Россия и Китай отправят на орбиту четыре аппарата для мониторинга силы притяжения
Российско-китайский космический проект по созданию четырех исследовательских спутников позволит в 10 раз повысить точность мониторинга гравитационного поля Земли. В результате будут улучшены долгосрочные прогнозы погоды и открыты возможности для предсказания землетрясений. Если проект окажется успешным, в дальнейшем появится также гравитационная навигация, которая станет аналогом GPS и ГЛОНАСС. Запустить аппараты на орбиту планируется через три года.
Лазерная четверка
Создание и регулярное обновление карты гравитационного поля Земли — важная научная задача, решение которой позволяет оценивать и прогнозировать множество природных явлений. При этом ключевую роль в исследованиях играет работа специальных спутников, измерения которых дают возможность актуализировать данные с периодичностью в один месяц. Новый российско-китайский космический проект должен ускорить мониторинг, предоставив ученым более точную информацию.
Спутник GRACE Follow On во время испытаний
Источник изображения: Фото: Airbus DS GmbH/A. Ruttloff
Справка «Известий»
Существование гравитационного поля Земли обусловлено массой планеты и центробежной силой, которая вызвана ее вращением.
При этом сила тяготения в различных областях различается из-за неоднородности распределения масс и особенностей рельефа поверхности. Для того чтобы отразить ее величину в различных точках Земли, были созданы гравитационные карты, которые используются для прогнозирования климатических явлений.
— В настоящее время для исследования гравитационного поля используются два спутника проекта GRACE Follow On — оно проводится с помощью постоянного измерения расстояния между ними, изменение которого говорит о перемене характеристик поля, — отметил заведующий лабораторией лазерных интерферометрических измерений Астрономического института им. Штернберга МГУ Вадим Милюков. — Этот способ обеспечивает точность до одного микрометра. В нашем же проекте мы планируем увеличить ее на порядок за счет применения более совершенных лазерных дальномеров, погрешность которых составляет всего около 100 нанометров.
3D-модель работы спутников GRACE Follow On на орбите
Источник изображения: Фото: NASA
По словам ученого, сейчас подразумевается оснащение лазерами сразу четырех спутников — они составят две группировки, одна из которых будет двигаться по полярной орбите (с наклонением в 90 градусов), а другая — по орбите с наклонением 70 градусов. Это решение позволит ученым еженедельно обновлять гравитационную карту Земли. В качестве базового аппарата планируется взять российскую платформу «Карат», созданную специалистами НПО им. Лавочкина.
Также для правильной работы лазеров на спутниках будет необходимо использовать новую систему стабилизации движения. Она необходима для компенсации их увода с траектории при контакте с остаточной атмосферой, которая еще присутствует на целевой 500-километровой высоте рабочей орбиты.
Малая космическая платформа «Карат» с полезной нагрузкой
Источник изображения: Фото: laspace.ru
— Для этого на аппараты планируется установить акселерометры, в их конструкции будет использовано специальное зеркало с электростатическим подвесом, который предназначен для отражения лазерного луча, — пояснил начальник отдела перспективных исследований НПО им. Лавочкина Валентин Сысоев. — Конструкция позволит прибору детектировать все микроколебания спутника, которые способны помешать наблюдениям.
В дальнейшем сигналы от акселерометра будут направляться на электрические микродвигатели, работа которых возвратит спутник на идеальную траекторию.
Орбитальный оракул
Информация о гравитационном поле, полученная в результате работы новых спутников, позволит следить за распределением и перемещением различных веществ под землей и в атмосфере.
— В частности, новые данные могут открыть возможности для предсказания мест будущих крупных землетрясений, поскольку на обновленной гравитационной карте будут отражены зоны напряжений в земной коре, — считает Вадим Милюков.
Перспективы проекта прокомментировали в Институте физики Земли (ИФЗ) им. О.Ю. Шмидта РАН.
Изображение гравитационного поля Земли
Источник изображения: Фото: NASA/JPL-Caltech
— Во время крупных землетрясений происходят заметные изменения гравитационного поля Земли, которые можно зафиксировать с помощью орбитальных наблюдений, — рассказал заведующий лабораторией комплексной интерпретации геофизических данных ИФЗ РАН, член-корреспондент РАН Валентин Михайлов. — Если же с помощью новой спутниковой системы удастся значительно повысить точность мониторинга изменений гравитационного поля, то можно будет находить крупные зоны, где накапливаются напряжения и деформации, например по периферии Тихого океана. Это позволит увидеть области, где готовятся сильные землетрясения.
Повлияет проект и на предсказание погодных явлений.
— Детальные данные о гравитационном поле необходимы для численного моделирования циркуляции Мирового океана, — пояснил Валентин Михайлов. — Характер океанических течений оказывает значительное влияние на климат и учитывается в моделях, использующихся для среднесрочных и долгосрочных прогнозов погоды.
Также гравитационный мониторинг позволит следить и за состоянием крупных ледников. Дело в том, что их таяние из-за глобального потепления приводит к значительному уменьшению массы, что должно отразиться на составляемой карте.
Гравитационный маршрут
По словам разработчиков, если информацию со спутников получится дополнить результатами систематических наблюдений оснащенных гравиметрами беспилотников, то высокоточная гравитационная карта может использоваться и в качестве основы для новых систем навигации. Ожидается, что они обеспечат точность позиционирования до нескольких метров и будут работать независимо от спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС.
Фото: Global Look Press/Ivan Damanik
Источник изображения: iz.ru
Сейчас проект по созданию научных аппаратов развивается в рамках соглашения о сотрудничестве между МГУ им. Ломоносова и Университетом Сунь Ятсена (Гуанчжоу, Китай). Кроме того, к его подготовке готовится присоединиться НПО им. Лавочкина — это может произойти после заключения соответствующего договора с госкорпорацией «Роскосмос».
Ожидается, что спутники для мониторинга гравитационного поля Земли будут отправлены на орбиту уже через три года. Для этих целей может быть использована российская ракета-носитель «Союз».
Александр Буланов