УДК 629.78.052:535.243 УСТРОЙСТВО И ЛЕТНЫЕ …72 КОСМИЧЕСКАЯ...

70 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ № 2(13)/2016

Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Сармин Э.Э., Гусев В.Ф., Десинов Л.В. и др.

Дистанционное зондирование Земли, в т. ч. мониторинг катастрофических явлений в рам-ках космического эксперимента «Ураган», на борту Российского сегмента Международной космической станции производится с использованием цифровых зеркальных фотоаппаратов с длиннофокусными объективами и ручных спектрометрических приборов (научная аппара-тура «Фотоспектральная система»). Для повышения информативности и качества интер- претации получаемых данных в октябре 2014 г. на борт Российского сегмента Международной космической станции доставлена научная аппаратура «Видеоспектральная система», пред-назначенная для измерения спектральной плотности энергетической яркости 270 локальных зон подстилающей поверхности с размером сторон около 40 м со спектральным разрешением не хуже 5 нм в диапазоне 400…950 нм.

В статье приведены описание, технические характеристики, основные задачи, а также первые полученные измерения научной аппаратуры «Видеоспектральная система».

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, спектрометры, «Видеоспектральная система», космический эксперимент «Ураган».

УДК 629.78.052:535.243

УСТРОЙСТВО И ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ «ВИДЕОСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА»

НА БОРТУ РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МКС

© 2016 г. Беляев Б.И.1, Беляев М.Ю.2, Сармин Э.Э.2, Гусев В.Ф.2, Десинов Л.В.3,

Иванов В.А.1, Крот Ю.А.1, Мартинов А.О.1, Рязанцев В.В.2, Сосенко В.А.1

DESIGN AND FLIGHT TESTS OF SCIENCE HARDWARE

VIDEO-SPECTRAL SYSTEM ON BOARD

THE RUSSIAN SEGMENT OF THE ISS

Belyaev B.I.1, Belyaev М.Yu.2, Sarmin E.E.2, Gusev V.F.2, Desinov L.V.3,

Ivanov V.А.1, Krot Yu.А.1, Martinov А.О.1, Ryazantsev V.V.2, Sosenko V.А.1

1 A.N.Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belorussian State University (IAPP of BSU)

7 Kurchatov str., Minsk, 220108, the Republic of Belarus, e-mail: [email protected]

2 S.P. Korolev Rocket and Space Public Сorporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail: [email protected]

3 Institute of Geography RAS (IGRAS) 29 Staromonetny lane, Moscow, 119017, Russian Federation,

e-mail: [email protected]

1 Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета (НИИПФП БГУ)

Ул. Курчатова, 7, г. Минск, Республика Беларусь, 220108, e-mail: [email protected]

2 Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия»)Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,


3 Институт географии РАН (ИГРАН)Старомонетный пер., 29, г. Москва, Российская Федерация, 119017,


71№ 2(13)/2016 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

уСТрОйСТвО И ЛЕТНыЕ ИСпыТАНИЯ НАуЧНОй АппАрАТуры «вИдЕОСпЕКТрАЛьНАЯ СИСТЕМА»

Earth remote sensing including monitoring of catastrophic phenomena within space experiment Uragan on board the Russian Segment of the International Space Station is performed using digital single-lens reflect cameras with long-focal-length lens and manual spectrometric devices (science hardware Photo-spectral system). To increase the information content and interpretation quality of the data obtained science hardware Video-spectral system was delivered to the Russian segment of the International Space Station in October 2014 to measure the spectral density of radiance of 270 local zones of the underlying terrain of about 40 m in size with a spectral resolution no less than 5 nm in the range of 400 ... 950 nm.

The article describes technical characteristics, main tasks, as well as the first measurements of the science hardware Video-spectral system.

Key words: Earth remote sensing, spectrometers, Video-spectral system, space experiment Uragan.

БЕЛЯЕВ Борис Илларионович — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом НИИПФП БГУ, e-mail: [email protected] Boris Illarionovich — Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor, Head of Department at IAPP of BSU, e-mail: [email protected]

БЕЛЯЕВ Михаил Юрьевич — доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя НТЦ РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Mikhail Yur’evich — Doctor of Science (Engineering), Professor, Deputy Head of STC at RSC Energia, e-mail: [email protected]

САРМИН Эрик Эдуардович — инженер 1 категории РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Erik Eduardovich — Engineer of 1 category at RSC Energia, e-mail: [email protected]

ГУСЕВ Виктор Федорович — инженер 1 категории РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Viktor Fedorovich — Engineer of 1 category at RSC Energia, e-mail: [email protected]

ДЕСИНоВ Лев Васильевич — кандидат географических наук, начальник лаборатории ИГРАН, e-mail: [email protected] Lev Vasil’evich — Candidate of Science (Geography), Head of Laboratory at IGRAS, e-mail: [email protected]

ИВАНоВ Виктор Александрович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: [email protected] Viktor Alexandrovich — Candidate of Science (Physics and Mathematics), Senior Researcher at IAPP of BSU, e-mail: [email protected]

КРоТ Юрий Александрович — научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: [email protected] Yury Alexandrovich — Research Scientist at IAPP of BSU, e-mail: [email protected]

МАРТИНоВ Антон олегович — младший научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: [email protected] Anton olegovich — Junior Researcher at IAPP of BSU, e-mail: [email protected]

РЯзАНЦЕВ Владимир Васильевич — начальник сектора РКК «Энергия», e-mail: [email protected] Vladimir Vasil’evich — Head of Subdepartment at RSC Energia, e-mail: [email protected]

СоСЕНКо Виктор Андреевич — кандидат технических наук, заведующий лабораторией НИИПФП БГУ, e-mail: [email protected] Viktor Andreevich — Candidate of Science (Engineering), Head of Laboratory at IAPP of BSU, e-mail: [email protected]



Научная аппаратура «Видеоспектральная система» (НА ВСС) предназначена для про-ведения научно-прикладных исследований в космическом эксперименте (КЭ) «Экспери-ментальная отработка наземно-космической системы мониторинга и прогноза развития природных и техногенных катастроф» («Ура-ган») с борта Российского сегмента Между-народной космической станции (РС МКС). Ее использование на борту РС МКС позволит на новом качественном уровне проводить КЭ «Ураган» и решать задачи эксперимента [1–5].

КЭ «Ураган» начал проводиться на борту РС МКС с 2000 г. Его сеансы выполняются по указаниям постановщика эксперимента, получаемым из Центра управления полетами. Кроме того, члены экипажа могут самостоя-тельно рассчитывать время начала сеанса на- блюдения с помощью программы баллистико-навигационного обеспечения «Сигма» [2].

В ходе выполнения эксперимента была вы-явлена необходимость модернизации исполь-зуемой фотографической аппаратуры, которая обеспечила бы повышение информативности и качества интерпретации получаемых данных. Созданная с этой целью НА «Фотоспектральная система» (ФСС) в 2010 г. была доставлена на борт РС МКС. В течение последних лет с ФСС проведена серия экспериментов по регистрации спектров и изображений подстилающих поверх-ностей и получен ряд новых результатов [6–9].

Дальнейшее развитие системы монито-ринга предполагает использование НА ВСС в КЭ «Ураган» для:

• отработки методов визуальных наблю- дений, ручной съемки и автоматической регистрации на борту МКС цветных фото-изображений высокого пространственного разрешения и однозначно «привязанных» к ним спектров высокого спектрального раз-решения видимого и ближнего инфракрасного диапазонов нескольких пространственных зон в каждом изображении;

• отработки методов расчета гиперспек-тральных изображений (по полученным изоб-ражениям и спектрам пространственных зон) и их использования в задачах классификации и дешифрирования параметров объектов и признаков катастрофических явлений;

• усовершенствования методов распо-знавания и классификации объектов с исполь- зованием спектров и текстуры изображения подстилающих поверхностей.

Система ВСС является логическим раз-витием работающей на РС МКС фотоспек-тральной системы. В обеих системах реализу-ется покадровая съемка, когда каждый кадр изображения сопровождается регистрацией

сопутствующих спектров. При трассовой съемке (смена сцены за счет движения носи-теля) ФСС позволяет получать три спектра на изображение, соответствующих такому же количеству объектов (локальных зон подсти-лающей поверхности), расположенных вдоль направления полета. Принципиальное отли-чие информации, получаемой ВСС, состоит в том, что классификация объектов земной поверхности (определение их параметров) может вестись с использованием большого числа (нескольких сотен) спектров. Исполь-зование данных ВСС в сравнении с изобра-жениями в трех каналах позволяет применять методы мультиспектрального анализа, что не только значительно повышает достоверность классификации объектов, но и предоставля-ет ряд других преимуществ, среди которых можно отметить следующие:

• повышается точность определения параметров объектов;

• при решении задач определения пара- метров объектов есть возможность пользоваться эмпирически установленными корреляционны-ми (регрессионными) зависимостями параме-тров объектов от отражательных характеристик в отдельных узких спектральных каналах.

ВСС снабжена кронштейном, позволяю-щим устанавливать ее на иллюминатор и из- мерять углы отклонения оптической оси прибора, при этом ВСС обладает рядом пре-имуществ перед видеоспектрометрами:

• в несколько раз меньшие потоки (объемы) передаваемой и обрабатываемой информации;

• значительно более простая процедура предварительной обработки (геометрическая коррекция, мозаицирование и т. п.), посколь-ку спектры однозначно «привязаны» к RGB-изображению благодаря пространственно- временн́й синхронизации модуля изображения и матричных полихроматоров;

• съемка оператором с кронштейна позво-ляет производить съемку и спектрометрирова-ние объектов исследования по трассе полета, в т. ч. находящихся вдали от надирного направ-ления, в зоне подстилающей поверхности при углах визирования ВСС ±30° от надира.

• возможность проводить измерения индикатрис отражения (рассеяния) объектов для каждого спектрального канала. Эта воз-можность реализуется в режиме измерений путем непрерывной (покадровой) съемки с удержанием оператором объекта (фиксиро-ванной зоны на подстилающей поверхности) в центре поля зрения системы. При этом про-исходит регистрация изображений и спектров объекта для различных углов рассеяния сол-нечного излучения за счет движения станции



по орбите. Эти измерения представляют наи-больший интерес для решения такой зада-чи, как съемка (диагностика) разливов нефти в море, пожаров, извержений вулканов, вол-новых движений (возмущений) в океане. В последнем случае индикатрисные измерения позволяют определять спектр наклонов вод-ной поверхности и тонкую структуру волно-вых движений в океане. Индикатрисные из-мерения нефтяных пленок дают возможность более надежной их идентификации, а в случае дымов и аэрозольных выбросов позволяют оценивать концентрации и размеры частиц.

Задачи и ожидаемые результаты использования ВСС

• Контроль состояния атмосферы над го-родами, обнаружение техногенных выбросов промышленных предприятий, распространения пылевых и соляных бурь, выделения дымовых шлейфов, локализация источников задымле-ния и оценки границ размывания шлейфов.

• Мониторинг снежного покрова как индикатора загрязнения воздуха. загрязне-ние снега влияет на яркость изображения и спектры в диапазоне 400…950 нм, что дает возможность картографировать площади и определять интенсивность загрязняющих воздействий.

• оперативный космический мониторинг разливов нефти. Использование подробных

спектров видимого и ближнего инфракрасного диапазонов наряду с измерениями индикатри-сы позволяет зафиксировать наличие и отсле-живать движение нефтяного пятна на водной поверхности, а также определять утечки нефти на земной поверхности.

• Мониторинг лесных и торфяных по-жаров. Применение изображений и спектров диапазона совместно с измерениями инди-катрисы позволит оценить объемы выбросов аэрозолей в атмосферу в результате пожаров.

• Инвентаризация сельскохозяйствен-ных угодий, контроль состояния посевов, выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности и опустынивания, определение состава почв.

Устройство и работа ВСС

Научная аппаратура ВСС конструктивно выполнена в виде переносного автономного моноблока, в состав которого входят:

• базовый блок; • блок объектива; • блок аккумулятора; • блок монитора; • установочный кронштейн; • контрольно-поверочная аппаратура;• специальное программное обеспечение. ВСС позволяет проводить съемку как

с рук оператора, так и с установочного крон-штейна (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид научной аппаратуры «Видеоспектральная система»: а — на юстировочном столе; б — на установочном кронштейне. 1 — базовый блок; 2 — блок объектива; 3 — блок монитора; 4 — камера видеосопровождения; 5 — установочный кронштейн; 6 — датчик углов поворота установочного кронштейна

а) б)



Базовый блок состоит из корпуса, в кото-ром установлены одноплатный компьютер, блок питания, блок изображений с устрой-ством светоделителя, а также три матричных полихроматора, соединенных жгутами переда-чи изображения с устройством светоделителя.

одноплатный компьютер, работающий под управлением операционной системы Windows XP, обеспечивает:

• выдачу команд управления режимами работы полихроматоров и блока изображений;

• прием служебной информации о ре-жимах работы полихроматоров и блока изо-бражений;

• прием, хранение и просмотр зареги-стрированных данных от полихроматоров;

• прием, сжатие, хранение и просмотр данных от блока изображений, включая дан-ные о дате и времени проведения съемки;

• выдачу информации о режимах рабо-ты видеоспектральной системы на индикато-ры контроля;

• выдачу зарегистрированных данных в бортовой лэптоп поддержки научных экспе- риментов с записью на сменный жесткий диск.

Блок питания предназначен для питания всех составных частей НА ВСС.

Блок изображений предназначен для реги-страции цветного изображения высокого про-странственного разрешения спектрометриру-емого участка земной поверхности в видимом диапазоне длин волн и имеет следующие характеристики:число элементов (пикселей) изображения 7 304×5 478;размер приемной площадки матрицы, мм 33,1×44,2;размер пикселя, мкм 6,8;спектральный диапазон, нм 380…920;поле зрения с высоты 400 км, км 28,5×36,9;проекция пикселя с высоты 400 км, м 4,8.

Устройство светоделителя предназначено для:

• разделения световых потоков после объектива между полихроматорами и блоком изображений;

• формирования полей зрения полихро-маторов в поле зрения блока изображений;

• формирования световых потоков спек-трометрируемых зон съемки;

• формирования светового потока про-порционально уровню освещенности блока изображений;

• пропорционального масштабирования световых потоков полихроматоров по разме-рам их входных щелей.

Устройство светоделителя состоит из плоской полупрозрачной пластины, разде-ляющей световой поток, спроецированный объективом, на два. один из них проециру-ется на приемную матрицу блока изображе-ний, а второй фокусируется на второй до-полнительной плоскости изображения. На этой плоскости формируются три области (зоны) спектрометрирования, которые жгу-тами передачи изображения передаются на входные щели полихроматоров. С этой же плоскости с помощью световодов сигнал уровня освещенности передается на блок изображений.

Каждый из трех матричных полихромато-ров предназначен для диспергирования све-тового потока от объекта исследования и про-ецирования спектра на приемник излучения (высокочувствительную ПзС-матрицу) для регистрации спектров в диапазоне длин волн 400…950 нм.

Каждый из матричных полихроматоров позволяет получить не менее 90 элементов изображения по высоте входной щели поли-хроматора.

Технические характеристики полихроматоров:спектральный диапазон, нм 400…950;спектральное разрешение, не хуже, нм 5,0;дифракционная решетка:– тип вогнутая голограммная;– число штрихов, штр./мм 315;фотоприемник излучения:– разрешение, пиксель 1 044×1 044;– размер пикселя, мкм 24×24;полоса обзора полихроматора, м 16 120;пространственное разрешение в центре спектрометрируемой области, м 40,3;количество пространственных зон спектральной съемки 270.

Блок объектива состоит из входного объ-ектива, конвертера, устройства установки блока объектива на базовый блок и фиксации базового блока на кронштейне установочном, камеры видеосопровождения съемки.

Входной объектив Hasselblad HC 4,5/300 с конвертером Hasselblad H 1.7x Converter обеспе-чивают фокусное расстояние объектива 510 мм.

Камера видеосопровождения блока объек- тива (электронный видоискатель) предназ- начена для контроля оператором объектов съемки на мониторе и представляет собой миниатюрную цветную видеокамеру.

Блок аккумулятора состоит из аккумуля-тора и корпуса с элементами крепления к ба-зовому блоку и предназначен для проведения



съемок в автономном режиме (при отключе-нии базового блока от бортовой сети).

Блок монитора состоит из монитора с резистивным сенсорным экраном, корпу-са монитора с устройством фиксации его на базовом блоке (либо в любом другом месте с помощью ленты «ВЕЛКРо») и кабеля под-ключения к базовому блоку.

Кронштейн установочный предназначен для надежной фиксации НА ВСС на иллюми-натор ∅426 мм служебного модуля РС МКС, обеспечения отклонения полей зрения НА ВСС в двух плоскостях, высокоточного опре-деления углов отклонения и точной привязки спектров и изображений к углам наблюдения объектов относительно надира.

В качестве датчиков углов поворота использованы абсолютные однооборотные энкодеры. Кронштейн обеспечивает:

• плавное отклонение оси визирования по двум координатам (±30°);

• регистрацию углов отклонения по двум координатам X и Y;

• фиксирование положения прибора ВСС в установленном оператором положении;

• возможность быстрого съема прибора ВСС для ручного наведения и съемки объектов с рук оператора.

Точность измерения углов поворота по осям не хуже 0,2°.

В комплект НА ВСС также входят: заряд-ное устройство аккумулятора; контрольно-поверочная аппаратура; комплект кабелей; специальное программное обеспечение.

Контрольно-поверочная аппаратура пред-назначена для проверки работоспособности НА ВСС при проведении автономных испы-таний и проверочных включений. Контрольно-поверочная аппаратура состоит из единого блока, в котором размещены диффузная сфе-ра, излучатель из восьми светодиодов, колли-мационный объектив и кронштейн крепления контрольно-поверочной аппаратуры к блоку объектива с фланцем, позволяющие провести проверку работоспособности НА ВСС. Свето-диодный излучатель представляет собой ими-татор световых потоков со схемой управления.

Комплект кабелей предназначен для под-ключения НА ВСС и зарядного устройства к бортовой сети электропитания.

Специальное программное обеспече-ние необходимо для тестирования блоков, управления работой НА ВСС, приема дан-ных матричных полихроматоров, блока изображений и датчиков углов поворота, сохранения данных на диске и их просмо-тра. Специальное программное обеспече-ние адаптировано для сенсорных экранов

и оптимизировано для работы на компьютере с низким энергопотреблением.

Алгоритм работы специального программ-ного обеспечения состоит из следующих этапов:

• тестирование модулей НА ВСС. По ре-зультатам тестирования определяются режимы работы комплекса: стандартный, ограничен-ный либо критический (работа невозможна);

• выбор оператором НА ВСС парамет-ров регистрации (возможен выбор параметров по умолчанию);

• выбор оператором НА ВСС числа кад-ров, которые будут сняты за одну серию съемки;

• синхронная регистрация данных со всех модулей НА ВСС и их сохранение на диск;

• просмотр оператором НА ВСС отсня-тых ранее кадров

Вид основного окна программы представ-лен на рис. 2. В области изображения глав-ного окна программы управления выводится изображение с электронного видоискателя камеры видеосопровождения, которая слу-жит для того, чтобы оператор НА ВСС смог нацелиться на объект съемки. Для удобства наведения прибора на объект съемки поле зрения блока изображения обозначено си-ним прямоугольником.

В окно просмотра (рис. 3) выводится от-меченное прямоугольником поле зрения блока изображения. В левой области окна програм-мы находится стилизованный под фотопленку компонент просмотра отснятых блоком изо-бражения кадров, а также зарегистрированных спектров. Компонент позволяет просмотреть отснятые за время работы программы кадры, т. е. от момента запуска до момента закрытия главного окна программы управления.

После окончания работы со специальным программным обеспечением возможно копиро-вание данных с НА ВСС на внешний носитель информации.

Рис. 2. Главное окно программы



Спектрально-энергетические калибровки образцов НА ВСС проводились на метроло- гическом комплексе «Камелия-М» НИИПФП БГУ, аккредитованном в Госстандарте Респуб-лики Беларусь (регистрационный номер BY/112 02.5.0.0012).

Калибровка по длинам волн всех трех матричных полихроматоров (МП) и кана-ла блока изображений НА ВСС проводилась с помощью монохроматического осветителя с зеркальным коллиматором. Было определе-но спектральное разрешение всех МП во всем рабочем спектральном диапазоне для различ-ных участков входной щели каждого поли-хроматора. Также с помощью монохромати-ческого осветителя определены поля зрения трех МП в фокальной плоскости.

Границы полей зрения МП определялись в пиксельных координатах канала блока изо-бражений. Кроме того, схема измерений поз-волила провести оценку пространственного разрешения каждого спектрометра во всем спектральном диапазоне по всей высоте вход-ной щели полихроматора. Воспроизводилось условие освещения участка входной щели размером не более 30 мкм для центральной области входной щели. Проведена оценка функции размытия точки на разных участ-ках матрицы каждого МП, что позволило определить пространственное и спектраль-ное разрешения матричных полихроматоров. С помощью монохроматического осветителя были также определены относительные спект-ральные чувствительности каналов R, G и B блока изображений.

Калибровка по спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) НА ВСС осуществлялась на комплексе «Камелия-М» с помощью фотометрической сферы, позво-ляющей воспроизводить 12 градаций яркости СПЭЯ. Калибровка проведена для всего на-бора экспозиций. На рис. 4 показан отклик

прибора в отсчетах аналого-цифрового пре-образователя для нескольких градаций яркос-ти фотометрической сферы, а также графики отклика одного МП для нескольких длин волн.

Научная аппаратура ВСС успешно про-шла все испытания и в октябре 2014 г. достав-лена на борт РС МКС (рис. 5).

Рис. 3. Окно просмотра отснятых кадров

Рис. 4. Результаты калибровки научной аппаратуры «Видеоспектральная система» на комплексе «Камелия-М»: а — отклик «Видеоспектральной системы» в отсчетах АЦП для нескольких градаций яркости фотометрической сферы (количест- во ламп: ■ — одна; ■ — две; ■ — три; ■ — четыре; ■ — пять; ■ — шесть); б — графики отклика (линейности) одного мат-ричного полихроматора для нескольких длин волн: ■ — 466,7 нм; ■ — 572,7 нм; ■ — 678,8 нм; ■ — 784,9 нм; ■ — 890,9 нм

Примечание. АЦП — аналого-цифровой преобразователь;

СПЭЯ — спектральная плотность энергетической яркости.

а)

б)



Первые результаты испытаний НА ВСС

Для испытаний НА ВСС в КЭ «Ураган» на борту РС МКС в декабре 2014 г. был за-планирован ряд экспериментов в различных регионах планеты. В качестве одного из объ-ектов наблюдения были выбраны земельные угодья (рис. 6). Буквами A, B и C обозначены поля зрения трех МП. Данные поля зрения однозначно привязаны к кадру, что позволяет точно сопоставить пару «спектрометрируе-мый участок – спектр». Примеры таких пар даны на рис. 6, где белым полосам внутри прямоугольного поля зрения полихромато-ра B даны соответствующие им спектраль-ные кривые.

На рис. 7 представлены визуализация всех измеренных спектров одного из МП и часть изображения, соответствующая полю зре- ния полихроматора. В совмещенных осях представлены спектры диапазона 400…950 нм. По оси Z располагаются СПЭЯ, а по X и Y — координаты пикселей спектрометрируемой области на изображении.

По набору спектральных данных с поли- хроматора может быть вычислен сред-ний спектр, характеризующий всю спектро- метрируемую область. На рис. 8 представлен

усредненный спектр отражения фотосин-тезирующей поверхности (с указанными фраунгоферовыми линиями и линиями по-глощения), зарегистрированный ВСС в ходе космических измерений. Как видно из ри-сунка, на спектре хорошо разрешаются полоса поглощения молекулярного кислорода с цен-тром на длине волны 762 нм и полосы по-глощения воды с центрами на длинах волн 690, 719 и 820 нм.

Рис. 5. Космонавт Шкаплеров Антон Николаевич на бор-ту МКС проводит съемки видеоспектральной системой (26 декабря 2014 г.)

Рис. 6. Поля зрения полихроматоров (А, В, С) в проекции на сопутствующий фотоснимок

Рис. 7. Визуализация данных научной аппаратуры «Видео-спектральная система»

Примечание. СПЭЯ — спектральная плотность энергети-

ческой яркости.



Заключение

В работе рассмотрено устройство и даны характеристики научной аппаратуры «Ви-деоспектральная система», доставленной на борт РС МКС в октябре 2014 г. и предназна-ченной для проведения научно-прикладных исследований в КЭ «Ураган».

Приведены результаты измерений опти-ческих характеристик подстилающих поверх- ностей, полученные НА ВСС на борту РС МКС. Приведенные результаты подтверждают работоспособность аппаратуры ВСС.

В настоящее время ведется обработка полученных измерений различных природ-ных образований при разных условиях их освещения Солнцем, а также доработка про-грамм обработки и представления данных КЭ «Ураган». При выполнении экспери-мента в дальнейшем планируется проведе-ние синхронных подспутниковых измерений исследуемых объектов спектрометрической аппаратурой.

Список литературы

1. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Карава- ев Д.Ю., Легостаев В.П. Использование съемки земной поверхности с МКС в интересах топ-ливно-энергетического комплекса // Известия РАН. Энергетика. 2013. № 4. С. 1–16.

2. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Карава- ев Д.Ю., Сармин Э.Э., Юрина О.А. Аппаратура и программно-математическое обеспечение

для изучения земной поверхности с борта Российского сегмента Международной кос-мической станции по программе «Ураган» // Космонавтика и ракетостроение. 2015. № 1. С. 63–70.

3. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Карава- ев Д.Ю., Сармин Э.Э., Юрина О.А. Изучение с борта Российского сегмента Международ-ной космической станции в рамках прог-раммы «Ураган» катастрофических явлений, вызывающих экологические проблемы // Космонавтика и ракетостроение. 2015. № 1. С. 71–79.

4. Беляев М.Ю., Волков О.Н., Десинов Л.В., Масленников Л.В. Изучение катастрофичес-ких явлений с борта орбитальной станции «Мир» и МКС в эксперименте «Ураган» // Труды XXXV чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». Казань, 2001. С. 117–129.

5. Легостаев В.П., Марков А.В., Соро-кин И.В. Целевое использование Российского сегмента МКС: значимые научные результаты и перспективы // Космическая техника и тех-нологии. 2013. № 2. С. 3–18.

6. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Крот Ю.А., Сармин Э.Э. Результаты испытаний фотоспектральной системы на МКС // Исследование земли из космоса. 2014. № 6. С. 27–39.

7. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Сармин Э.Э. обработка спектров и изображений с фотоспектральной системы в космическом эксперименте «Ура-ган» на МКС // Исследование земли из кос-моса. 2014. № 6. С. 54–65.

8. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Роговец А.В., Рязанцев В.В., Сармин Э.Э., Со-сенко В.А. Летная отработка исследователь-ской аппаратуры «Фотоспектральная систе-ма» на борту Российского сегмента МКС // Космическая техника и технологии. 2014. № 1(4). С. 22–28.

9. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Казак А.А., Катковский Л.В., Роговец А.В. Спектральные распределения яркости излу-чения при спектрометрировании земли из космоса // Журнал прикладной спектроско-пии. 2012. Т. 79. № 4. С. 669–675.Статья поступила в редакцию 20.02.2016 г.

Рис. 8. Линии поглощения на усредненном спектре

Примечание. См. рис. 7.

Reference

1. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Legostaev V.P. Ispol'zovanie s"emki zemnoi poverkhnosti s MKS v interesakh toplivno-energeticheskogo kompleksa [Using the Earth’s surface imagery from the ISS in the interests of fuel and power complex]. Izvestiya RAN. Energetika, 2013, no. 4, pp. 1–16.

2. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Sarmin E.E., Yurina O.A. Apparatura i programmno-matematicheskoe obespechenie dlya izucheniya zemnoi poverkhnosti s borta Rossiiskogo segmenta



Mezhdunarodnoi kosmicheskoi stantsii po programme «Uragan» [Hardware and software to study the Earth’s surface onboard the Russian Segment of the International Space Station under the Uragan program]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2015, no. 1, pp. 63–70.

3. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Sarmin E.E., Yurina O.A. Izuchenie s borta Rossiiskogo segmenta Mezhdunarodnoi kosmicheskoi stantsii v ramkakh programmy «Uragan» katastroicheskikh yavlenii, vyzyvayushchikh ekologicheskie problemy [Study of catastrophic events causing ecological problems onboard the Russian Segment of the International Space Station in the scope of the Uragan program]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2015, no. 1, pp. 71–79.

4. Belyaev M.Yu., Volkov O.N., Desinov L.V., Maslennikov L.V. Izuchenie katastroicheskikh yavlenii s borta orbital'noi stantsii «Mir» i MKS v eksperimente «Uragan» [Study of catastrophic events onboard the Mir orbital station and the ISS in the Uragan experiment]. Trudy XXXV chtenii K.E. Tsiolkovskogo. Sektsiya «Problemy raketnoi i kosmicheskoi tekhniki». Kazan', 2001. Pp. 117–129.

5. Legostaev V.P., Markov A.V., Sorokin I.V. Tselevoe ispol'zovanie Rossiiskogo segmenta MKS: znachimye poluchennye rezul'taty i perspektivy [The ISS Russian Segment utilization: research accomplishments and prospects]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2013, no. 2, pp. 3–18.

6. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Katkovskii L.V., Krot Yu.A., Sarmin E.E. Rezul'taty ispytanii fotospektral'noi sistemy na MKS [The test results of photospectral system on the ISS]. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 2014, no. 6, pp. 27–39.

7. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Katkovskii L.V., Sarmin E.E. Obrabotka spektrov i izobrazhenii s fotospektral'noi sistemy v kosmicheskom eksperimente «Uragan» na MKS [Processing of spectra and images of photospectral system in space experiment Uragan on the ISS]. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 2014, no. 6, pp. 54–65.

8. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Rogovets A.V., Ryazantsev V.V., Sarmin E.E., Sosenko V.A. Letnaya otrabotka issledovatel'skoi apparatury «Fotospektral'naya sistema» na bortu Rossiiskogo segmenta MKS [Flight testing of research equipment «Photospectral system» onboard the Russian Segment of International Space Station]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2014, no. 1(4), pp. 22–28.

9. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Kazak A.A., Katkovskii L.V., Rogovets A.V. Spektral'nye raspredeleniya yarkosti izlucheniya pri spektrometrirovanii Zemli iz kosmosa [Spectral distribution of radiation intensity during the Earth spectrometry from space]. Zhurnal prikladnoi spektroskopii, 2012, vol. 79, no. 4, pp. 669–675.

УДК 629.78.052:535.243 УСТРОЙСТВО И ЛЕТНЫЕ …72 КОСМИЧЕСКАЯ...

Documents