отдельных участков земной поверхности на территории Советского Союза.
  • Экипаж «Салюта» проводил спектральную съемку характерных образований земной поверхности в прибрежных районах Каспийского моря с целью использования полученных данных в сельском хозяйстве, мелиорации, геодезии и картографии. Одновременно выполнялась аэрофотосъемка тех же районов со специально оборудованных самолетов экспедициями Ленинградского государственного университета и Академии наук СССР.
  • С борта станции космонавты фотографировали облачный покров над районами Поволжья. А в это же время телевизионную съемку тех же облачных образований проводил спутник «Метеор». Цель эксперимента — изучение тонкой структуры облачных систем и отработка методики дешифровки телевизионных снимков, получаемых со спутников «Метеор».
  • На первый взгляд может показаться, что с орбиты спутника мы не увидим ничего нового по сравнению с тем, что видим, скажем, с самолета. Более того, логично предположить, что чем дальше мы будем удаляться от земной поверхности, тем меньше сможем на ней увидеть.
  • Однако это не так. Первое, что бросается в глаза после выхода космического корабля на орбиту,— охват взором огромных пространств. Впечатление такое, словно перед тобой оживает географическая карта. Многие моря, горные цепи, пустыни видны сразу целиком. В считанные минуты перед иллюминатором корабля проплывают целые материки.
  • До сих пор картины крупных объектов земной поверхности люди составляли из кусочков. О целом судили по частям. И представление в большинстве случаев получали правильное, хотя и не всегда полное.
  • Для примера возьмем геологию. Хорошо известно, какое большое значение для геологических исследований имеют фотоснимки, сделанные с самолетов, Они позволяют видеть одновременно достаточно обширную площадь и устанавливать форму, размеры пластов горных пород, соотношения их друг с другом, прослеживать направления, в которых они простираются. Но наиболее крупные структурные геологические объекты планеты не укладываются в рамки аэрофотоснимков. Космические снимки земной поверхности несут много новой геологической информации, а их анализ представляет собой новый самостоятельный метод исследования структуры земной коры.

    Снимки, полученные с космического корабля «Союз-9».



    Юго-западная часть Каспийского моря, Апшеронский полуостров, Кура-Араксинская низменность, хребет Богров-даг в горах северного Ирана.




    Северо-восточная часть Африки, Суэцкий залив, Синайский полуостров, нижняя часть залива Акаба и северная часть Красного моря.
  • Появление космических снимков, на которых объекты исследования уменьшены в миллионы раз, привело к возникновению нового качества — ультрагенерализации деталей земной поверхности. В этом случае начинают проявляться такие черты строения земной коры, которые обусловлены наиболее общими, глобальными причинами.
  • Чем выше над Землей поднимается точка наблюдения, тем лучше просматривается глубинное строение нашей планеты. Через чехол рыхлых отложений как бы просвечивает строение глубинных горизонтов земной коры.
  • Каждому из нас известны Уральские горы. И то, где они начинаются и где кончаются. Однако сейчас, опираясь на новые материалы исследований, геологи достаточно обоснованно говорят о том, что подвижная зона смятия и разломов Уральской складчатой системы продолжается далеко на юг. По-видимому, она пересекает пустыни Средней Азии, горные сооружения, расположенные южнее, и выходит к Персидскому заливу.
  • Информация, полученная из космоса, в сочетании со сведениями, добытыми наземными геологическими методами, даст новый материал для понимания размещения рудных районов, нефтегазоносных провинций и угленосных бассейнов земного шара и позволит выявить новые области, перспективные для поисков месторождений полезных ископаемых.
  • Но если в предыдущем примере выражение «просматривание земных недр на большую глубину» употребляется несколько условно, то оказывается, что из космоса можно видеть глубже, чем обычно, и в прямом смысле.
  • Во время полета на «Союзе-9» мне неоднократно приходилось наблюдать рельеф дна в прибрежных районах, русла рек, когда-то впадавших в моря и океаны. За много километров от берегов сквозь толщу морской воды просматриваются устья таких рек, как Нил, Амазонка, видно, как постепенно, уступами опускается в океан южноамериканский континент.
  • С самолета, конечно, тоже можно разглядеть строение дна, но наблюдениям сильно мешает волнение моря, рябь на его поверхности, А с космической высоты они уже не служат помехами.
  • Вспомните оконное стекло, через которое мы видим улицу. Если рассматривать кусочек этого стекла в микроскоп, то оно выглядит мутным и шероховатым.
  • Важная особенность наблюдений с орбиты искусственного спутника Земли состоит в том, что можно в сравнительно короткий срок получать оперативную информацию практически со всего земного шара. В такой информации заинтересованы многие направления науки, многие отрасли народного хозяйства.
  • Обратимся, в частности, к проблеме охраны окружающей среды. Контролировать загрязнение океана, атмосферы далеко не простая задаче. Ученые высказывают мнение, что ее решение может быть поручено космическим аппаратам. «Оглядывая» за короткое время весь земной шар, они способны быстро обнаружить загрязнение, доставить сведения о его масштабах и источниках.
  • Космический патруль сможет своевременно обнаруживать очаги пожаров, цунами и другие стихийные бедствия. И для этого также нужно регулярно и с небольшими интервалами осматривать поверхность всей планеты.
  • Несколько реже должен проводиться сбор данных о ледовом и снежном покровах, ледниках. В этих данных нуждается не только метеорология, но и сельское хозяйство, поскольку они позволяют судить о запасах влаги для будущих урожаев. Сравнение данных, полученных через определенные промежутки времени, даст возможность представить динамику накопления запасов снега и льда или, наоборот, их таяния. Последнее особенно важно, ибо позволяет своевременно принимать меры на случен половодья.
  • Теперь об айсбергах. Они создают угрозу мореплаванию. Эти посланцы Арктики и Антарктики годами блуждают по океанским просторам. Сейчас обнаруживать их в большинстве случаев удается лишь тогда, когда они оказываются на пути кораблей. И далеко не всегда капитаны своевременно узнают о грозящей опасности.
  • А из космоса и обнаружить такие объекты, как айсберги, и даже следить за их перемещением весьма удобно.
  • Несколько слов хочется сказать об одном из главных наших богатств - о лесах. Леса на территории нашей страны занимают миллионы квадратных километров, и только для одноразового обследования их потребовался бы весь наш воздушный флот, А чтобы обнаруживать поражение отдельных участков леса и своевременно принимать меры, требуется не однократное, а систематическое обследование. Такая задача авиации, конечно, не под силу, с нею может справиться только космический патруль.


    Экипаж космического корабля «Союз-9» В. И. Севастьянов и А. Г. Николаев обсуждают результаты тренировки к полету.
  • Конечно, на борту космического корабля или орбитальной станции для решения перечисленных выше задач должно находиться более совершенное, чем на самолете, оборудование, поскольку наблюдение и фотографирование приходится выполнять с огромной высоты. Однако для современного уровня науки и техники создание таких приборов — дело, я не хочу сказать простое, но вполне реальное.
  • Недавно в иностранной печати появилось сообщение о том, что в США предполагается использовать спутники для обнаружения посевов марихуаны - одного из распространенных в настоящее время растений, идущего на изготовление наркотика. В сообщении указывалось, что с помощью приборов, установленных на самолетах и спутниках, ученые намерены изучить характеристики излучения этой культуры, высеянной в США в разных климатических и почвенных условиях. Если метод окажется эффективным, спутники можно будет использовать для обнаружения незаконных посевов марихуаны.
  • Хочется заметить, что наблюдение из космоса за посевами каких-либо культур, определение степени их созревания, поражения вредителями и заболеваниями - все это задачи совершенно реальные, Считается, что со временем удастся даже определять, в каких удобрениях те или иные растения нуждаются.
  • Часто приходится слышать вопрос: в какой мере атмосфера может оказаться помехой для спектрометрирования природных образований? Действительно, атмосфера, атмосферная дымка искажают характер кривых спектральной яркости и снижают спектральные контрасты. Однако оптическая плотность земной безоблачной атмосферы не слишком велика, Кроме того, имеется достаточное число «окон прозрачности», используя которые можно получать не слишком искаженные спектры собственного теплового или отраженного излучения природных образований.
    КОСМИЧЕСКИЙ ПАТРУЛЬ


    1. Для получения данных о влиянии земной атмосферы и подстилающих поверхностей на спектральные характеристики природных образований выполняются совмещенные геофизические эксперименты, в которых одновременно участвуют пилотируемые космические корабли, самолеты-лаборатории и наземные экспедиции. Такие эксперименты проводились во время группового полета кораблей «Союз-6», «Союз-7», «Союз-8» в октябре 1969 года, во время полетов корабля «Союз-9» в июне 1970 года и первой в мире орбитальной научной станции «Салют» в июне 1971 года.





    2. Монтаж нескольких десятков аэрофотоснимков горной кольцевой структуры Ришат в Мавритании (вверху) и одна фотография той же структуры, полученная с космического корабля (внизу).





    3. Фотография залива Кара-Богаз-Гол и западного Устюрта, полученная с борта корабля «Союз-9». Видна узкая темная полоска пролива, соединяющего залив с Каспийским морем. Просматриваются старые береговые линии залива. На поверхности суши выделяются светлые пятна солончаков, а в море белые пятна бурунов вокруг небольших скалистых островков.



    4. Фотография одиночного кадра спектрографа РСС-2, применявшегося космонавтами во время полета корабля «Союз-9». А - спектрограмма с отметками для градуировки прибора; Б - изображение циферблата часов и счетчика кадров; В - участок поверхности, проектируемой на щель спектрографа; Г - снимок участка местности, по которому осуществляется привязка спектра.



    5. Пример получения дополнительной информации по снимкам, сделанным в искаженном цвете. Слева - обычная цветная фотография лесного массива, справа - фотография, снятая через красный фильтр. На ней выделились породы деревьев и другие детали местности, неразличимые на первом снимке.
  • Сравнение результатов космических и самолетных измерений спектральных яркостей и контрастов одних и тех же типов подстилающих поверхностей показывает, что влияние дымки на оптические характеристики сравнительно невелико. Как и ожидалось, эффект дымки оказался максимальным в коротковолновой области спектра. В длинноволновом диапазоне рассеяние солнечного излучения атмосферой очень слабо влияет на абсолютное значение яркостей природных поверхностей.
  • В настоящее время трудно в полном объеме судить о том, какие приборы могут понадобиться для изучения природных ресурсов Земли. Это вопрос будущего. Пока же можно сказать лишь о том, что уже разработано.
  • В июле 1972 года в США запущен спутник ERTS-A для исследования природных ресурсов. Он оснащен комплектом из трех камер цветного телевидения и четырехканальным сканирующим спектрометром. На одной из усовершенствованных моделей такого спутника предполагается установка радиометрического интерферометра для непрерывного спектрографического зондирования атмосферы. Указывается, что такой прибор позволит определять состав компонентов, загрязняющих атмосферу, и их диффузию в глобальном масштабе на несколько порядков более точно, чем с помощью каких-либо других методов.
  • Но как бы ни была совершенна аппаратура, нельзя пренебрегать значением визуальных наблюдений. Им во всех полетах космических кораблей отводилось достаточно времени. Научная ценность таких наблюдений находится в прямой зависимости от уровня подготовки космонавтов, их компетентности в тех или иных областях знаний.
  • Включение в составы экипажей космических кораблей, орбитальных станций специалистов тех отраслей науки, задачи которых в полетах представлены наиболее полно, конечно, наиболее простое и разумное решение проблемы. Но только с точки зрения представителей этих отраслей науки. Конечно, как было бы хорошо, если бы метеорологические наблюдения проводил метеоролог, геофизик занимался своими геофизическими делами, а всю астрономическую часть программы взял на себя астроном! Но, к сожалению, это благое намерение для многопрограммных полетов удастся реализовать, только когда в космос можно будет посылать достаточно многочисленный экипаж. А пока каждому члену экипажа приходится в одном лице представлять сразу нескольких специалистов.
  • Этим я вовсе не хочу сказать, что требовать, мол, в таком случае от космонавтов многого нельзя. Космонавты своими наблюдениями внесли значительный вклад в науку, причем в те ее области, специалистами в которых они фактически не были. Достаточно сослаться на зарегистрированное уже открытие вертикально-лучевой структуры дневного излучения верхней атмосферы Земли, сделанное группой советских космонавтов и ленинградских ученых.
  • Чем больше космонавты будут летать, тем более квалифицированными они станут.
  • А как быть, если космонавты пока не могут в полной мере обладать такими же знаниями, как, к примеру, метеоролог, геофизик, астроном? В этом случае, очевидно, надо уметь наблюдать, тщательно регистрировать увиденное, чтобы затем, вернувшись на Землю, вместе с учеными проанализировать его. Так, между прочим, и было сделано открытие, о котором я только что упоминал.
  • Многие задачи исследовательского характера могут быть решены с помощью автоматических аппаратов — искусственных спутников Земли, межпланетных станций. Вместе с тем существует ряд обстоятельств, имеющих решающее значение, которые делают участие человека во многих научных экспериментах весьма и весьма желательным. Это прежде всего необходимость сознательного выбора объектов исследования, выбора объектов из ряда подобных по наиболее благоприятным условиям съемки, необходимость испытания, проверки исправности и регулирования аппаратуры, предназначенной для исследований.
  • Раз уж речь зашла о визуальных наблюдениях из космоса, то хочется остановиться на вопросе, который нам, космонавтам, задают довольно часто: достаточно ли совершенен зрительный аппарат человека для наблюдения из космоса? Говорят, что по совершенству зрительного аппарата человек явно уступает орлу — орел видит дальше. Можно не сомневаться, что, хотя орел видит дальше, человек видит больше — ему помогает разум. Не говоря уже о том, что человек создал телескоп, электронный микроскоп, множество других устройств, резко раздвинувших диапазон возможностей нашего зрения.
  • Что касается непосредственных наблюдений из космоса, то здесь имеется ряд психологических и физиологических особенностей.
  • Многие космонавты заметили, что в начале полета они видят меньше объектов на Земле, чем в конце полета. Буду говорить о себе. В первые дни я мало что различал с космической высоты. Потом стал замечать суда в океане. Затем суда у причалов. В середине полета обнаружил поезд, подходивший к мосту. Первое время возле дороги виднелись какие-то квадратики. Через несколько дней заметил, что это приусадебные участки. Вскоре стал различать, какие из них вспаханы, а какие нет. В конце полета уже видел постройки на этих участках.
  • В чем тут дело? Видимо, это естественный процесс ориентации на незнакомой местности. Не последнюю роль здесь, очевидно, играют эмоции, вызываемые необычными условиями полета. На первых порах они отвлекают, а может быть, и каким-либо образом влияют на остроту зрения.
  • Это положение можно сравнить с тем, в которое попадает человек, оказавшийся в незнакомом городе. На первых порах трудно рассчитывать на то, что он сможет о нем что-нибудь рассказать путное. Но проходит время, и он начинает узнавать улицы, дома, может кое-что сказать об архитектуре зданий. А затем и добирается до вывесок на магазинах. Так и в космосе — нужно какое-то время. Сначала замечаешь крупные объекты: острова, моря, горные цепи. Потом поле зрения «сужается», больше становится знакомых объектов. После второй недели полета стоило взглянуть в иллюминатор, и я сразу узнавал, где летит корабль. А насколько острым было в этот период зрение, говорит хотя бы такой факт: пролетая однажды над своим родным городом Сочи, я даже заметил телевизионную вышку.
  • Уже в первых полетах космонавты видели с высоты такие вещи, которые видеть-то теоретически не могли. До этого считалось, что разрешающая способность человеческого глаза — одна угловая минута. Но вот стали летать в космос, и оказалось, что с орбиты видны предметы, угловая протяженность которых меньше минуты.
  • Судить о причинах такого обострения зрения предоставим специалистам космической медицины.
  • В заключение хочется сказать, что, несмотря на определенные трудности, методы и аппаратура для детального изучения природной среды и природных ресурсов из космоса уже в обозримом будущем будут разработаны настолько, что станут неотъемлемой частью большого комплекса научных и практических мер, обеспечивающих, как мы часто говорим, власть человека над природой.
  • Беседу записал И. ЮДИН.