Космос 156

«Космос 156 » — советский метеорологический спутник, запущенный 27 апреля 1967 года. Один из одиннадцати метеорологических спутников, запущенных Советским Союзом в период с 1964 по 1969 год. ^[3] Он входил в экспериментальную систему метеорологических спутников «Метеор». ^[1] В 1969 году серия спутников «Космос» была заменена на более современный и обновлённый спутник «Метеор» .

Kosmos 156 представлял собой большую цилиндрическую капсулу длиной 5 метров (16 футов) и диаметром 1,5 метра (4 фута 11 дюймов). Его масса составляла 4730 килограммов (10 430 фунтов). ^[1] Две большие солнечные панели из четырех сегментов каждая были развернуты с противоположных сторон цилиндра после отделения спутника от ракеты-носителя. Солнечные панели вращались так, чтобы постоянно быть обращенными к Солнцу в дневное время спутника, с помощью приводного механизма, управляемого датчиком Солнца , установленного в верхнем конце центрального корпуса. Его метеорологические приборы, состоящие из магнитометра, радиоантенн 465 МГц и устройств управления орбитой, были размещены в меньшем герметично закрытом цилиндре, расположенном на обращенном к Земле конце цилиндрического корпуса спутника. Спутник был триаксиально стабилизирован серией инерционных маховиков, приводимых в движение электродвигателями, кинетическая энергия которых гасилась крутящими моментами, создаваемыми электромагнитами, взаимодействующими с магнитным полем Земли. Космос 156 был ориентирован с одной осью, направленной на Землю вдоль местной вертикали, другой, ориентированной вдоль вектора орбитальной скорости, и третьей, ориентированной перпендикулярно плоскости орбиты. Такая ориентация обеспечивала постоянное направление оптических осей инструментов на Землю. ^[1]

В состав аппаратуры «Космоса-156» входили:

• Две видиконные камеры для съемки облачного покрова в дневное время
• Сканирующий инфракрасный радиометр высокого разрешения для получения ночных и дневных изображений Земли и облаков.
• Массив узкоугольных и широкоугольных радиометров, охватывающих каналы 0,3–3 мкм, 8–12 мкм и 3–30 мкм для измерения интенсивности излучения, отраженного от облаков и океанов, температуры поверхности Земли и верхних слоев облаков, а также полного потока тепловой энергии из системы Земля-атмосфера в космос соответственно ^[1]

Двойные видиконовые камеры «Космоса-156» были разработаны для проверки способности советских метеорологических спутников предоставлять дневные снимки распределения облачного покрова Земли, локальных штормов и глобальных погодных систем. Инструментарий состоял из двух идентичных видиконовых камер, которые были установлены в спутниковой базе и были направлены на Землю. Каждая камера просматривала область размером 500 километров (310 миль) на 500 километров (310 миль), одна слева, а другая справа от надира , с разрешением 1,25 километра (0,78 мили) в надире с высоты спутника 600–700 километров (370–430 миль). Камеры делали однокадровое изображение облачного покрова Земли с небольшим перекрытием последовательных кадров для обеспечения непрерывного покрытия. Камеры автоматически включались каждый раз, когда солнце находилось более чем на 5° над горизонтом. Автоматические датчики настраивали апертуру камеры для получения высококачественных снимков в различных условиях освещенности. ^[4]

Если спутник находился в зоне радиосвязи одной из двух наземных станций, изображения с каждой видиконной трубки передавались непосредственно на землю. В противном случае они записывались на магнитную ленту для последующей передачи. Телевизионные изображения, полученные этими наземными станциями, обрабатывались и передавались в Гидрометцентр в Москве, где использовались для прогнозирования и анализа, а затем архивировались.

Высота орбиты «Космоса-156» была значительно ниже, чем у его американских аналогов, спутников ESSA (614 километров (382 мили) против 1400 километров (870 миль). В результате он не мог обеспечить непрерывное перекрывающееся глобальное покрытие, несмотря на то, что его камеры имели разрешение в 2,5 раза больше, чем у камер спутников ESSA. Чтобы закрыть пробелы в покрытии, в спутниковой системе требовалось не менее двух спутников. Мозаики облачного покрова были созданы из 10 или более отдельных снимков облачного покрова в Советском гидрометеорологическом центре, чтобы обеспечить более полное представление о глобальных погодных системах. ^[4]

Сканирующий инфракрасный (ИК) радиометр высокого разрешения производил измерения распределения облаков, снежного и ледяного покрова на дневной и ночной стороне Земли. Радиометр измерял исходящее излучение из системы Земля-атмосфера в атмосферном окне 8–12 мкм, что позволяло строить рельефные тепловые картины яркости и определять эквивалентные радиационные температуры поверхности Земли и верхних слоев облаков. Прибор представлял собой узкоугольный сканирующий радиометр с мгновенным углом обзора 1,5 × 1,5°. Он был установлен в герметичном приборном отсеке в основании спутника, а его оптическая ось была направлена ​​вдоль местной вертикали и в сторону надира. Радиометр измерял интенсивность исходящего излучения, сравнивая поток излучения Земли с потоком излучения из космоса. Различные типы излучения попадали в радиометр через отдельные перпендикулярно ориентированные окна. Излучение от системы Земля-атмосфера попадало на плоское сканирующее зеркало, установленное под углом 45° к вектору скорости спутника и сканирующее на угол ± 50° от надира. ^[5]

Перед тем, как достичь термисторного болометра , излучение отражалось от сканирующего зеркала, проходило через неподвижный модулирующий диск и окно фильтра на параболическое зеркало и, наконец, фокусировалось в параллельный пучок, который проходил через подвижный модулирующий диск. Неподвижный и подвижный модулирующие диски обеспечивали переключение каналов, сначала отправляя излучение Земля-атмосфера, а затем космическое излучение на параболическое зеркало и болометр. Болометр преобразовывал лучистый поток в переменные электрические напряжения (от 0 до 6 В), частота которых была равна частоте модулятора, а величины были пропорциональны разнице в интенсивности лучистого потока между Землей и космосом, возникающей на выходе болометра. Во время движения сканирующего зеркала через сектор ± 40° осуществлялось строчное сканирование (40 строк/мин) целевой области в плоскости, нормальной к плоскости орбиты, с использованием прямого и обратного пути, в то время как сканирование по траектории полета обеспечивалось относительным движением спутника относительно Земли. В каждом сканировании, с указанными углами обзора и сканирования с высоты орбиты спутника, радиометр регистрировал среднюю интенсивность излучения из полосы шириной около 1100 километров (680 миль) с разрешением приблизительно 15 километров (9,3 мили) в надире до приблизительно 24–27 километров (15–17 миль) по краям. Радиометр был способен измерять температуру излучения в пределах 2–3° для температур выше 273 К и в пределах 7–8° для температур ниже 273 К. ^[5]

Как и сигналы с видиконовых камер, видеосигналы радиометра усиливались и либо передавались в блок памяти спутника для последующей передачи, либо в блок радиотелеметрии для прямой передачи на Землю, в зависимости от расстояния спутника до наземной приемной станции. Наземные приемники одновременно записывали передаваемые данные в цифровом виде на магнитную ленту и 80-мм фотопленку в виде яркостного изображения теплового рельефа системы Земля-атмосфера. Данные на магнитной ленте обрабатывались на ЭВМ в Советском гидрометеорологическом центре и использовались для создания цифровой карты поля эквивалентной радиационной температуры с наложенной географической сеткой. Фотопленка проявлялась и обрабатывалась в инфракрасный снимок также с наложенной сеткой. Снимки архивировались в Гидрометеорологическом центре.

Актинометр был разработан для измерения исходящего длинноволнового излучения (3–30 мкм) из системы Земля-атмосфера; исходящего ближнего ультрафиолетового (УФ), видимого и ближнего инфракрасного (ИК) солнечного излучения (0,3–3 мкм), отраженного и рассеянного обратно системой Земля-атмосфера; и эффективной температуры излучения поверхности Земли и верхних слоев облаков (8–12 мкм). ^[6]

Инструментарий состоял из четырех радиометров: пары сканирующих узкоугольных двухканальных радиометров и пары несканирующих широкоугольных двухканальных радиометров. Узкоугольные (поле зрения 4–5°) радиометры измеряли излучение во всех трех спектральных диапазонах, в то время как широкоугольные (поле зрения 136–140°) радиометры работали только в диапазонах 0,3–3 и 3–30 мкм. В узкоугольном радиометре диапазон 0,3–3 мкм измерялся в одном канале, а диапазоны 8–12 и 3–30 мкм объединялись во втором канале. Во втором канале два диапазона разделялись путем замены соответствующих фильтров, когда радиометр сканировал в альтернативных направлениях. ^[6]

Земное излучение попадало в узкоугольный радиометр через цилиндрический обтекатель (кристалл КРС-5) и попадало на коническое сканирующее зеркало. Излучение отражалось от зеркала через трехлепестковый вращающийся зеркальный прерыватель, который модулировал поток излучения с частотой 80 Гц. Прерыватель попеременно отражал земное излучение и космическое излучение, которое попадало через отдельное окно кристалла КРС-5, на одно из трех отверстий в колесе цветных фильтров — по одному фильтру на каждую спектральную полосу. Конкретная спектральная полоса, которая проходила, затем падала на внеосевое параболическое зеркало, которое фокусировало поток излучения на болометрический приемник. Периодическая калибровка производилась, когда сканирующее зеркало перемещалось на угол 90° от надира с одновременным включением и наблюдением кремниевой стандартной лампы. ^[6]

Канал 0,3–3 мкм не использовал двухлучевую систему и переключение фильтров. Выходной сигнал модулированного потока излучения на болометре усиливался, выпрямлялся, фильтровался и подавался в радиотелеметрическую систему по восьми каналам. Широкоугольные радиометры имели идентичные оптические системы для обоих каналов. Излучение Земли попадало в радиометр через полусферическую оболочку из кварца или кристалла КРС-5 с покрытием, определяющим полосу пропускания. Затем излучение модулировалось с частотой 64 Гц и попадало на болометрический приемник. Как и в узкоугольных радиометрах, выходной сигнал болометра обрабатывался и подавался в радиотелеметрическую систему. Широкоугольный радиометр был стандартизирован одновременно с узкоугольным радиометром путем ввода в схему усиления стандартной калибровочной частоты 64 Гц. ^[6]

Относительная среднеквадратичная погрешность измерения для обоих типов радиометров составляла приблизительно 0,5%. Для обеспечения резервной возможности один широкоугольный и один узкоугольный радиометр находились в резерве и могли быть активированы с земли. Ориентация спутника поддерживалась движением спутника относительно Земли, что гарантировало, что основные оптические оси радиометров были ориентированы вертикально вниз к обзору поверхности Земли. Узкоугольный радиометр сканировал 66° в обе стороны от надира в плоскости, нормальной к плоскости орбиты, качая сканирующее зеркало вокруг оптической оси. Радиометры покрывали полосу шириной около 2500 километров (1600 миль) на поверхности Земли и имели наземное разрешение 50 километров (31 милю) в надире. ^[6]

Данные обрабатывались на наземных станциях и передавались в двоичном виде в Гидрометцентр, где они записывались в цифровом виде на магнитную ленту и использовались для создания различных аналитических продуктов, таких как карты альбедо Земля-атмосфера и карты радиационной температуры. Данные архивировались в Гидрометцентре.

Kosmos 156 был четвертым объявленным советским метеорологическим спутником и вторым временным рабочим метеорологическим спутником в экспериментальной системе «Метеор». Этот конкретный спутник был одним из девяти метеорологических спутников «Космос», которые были запущены между 1965 и 1969 годами. ^[7] Он также был вторым полурабочим метеорологическим спутником, запущенным с космодрома Плесецк на околополярную, почти круговую орбиту. Однако, в отличие от американских метеорологических спутников, орбита была прямой (не солнечно-синхронной ) из-за географических ограничений. Kosmos 156 был запущен для тестирования метеорологических приборов в полурабочем режиме, предназначенном для получения изображений облачного покрова, снежного покрова и ледяных полей на дневной и ночной сторонах Земли. Он также измерял потоки исходящего излучения, отраженного и излучаемого системой Земля-атмосфера.

Миссия была запущена с площадки 41/1 в Плесецке с помощью ракеты-носителя Восток 2М (8А92М) с/н Р15000-22. Запуск успешно произошёл в 12:50:02 по Гринвичу 27 апреля 1967 года. Космос-156 работал на низкой околоземной орбите , близкой к орбите Космоса-144, так что два спутника проходили над Советским Союзом каждые шесть часов. ^[8] В эпоху 27 апреля 1967 года его перигей составлял 593 километра (368 миль), апогей — 635 километров (395 миль), наклонение — 81,17°, а период обращения — 96,96 минут. ^[2] Когда два спутника системы «Космос-Метеор» с подходящими разностями долгот восходящих узлов работали одновременно на околополярных орбитах, данные можно было получать с половины поверхности Земли за 24 часа. ^[1] «Космос-156» прекратил свою работу в конце августа 1967 года.

Некоторые из собранных метеорологических данных, такие как изображения и карты, были переданы в различные зарубежные метеорологические центры в рамках международной программы обмена метеорологическими данными. Соединенные Штаты получили некоторые из этих снимков в Национальной службе спутниковой связи по окружающей среде (NESS) в Сьютленде, штат Мэриленд, по факсимильной связи «холодной линии» с Москвой. Эксперимент был недолгим; снимки передавались в NESS с конца апреля по конец августа 1967 года, после чего эксперимент, вероятно, был прекращен. Эти снимки архивировались в NESS в течение одного года и, если они не представляли необычного интереса, затем были удалены. ^[4] Карты альбедо и карты температуры радиации, созданные с использованием данных актинометра Kosmos 156, были микрофильмированы и архивированы в Национальном климатическом центре (NCC) в Эшвилле, штат Северная Каролина. ^[6]