Луна — наша ближайшая соседка в космическом пространстве. Но на разделяющем нас расстоянии 384000 км невозможно рассмотреть детали меньше километра. И только развитие космических исследований открыло возможности для детального изучения лунной поверхности. 1960-е годы надолго запомнятся как десятилетие, отмеченное одним из величайших технологических достижений человечества за всю историю его существования. После целой серии успешных исследований Луны с помощью автоматических станций 20 июля 1969 г. на лунную поверхность впервые ступила нога человека.
Но прежде, чем основать долгосрочную базу на Луне, необходимо детально изучить «лунную» реальность». Сюда входит выбор места поселения (с учетом перепадов температур и работы солнечных панелей), изучение возможности добычи кислорода «на месте», решение проблемы лунной пыли и многое другое.
Планетарные исследования преследуют несколько целей:
- познание в рамках сравнительной планетологии законов формирования и эволюции Земли
- определение условий возникновения и распространения жизни в солнечной системе
-освоение планет (в частности, Луны) как источника ресурсов, форпоста исследования дальнего космоса, базы для мониторинга астероидной опасности, контроля за развитием различных процессов и критических ситуаций на Земле. Ученые хотят знать, каковы были условия на Земле в первые сотни и миллионов лет ее существования, какова была температура нашей планеты в тот период, как происходила первичная дифференциация вещества на Земле, как и когда образовались первичная кора, атмосфера, океан, каков был их состав. [1]
1. Проблемы исследования луны
На Луне нет привычной атмосферы, нет рек и озер, нет растительности и нет животных организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше чем на Земле. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И, тем не менее, Луна все больше привлекает землян возможностью использовать свои уникальные условия и ресурсы.
Луна представляет собой интересный объект для изучения вероятного присутствия воды и других минералов, которые могут быть использованы для решения энергетических проблем на Земле и для обеспечения полетов к планетам солнечной системы. Вполне может оказаться, что страны, которые первыми начали глобальное исследование Луны, окажутся в более стратегическом положении, чем другие государства.
В настоящее время в разработке находятся несколько перспективных лунных проектов.
Филипас 1. Термодинамическое исследование скважин
... пласта для определения его параметров. Эти исследования также можно применять и для изучения газовых скважин. 1. Термодинамическое исследование скважин. Известно, что колебания температуры на земной ... горизонтальных пластов с различными коэффициентами теплопроводности геотерма стационарного теплового потока земли будет представляться ломаной линией , состоящей из прямолинейных отрезков с ...
1.1 Опасности лунной пыли
Ученые и инженеры решают, как доставить космонавтов на Луну, создать там поселения и, используя минералы, добытые из лунного грунта, создать все необходимое, от строительных материалов до ракетного топлива. Одна большая проблема всех этих самолетов — это повсеместная лунная пыль. Он распространяется повсюду, запечатывается в герметичных замках и срывается с поверхности скафандров. Он также легко накапливает электрический заряд, поэтому может парить над поверхностью Луны и прилипать к лицевым панелям скафандра и объективам камеры. Возможно, она даже токсична.
Для решения этих проблем Лари Тейлор (Larry Taylor), профессор Университета шт. Теннеси предлагает переплавлять пыль во что-нибудь полезное. «Я являюсь одним из тех странных людей, которым нравится помещать вещи в обычную микроволновую печь, чтобы посмотреть, что из этого получится», — говорит он. Точно так же он однажды поместил небольшой образец лунного грунта, принесенный астронавтами Аполлона, в печь и обнаружил, что он расплавился за 30 секунд при мощности всего 250 Вт.
Лунный грунт — реголит — образуется, когда микрометеориты врезаются в камни и песок со скоростью десятки километров в секунду, плавя их в стекло. Оно содержит нанометровые вкрапления чистого железа. Именно они эффективно концентрируют энергию микроволновых лучей, превращая все остальное растворенное вещество в твердые частицы. [1]
Эксперимент с микроволновой печью позволил Тейлору предложить образец лунных машин, которые растворяли бы лунную пыль в полезные материалы. Аналогичным образом предлагается создавать и радиотелескопы. При этом машины будут плавить стенки подходящего лунного кратера.
Однако технические трудности пока остаются. Таяние лунной пыли в микроволновой печи на Земле — это не совсем тот же процесс в условиях Луны. Исследователям предстоит проработать все детали процесса, чтобы создать прочный и равномерно расплавленный материал. Между тем идея многообещающая: таким образом можно создавать стартовые площадки для ракет, дороги, строительные кирпичи и многое другое.
1.2 Лунные пылевые бури
Каждое лунное утро, когда Солнце впервые освещает свою поверхность после двух недель ночи, начинается странная буря. В следующий раз, когда вы будете смотреть на Луну, отметьте линию терминатора (линию, разделяющую лунный день и ночь).
именно здесь происходит пыльная буря, простирающаяся от Южного полюса до Северного полюса, следуя линии терминатора.
Хотя большинство из них не слышали о них, ученые абсолютно уверены в том, что такие штормы реальны. Доказательства были получены из старого эксперимента, выполненного в ходе программы Apollo, LEAM (Lunar Ejecta and Meteorites, Лунные выбросы и метеориты).
«Астронавты Apollo 17 установили оборудование LEAM на Луне в 1972 году. – поясняет Тимоти Стаббс из Отделения изучения Солнечной системы NASA. – Оно было нацелено на регистрацию пыли, выбитую маленькими метеоритами при ударах о поверхность Луны».
Миллиарды лет назад метеориты почти непрерывно бомбардировали Луну, разрушая скалы. Именно по этой причине там так пыльно. В настоящее время удары тоже продолжаются, хотя и значительно реже.
Еще более удивительным был тот факт, что через несколько часов после восхода Луны температура оборудования поднялась настолько высоко, что его пришлось отключить из-за перегрева. Это можно объяснить тем фактом, что электрически заряженная пыль прилипает к светильникам, заставляя свет скорее поглощаться, чем отражаться, предполагает Ольхофт.
Исследование Луны
... обеспечивалась надувным резиновым баллоном. Масса "Луны-9" около 1800 килограмм, масса станции около 100 килограмм. Следующим шагом в советской лунной программе были автоматические станции "Луна-16, -20, -24" , ... съемка, что имело неоценимое значение для планирования посадок на Луну и ее фотогеологических исследований. Дополнительно было проведено точное картирование гравитационного поля, при этом ...
Однако точных объяснений никто не имеет. LEAM действовала очень короткое время: 620 ночных часов и всего 150 дневных.
Возможно, что астронавты также наблюдали лунные бури. Затем во время облета Луны экипажи Аполлона 8, 10, 12 и 17 заметили «сумеречные лучи», когда солнечный свет частично проходил через пыль, взвешенную над поверхностью. Такое происходило во время каждого лунного восхода и заката. Космический корабль Surveyor также сфотографировал сумеречные отражения горизонта, как это видели астронавты. Может, возможно наблюдать пылевые бури и с Земли.
Понимание процессов, происходящих на Луне, крайне важно. К 2018 NASA планирует высадку людей на ее поверхность. В отличие от астронавтов Аполлона, которые никогда не присутствовали на восходе Луны, новым исследователям придется основать постоянное поселение. Стена пыли, которая образуется утром, может быть прозрачной, невидимой и безвредной. Или, наоборот, она может представлять серьезную проблему. Для решения этой задачи необходимы дальнейшие исследования. [1]
2. Трехмерная карта луны
Космическое агентство NASA опубликовало в Интернете качественные трехмерные карты Луны. С помощью специальной программы вы можете внимательно изучить поверхность нашего спутника.
В дистрибутиве программы NASA World Wind содержатся полные карты лунной поверхности.
Максимальное разрешение составляет 20 метров на пиксель, что намного выше, чем у веб-сайта Google Moon. Кроме того, никогда раньше у нас не было возможности увидеть Луну в 3D. Это первая программа такого рода. Изначально NASA World Wind, как и Google Earth и другие подобные проекты, разрабатывался для отображения данных наземных карт. Вся территория Земли отснята с разрешением 15 метров на пиксель, в то время как территория США — 1 метр/пиксель, а густонаселенные территории — 0,33 метра/пиксель. В новой версии 1.3, выпущенной в октябре, впервые появились карты Луны.
Ультра подробные карты лунной поверхности были получены со спутника Клементина. Запущенный в начале 1994 г., этот спутник за два месяца своей работы сделал более 1,8 млн. фотоснимков. Это терабайты данных, которые отныне стали доступными для всех.
NASA World Wind — полностью трёхмерный интерактивный виртуальный глобус, созданный исследовательским центром НАСА им. Эймса космическим агентством NASA (рис. 1) [2,3]
2.1 Программа NASA World Wind
NASA World Wind использует несвободную лицензию с открытым исходным кодом. Из-за используемых при разработке технологий (C#, DirectX) программа работает только под управлением операционных систем семейства Windows NT. [4] Геопортал NASA World Wind имеет расширяемую архитектуру. Существуют плагины для работы с GPS, просмотра облаков, землетрясений, ураганов почти в реальном времени и многого другого. В геопортале используется принцип открытой структуры, Соглашение об открытом исходном коде позволяет пользователям изменять саму программу, создавая к ней дополнения и расширения, а также компилировать собственные наборы данных. Учитывая наличие готовых модулей, это делает World Wind уникальным инструментом для исследований и обучения.[6]
Ветроэнергетика. Перспективы использования в Республике Беларусь
... моря. В Европе количество водяных мельниц в конце VXIII века доходило до полумиллиона. В Беларуси в середине XIX века, например, в ... Bonus (Дания) 7,5 11,5 - NEG Micon (Дания) 17,0 13,4 - Wind World (Дани) 3,3 - Куплена фирмой NEG Micon Ned Wind(Голландия) 3,2 - ... Дарье, также имеются конструкции с концентратами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители ...
луна вода космический спутник
Рис. 1 Виртуальный глобус геосервиса NASA World Wind
Текущая версия 1.4 от 14.2.2007. Размер программы: 45 Мб (модуль Blue Marble — 124 Мб).
Распространяется бесплатно. NASA world Wind требует для работы Windows 2000 или XP, процессора Intel Pentium 3 на 1 ГГц, AMD Athlon или выше, широкополосного доступа в интернет, 2 ГБ дискового пространства, окружения .NET и — самое главное — графической карты с поддержкой 3D-функций. Программа NASA World Wind распространяется бесплатно под свободной лицензией с открытым исходным кодом[5,6].
3. Вода на луне и новые технологии
В середине ноября 2009 года НАСА сообщило, что водяной лед был обнаружен в кратерах возле Южного полюса. именно наличие воды считается важнейшей предпосылкой быстрого развития Луны. Кроме того, вода ещё и дешёвое сырьё для производства ракетного топлива. не исключено, что наряду с разработкой новых ракетных технологий можно ожидать нового цикла человеческого развития. [7]
Неизбежно коренное техническое перевооружение космической отрасли. Космонавтика изменится точно так же, как изменилась авиация с появлением реактивных двигателей. А они уже на подходе: в сентябре 2009 года американская компания Ad Astra Rockets успешно испытала самую крупную модификацию своего магнитоплазменного двигателя с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket — VASIMR) VX-200. Например, электрические ракетные двигатели — плазменные и ионные — дают ничтожную тягу, измеряемую в граммах и долях грамма, а их удельная мощность просто смехотворна. Однако электродвигатели примерно в 10 раз дешевле химических. Компании Ad Astra Rockets удалось создать электроракетный двигатель с приемлемой мощностью (500 г) и перспективой её дальнейшего наращивания. При этом плазма ни в какой точке не соприкасается с частями аппарата, сдерживаясь электромагнитными полями — в результате она сможет функционировать в течение многих месяцев и даже лет без разрушения конструкции.
На практике это означает, например, следующее. Химический способ «подтягивания» проседающей орбиты МКС предполагает расход 7,5 тонн горючего в год. Но на 2013 год NASA планирует переложить эту работу на новую плазму, съедающую всего около 300 кг рабочего вещества (аргона) ежегодно. В то же время станция будет получать энергию для работы двигателя от солнечных батарей. Экономия — двадцатикратная. [8]
3.1 Поиск воды на луне этап первый
Согласно веб-сайту НАСА, космический телескоп Хаббла сделал серию ультрафиолетовых изображений Луны, чтобы найти подходящее место посадки для будущих экипажей. Поскольку на Луне нет даже следов атмосферы, астронавтам нужны кислородсодержащие минералы, чтобы оставаться там в течение длительного времени, и теперь их пытаются обнаружить на изображениях.
Измерение шероховатости поверхности
... измерения шероховатости поверхности присущи свои особенности, и выбор того или иного метода должен определяться конкретными задачами, стоящими перед исследователем. Одной из основных характеристик любого метода является чувствительность по ...
Астрономы отмечают, что эту задачу нельзя назвать нормальной для Хаббла, поскольку телескоп изначально предназначался для наблюдения более далеких и менее ярких объектов. Однако новые изображения оказались наиболее детализированными из всех, когда-либо сделанных наземными или околоземными приборами.
После того, как первые образцы лунного грунта были доставлены на Землю в 60-х годах прошлого века, был обнаружен ильменит, смешанный оксид титана и железа, из которого, в принципе, можно извлечь кислород. Поскольку ильменит присутствовал в зоне приземления американского космического корабля «Аполлон-17», фотографии этой зоны были взяты как эталонные, по которым следует сверять остальные.
Астрономы считают, что месторождения полезных ископаемых также находятся в 40-километровом кратере Аристарх, необычный ультрафиолетовый вид которого впервые был отмечен в 1911 году. Однако из-за высокой радиоактивности этой местности, связанной с распадом радона, приземлиться там практически невозможно. [11]
Известно, что NASA собирается до 2018 года снова отправить людей на Луну. Что касается добычи кислорода, то этот процесс сначала будет детально проработан на Земле, и аэрокосмическое агентство уже объявило два конкурса на лучшую технологию. [2,3]
3.2 Поиск воды на луне этап второй
17 июня к Луне отправятся два спутника НАСА: LRO (орбитальный зонд) с российским нейтронным детектором ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) на борту и LCROSS (аппарат для исследования лунных кратеров).
Миссия в первую очередь направлена на получение более подробной информации о лунной поверхности. Спутники будут делать снимки высокого разрешения, которые впоследствии станут изучаться учеными (рис.2)
После полета исследователь LRO выйдет на рабочую окололунную орбиту с высотой 50 км, с которой будет искать водяной лед на Луне с помощью LEND.
В целом миссия LRO предназначена для решения трех практических задач исследования Луны. Во-первых, изучить оптимальные районы приземления перспективных автоматических и пилотируемых машин. Во-вторых, провести разведку водных и потенциально полезных ископаемых в лунных недрах. В-третьих, изучить радиационную обстановку на Луне с точки зрения воздействия на организм человека. [9]
Рис.2 Поверхность Луны с высоты 110 км
3.2.1 О приборе LEND
Прибор ЛЕНД был предложен группой российский и американских ученых и победил на конкурсном отборе НАСА для включения в состав научно-измерительного комплекса космического аппарата LRO. Американские специалисты примут участие в обработке и анализе данных измерений. Примечательной особенностью проекта является то, что он не находится под юрисдикцией НАСА, которое отвечает за космическую науку, а принадлежит отделу, курирующему исследования космоса. [12]
В основе работы ЛЕНДа лежит принцип регистрации вторичных нейтронов, которые рождаются под воздействием космических лучей в приповерхностном слое грунта толщиной 1-2 м. В этом случае нейтроны частично поглощаются и замедляются ядрами основных элементов породы. Поток нейтронов, выходящий из почвы, зависит от состава составляющих ее веществ и, прежде всего, от наличия в ней водорода и соединений, содержащих водород. Отслеживая изменения в поглощении, нейтронные детекторы могут обнаруживать изменения содержания водорода на поверхности с орбиты. Поскольку водород является одним из двух основных компонентов воды, можно оценить его количество в почве. [9]
Спектральные приборы. Основы оптики. Теория изображения
... плоскости 062(2) образуется соответствующий набор узких линий — изображений входной щели, которые и называются спектральными линиями. В реальных спектральных приборах эти изображения искажены аберрациями оптической системы и дифракцией (см. разд. ...
3.2.2 Голубой лед
Дополнительную информацию о воде на Луне может дать «бомбардировка» ее поверхности, предложенная специалистами Исследовательского центра им. Эймса (Калифорния).
Суть проекта, получившего обозначений «Голубой лед» (Blue Ice), в том, чтобы использовать резервные мощности РН «Атлас-5» для выведения в космос одновременно с основным космическим аппаратом LRO еще одного небольшого исследовательского зонда, нашпигованного оптической, спектральной и другой аппаратурой. Ему дали наименование LCROSS, т.е. Lunar Crater Observation and Sensing Satellite («Спутник для наблюдений и замеров в лунном кратере»).
Разгонный блок «Атлас-5» — его последняя ступень — «Центавр» массой более двух тонн врежется в поверхность Луны. При этом облако обломков лунных пород и пыли должно подняться на высоту свыше 9 км. Спустя примерно 10 мин. через это облако пролетит зонд LCROSS и выполнит его анализ.
Как вы понимаете, этот полет зондов — первый шаг к освоению лунной поверхности для ее дальнейшей возможной колонизации. Этот естественный спутник Земли — ближайший плацдарм для экспансии человека, где, очевидно, будут созданы первые внеземные базы. Их обитателям понадобится как вода, так и ее компоненты — кислород и водород. Первый — для дыхания, второй — для ракетного топлива, всегда в сочетании с кислородом. Если на Луне будет вода, ее не нужно будет доставлять с Земли, что значительно облегчит лунную колонизацию. Кроме того, спутники предназначены для поиска источников ресурсов и ряда других мероприятий, связанных с тестированием новейших технологий.
В течение четырех месяцев космический корабль будет изучать поверхность Луны, а затем отправится исследовать «темную сторону» спутника Земли. [8,9]
Поиск завершен.Этап последний
В Вашингтон 13 ноября Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) сообщило в пятницу об обнаружении воды на Луне.
9 октября НАСА запустило космический аппарат «ЛКРОСС» и ракету «Центавр» к кратеру Кабеус, находящемуся примерно в 100 км от южного полюса Луны. Зонд должен был выявить наличие воды на Луне.
По словам представителей НАСА, первоначальные данные исследования показали, что «к счастью, во время миссии была обнаружена вода». [10]
4. Некоторые алгоритмы обработки данных
4.1 Предварительный фрактальный тест
Как правило, структура природных ландшафтов самоподобна в широком диапазоне размеров. Например, лунные кратеры с поперечниками от 10Е1 м до 10Е4 м имеют почти одинаковую форму. В отличие от самоподобных естественных ландшафтов, структура искусственных объектов выражена в более узком диапазоне размеров. Следовательно, возможные артефакты на изображении должны проявляться как аномалии в распределении пространственных деталей по размерам. В поиске таких аномалий и заключается смысл фрактального метода М.Стейна и М.Карлотто (лит.12, 13).
К сожалению, их метод требует слишком много вычислений для обработки всех подходящих HIRES-изображений (около 80.000).
Лунная программа «Аполлон»
... космического корабля в специальный лунный корабль, который отделяется от основного и совершает посадку на поверхность Луны. Третий астронавт несет ... -1» весом около 14 килограммов. Ведутся работы по двум пилотируемым программам «Меркурий» и «Джемини». НАСА начало отбор кандидатов в ... кораблём. 21 февраля 1967 года был назначен первый пилотируемый старт «Аполлона». Но за день перед этим на космодроме ...
Поэтому для той же цели использовался альтернативный, более простой алгоритм. Пусть M(r) есть распределение вероятности расстояний между локальными минимумами яркости вдоль горизонтальной строки изображения. Таким образом M(r) описывает распределение деталей изображения по размерам. На больших шкалах эту функцию можно аппроксимировать степенной функцией, характерной для фракталов:
(1)
Поскольку искусственные объекты имеют некий характерный размер, их присутствие должно увеличить среднеквадратичное отклонение M(r) от степенного закона, выражаемого линейной регрессией:
(2)
где C является константой. Согласно эмпирическим результатам, M(r) у HIRES-изображений может быть аппроксимировано степенной функцией при r > 4 пикселов. Регрессия вычисляется при 4 < r < 31 пиксель (т.е. в диапазоне размеров от 50 до 900 м).
Изображение разбивается на K=12 квадратов по 96×96 пикселов каждый. В каждой такой области методом наименьших квадратов вычисляется наилучшие параметры степенной функции, и находится среднеквадратичное отклонение от нее:
(3)
где k — номер квадрата изображения; gk — множитель, компенсирующий вариации чувствительности сенсора в различных частях изображения; N — число размеров (шкал).
Средняя дисперсия оценивается по этим региональным среднеквадратичным отклонениям.
Анализ 733 HIRES-изображений, полученных через светофильтр на 0.75 микрона с орбит 112-115 (от полюсов вплоть до широт 75 градусов), показал что региональные среднеквадратичные отклонения распределяются по закону Гаусса. Согласно критерию Стьюдента для K=12 оценок, если в каком-либо квадрате выполняется неравенство
(4)
эту область можно считать статистически аномальной с вероятностью 0,95.
4.2 Прямоугольный тест
Прямоугольный тест выявляет прямоугольные узоры на лунной поверхности. При этом для каждого пиксела изображения выбирается «пробный» пиксел, смещенный на 6 пикселов в направлении заданном позиционным углом. Пусть N есть полное число пар пикселов, а n — число пар, в которых яркости пикселов равны. Функция
(7)
описывает анизотропию изображения, характеризуемую позиционным углом смещения. Для компенсации искажений, вносимых камерой и компрессией файла, при каждом значении позиционного угла эта функция делится на ее калибровочное значение, полученное усреднением по множеству изображений. Скорректированная функция сглаживается, и находятся позиционные углы, соответствующие максимумам функции. Эти углы описывают ориентацию разных групп линейных деталей. Если имеется различие выявленных направлений на 90 + 10 градусов, то изображение считается интересным.[15]
Договор снабжения энергетическими ресурсами
... прекращения договора снабжения энергетическими ресурсами. 5. Рассмотреть проблемы юридической ответственности за неисполнение договора энергоснабжения, а также проблемы исполнения решений суда в данной сфере. Предметом исследования выпускной квалификационной работы являются ...
4.3 Алгоритм СХЕМА
Алгоритм СХЕМА выявляет локальные неровности лунного рельефа. Он обнаруживает локальные максимумы высоты лунной поверхности. Яркость «горизонтального» участка поверхности на вершине находится как средняя яркость изображения в круглом окне, описанном вокруг исследуемого пиксела с радиусом 15 пикселов. В направлении солнечного освещения выделяется цепочка из 5 пикселов, центрированная на исследуемый пиксел. Методом наименьших квадратов находится линейная зависимость между положением пиксела в цепочке и его яркостью. С помощью этой зависимости находится расчетное положение пиксела с яркостью «горизонтального» участка, лежащего на вершине. Вычисленный пиксел наносится на схему черной точкой. Эта операция повторяется для всех пикселов изображения. Сглаживание по пяти точкам позволяет выявлять детали, которые незаметны даже на SAAM-изображениях, но при этом теряется разрешение. Поэтому СХЕМА и SAAM-алгоритм не дублируют, а дополняют друг друга. [13,14]
Пример работы алгоритма СХЕМА показан на рис.4.
Рис.4. HIRES-изображение LHD0331A.062 (слева) и схема локальных возвышенностей, выявленных алгоритмом СХЕМА.
4.4 База данных информационной справочной системы номенклатуры лунных образований
Построение автоматизированных информационных справочных систем базы данных фотометрических параметров, морфологических характеристик и номенклатурных обозначений деталей рельефа на поверхности планет и спутниках.
Создана автоматизированная база данных информационной справочной системы номенклатуры лунных образований. В базе данных используется единая система номенклатурных обозначений лунного рельефа, утвержденная решением Международного астрономического союза (МАС).
Категории лунного рельефа в системе МАС приведены в таблице. [14,16]
Таблица
*-лунные образования, именованные по названию близлежащего кратера или пика.
**-лунные образования, именованные по названию лабораторий, институтов, городов, космических аппаратов.
Рис. 3 распространение на луне именованных кратеров передает карта плотности именованных объектов диаметром от 2.5 до 50 км и более в пределах трапеций 10о * 10о
Метод математического моделирования был применен для изучения статистики распределения кратеров, лунок, отдельных камней и других элементов лунного рельефа. Составлен комплекс программ компьютерной обработки «морфологического каталога кратеров луны» для прогнозирования плотности распределения и оценки структуры мелких рельефных образований и относительного геологического возраста поверхности.
5. Пример одной программы
При выполнении расчётов было использовано программное приложение, разработанное на кафедре небесной механики, астрометрии и гравиметрии астрономического отделения физического факультета МГУ. Алгоритм вычисления теоретического значения результатов измерений движения Луны по орбите вокруг Земли на алгоритмическом языке Паскаль выглядит следующим образом (данные см Приложение 1): [17,18]
Охотничье-промысловые ресурсы России
... виды животных. Интенсивное хозяйственное освоение ресурсов тайги приобрело массовый браконьерский характер[12]. Глава 3. Проблема сокращения охотничье - промысловых ресурсов и ... является лимитируемым ресурсом, так как характеризуется предельным режимом эксплуатации. В настоящее время специалисты охотничьего хозяйства Республики отмечает усиление пресса охоты на охотничьи ...
{ to make deal with the Lunar laser observations }
UNIT UnLunObs ;
INTERFACE
Uses
UnConTyp ; { for TVect3 for example }
Procedure TryMoonLaserObs ;
- Procedure TryMoonReflCoor ( nscomp : Integer ) ;
IMPLEMENTATION
Uses
UnQLBinF , { for BinName and BinFile LaserObs of TLaserObs }
UnForPrt , { for protocol file PrtFile }
UnStCoor , { for station position in different system }
UnRefLun , { for Lunar reflector position BarCReflPos }
UnForTim , { for type TMoment }
UnParMod , { for type TParMod and ModelCor procedure }
UnVarDoi , { to try to improve some parameters }
UnPseudo , { for TypeDimM }
UnRefCor ; { for ToGetRefraCor }
{ a try to compare observations with calculations
observable value two-way time delay is in LaserObs.dobs in second }
Function ToGetLunaR ( obs : TLaserObs ; par : TParMod ) : Extended ;
Var
Eph1 : Extended ; { barycentric moment of fire }
Pos1 : TVect3 ; { station pos refer to Solar barycentre }
Eph2 : Extended ; { barycentric moment of reflection }
Pos2 : TVect3 ; { reflector position refer to Solar barycentre }
Eph3 : Extended ; { barycentric moment of receive in scale T_eph }
Pos3 : TVect3 ; { station position in receive moment }
utc3 : TMoment ; { receive moment scale UTC }
ref1 : Extended ; { the first correction for refraction in meter }
ref2 : Extended ; { the second correction for refraction in meter }
CelT : TMatr33 ; { celestial terrestrial matrix }
Begin
BarCStatPos(obs,par,obs.obst,Eph1,Pos1,CelT); { UnStCoor fire moment }
BarCReflPos(obs,par,Eph1,Pos1,Eph2,Pos2); { UnRefLun reflector }
ref1:=ToGetRefraCor(obs,Pos1,Pos2,CelT); { unit UnRefCor }
StatReceive(obs,par,Eph2,Pos2,Eph3,Pos3,CelT,utc3); { UnStCoor }
ref2:=ToGetRefraCor(obs,Pos3,Pos2,CelT); { unit UnRefCor }
ToGetLunaR:=86400*VelOfLight*(utc3.part-obs.obst.part) { two-way delay }
+1.0e-3*(ref1+ref2); { plus refraction two-way correction }
End;
- Procedure ToWriteCurDif ( num : Integer ;
- obs : TLaserObs ;
- dif : Extended ) ;
Begin
WriteLn(num:6,obs.nsar:5,obs.nsto:6,
VelOfLight*obs.dobs:16:6,
dif:16:6,1.0e3*(dif-VelOfLight*obs.dobs):16:3);
- WriteLn(PrtFile,num:6,obs.nsar:5,obs.nsto:6,
VelOfLight*obs.dobs:16:6,
dif:16:6,1.0e3*(dif-VelOfLight*obs.dobs):16:3);
- End;
{ to read record by record from binary file with observations }
Procedure TryMoonLaserObs ;
Var
obs : TLaserObs ; { type from UnQLBinF }
par : TParMod ; { model differences to parameters from UnParMod }
dif : Extended ; { two way delay as calculated }
Begin
ModelCor(0,0,par); { nullo corrections from unit UnParMod }
Assign(BinFile,BinName); { all variables from UnQLBinF }
{$I-}
ReSet(BinFile);
{$I+}
If IOResult <> 0 Then Exit ; { no binary file }
NumObsCur:=0; { var in UnQLBunF count for observations in binary file }
WriteLn(PrtFile);
While NOT EOF(BinFile) Do
Begin
Read(BinFile,obs); { record LaserObs of TLaserObs from UnQLBinF }
NumObsCur:=NumObsCur+1; { the next record }
dif:=ToGetLunaR(obs,par); { simple actions }
ToWriteCurDif(NumObsCur,obs,dif);
- End;
- Close(BinFile);
- End;
- Procedure TryMoonReflCoor ( nscomp : Integer ) ;
Var
itr : Byte ; { count for variation }
nuc : Integer ;
- obs : TLaserObs ;
- par : TParMod ; { from unit UnParMod }
dif : Extended ;
- dip : TypeDimM ;
- sip : TypeDimM ; { type from UnPseudo }
Begin
ModelCor(0,0,par); { from UnParMod }
Assign(BinFile,BinName); { all variables from UnQLBinF }
{$I-}
ReSet(BinFile);
{$I+}
If IOResult <> 0 Then Exit ; { no binary file }
itr:=0; { for result without variation }
WriteLn(‘a try to adjust position Luna reflector ‘,nscomp);
- WriteLn(PrtFile);
- WriteLn(PrtFile,’a try to adjust position Luna reflector ‘,nscomp);
- nuc:=0; { simple count }
Repeat
If itr > 0
Then
WriteLn(‘variation number’,itr:3,’,’,nuc:6,’ observations’);
- ReSet(BinFile);
- nuc:=0; { count for selected observations in binary file }
While NOT EOF(BinFile) Do
Begin
Read(BinFile,obs); { record LaserObs of TLaserObs from UnQLBinF }
If obs.nsar = nscomp
Then
Begin
nuc:=nuc+1;
- dif:=ToGetLunaR(obs,par); { simple actions in km }
DimVar[itr]^[nuc]:=dif; { for variation }
If itr = 0
Then { residual }
DimObs^[nuc]:=VelOfLight*obs.dobs-dif;
- End;
- End;
- itr:=itr+1;
- ModelCor(2,itr,par); { variation of itr coor of Lunar reflector }
Until itr > 3 ;
- Close(BinFile);
- ClcCorrections(nuc,dip,sip); { from unit UnVarDoi }
AfterCorPos(nscomp,dip,sip); { from unir UnRefLun correction to CorMop }
End;
- END.
6. Модель Лунной Станции
Лунная исследовательская мобильная база «ЛИМБ» — «нулевой цикл» построения стационарного лунного обитаемого полигона универсального назначения:
- анализа и первичного освоения лунных энерго-материалоресур-сов;
- создания серии обсерваторий анализа Солнечно – Земных связей, астроисследований и наблюдения Земли;
- исследования потенциальных возможностей совершенствования земных служб связи, экологического мониторинга, анализа сырьевых ресурсов.
Параметры комплекса «ЛИМБ» позволяют:
- осуществить технологические наработки по характеристикам перспективных типовых лунных технических комплексов (ресурсных, энергетических, экологических, коммуникационных);
- подготовить материальную базу обитаемых систем, используя переработку лунного грунта (резервы кислорода, азота, воды, метана, гелия, углекислого газа и пр.);
- отработать технологию добычи и доставки на Землю экологически чистого ядерного топлива Гелий – 3 (3He);
- отработать технику программного и аварийного покидания Луны экипажем на базе ракетной системы, использующей топливо лунного производства (жидкие метан и кислород).
Масштабность «ЛИМБ» позволяет ограничится 6 – 7 пусками транспортной системы «Протон», существующей системы космической связи, российской производственной базой при реализации в течение 5 – 7 лет с затратами порядка четверти затрат на станцию «Мир» или одного процента на Международную Космическую Станцию («МКС»).
Состав и последовательность наращивания комплекса:
1. Комбайн Лунного Материалообеспечения («КЛМ»).
Мобильная система на базе «Лунохода» («Ровера» — США), дополненная системой обработки грунта и сбора газообразных продуктов (ШАР — 1) формируется двумя запусками. Система снабжена зеркальным солнечным теплоэлектрогенератором мощностью «1 МВт и активно функционирует в течение лунных дней с ресурсами более 3-х лет.
2. Накопитель Обеспечивающей Продукции («НОП»).
Мобильная система координации работы комплекса связи с Землей, дистанционного управления элементами комплекса, потенциальный центр материального и энергетического обеспечения лунной обитаемой базы. Агрегат, использующий базу «Лунохода», снабжённый системой перекачки газообразных продуктов «КЛМ» и их доведения до потребительских кондиций (сжатия, сжижения, получения льда), хранения с использованием условий лунной ночи (изделие «Шар – 2»), формируется двумя запусками «Протона». Он снабжается солнечным теплоэнергогенератором мощность «0,1 МВт для работы обслуживающих систем, комплекса управления и связи с Землёй.
3. Ракетный Сектор Транспортировки («РСТ»).
Область действия — у поверхности Луны (с дальностью до полусферы), на трассах «Луна – искусственный спутник Земли («ИСЛ»), «Луна – Земля», Луна – искусственный спутник Земли («ИСЗ»), «ИСЛ – ИСЗ».
Серия строится с использованием лунного топлива (жидкие метан и кислород), унифицированных двигателей и баков. Для локальных окололунных операций обеспечивается мягкая посадка лунных обсерваторий, возврат и многократное использование ракет.
Она обеспечивается серией запусков «Протона» типовых машинных модулей, монтируемых и заправляемых на Луне, — развитием российских программ «Луна 15 — Луна 24».
Принципиальной особенностью системы обработка поверхностного слоя лунного грунта с имплантантами»солнечного ветра» является производство массы сопутствующей продукции (около 180 т при добыче 10 кг гелия – 3), включающей пары воды газообразные водород, гелий, этан, углекислый и угарный газы, азот.
Это определяет предпосылки создания самодостаточной безрасходной лунной базы с солнечными концентратором и термоэлектрогенераторами, использующей условия лунных дня и ночи, малой гравитации и космического вакуума. [20,21]
Производимые продукты (по структуре и массе) обеспечивают автономную систему жизнеобеспечения на 6 – 8 космонавтов, ракетное топливо (жидкие этан – кислород) окололунных операций и доставки обработанной продукции на Землю или орбиту ИСЗ, подготовленную структуру, радиопривод, площадку и начальное материальное обеспечение развёртываемой обитаемой станции.
Принципиально возможно предварительное создание спасательной ракеты возврата на Землю на тех же топливных компонентах, подготовленную заранее до прилёта первичного экипажа и находящуюся в дежурном режиме.
Программа строится на базе материалов по системам «Appolo», «Lunar Pathfinder» (США), российских разработок НПО им. С.А.Лавочкина, РКК «Энергия», Центра им. М.В. Хруничева, ЦНИИмаш, Научного Центра «Курчатовский институт», ГЕОХИ, ГАИШ, Исследовательского Центра им. М.В.Келдыша.
Как, наверное, всем известно, при полетах на Луну в кораблях Аполлон использовались бортовые ЭВМ — в командном модуле компьютер отвечал за коррекции орбиты при полете на Луну и обратно, орбитальные операции и за ориентацию CSM, в лунных модулях компьютер использовался для самой драматичной части полета — посадке на поверхность Луны, обеспечивая необходимый режим работы главного двигателя посадочной ступени, ориентацию и навигацию. И, конечно при орбитальных операциях по сближению и стыковке с CSM. Особенностью бортовых вычислительных систем Аполло была уникальность программного обеспечения каждой миссии. Это было вызвано, прежде всего, ограниченными возможностями ЭВМ того времени, в частности объемом памяти для хранения программ, различавшимися условиями и задачами программами полетов.
На снимке ниже приведена структура бортового вычислительного комплекса Аполло
YAAGC представляет собой виртуальную машину, в точности воспроизводящую архитектуру бортового компьютера Аполло, как утверждают авторы проекта, виртуальный AGC полностью соответствует своему железному предку — вплоть до времени выполнения программ, что позволяет в полной мере прочувствовать условия эксплуатации ЭВМ тех лет.
Проект Virtual AGC and AGS также реализовал свою версию ассемблера YUL — языка, который использовался для программирования полетных миссий Аполлон, наверное, кому-то это может быть интересным сточки зрения истории техники. Доступна вся информация о структуре и синтаксисе YUL, что делает возможным самостоятельное освоение языка, на котором летали Аполлоны.
YADSKY — виртуальная панель (на снимке выше) дисплей и клавиатура, с помощью которых астронавты общались с бортовым компьютером Аполло, вводили программы и данные, проводили тесты и получали информацию о состоянии ЭВМ.
С помощью виртуальной машины AGS, которая может выполняться на Linux, Windows XP, Mac OS X 10.3 и выше (и даже FreeBSD), можно получить представление о методах и формах работы с бортовым компьютерам Аполло. [21]
Заключение
В данном курсовом проекте были рассмотрены основные проблемы освоения естественного спутника нашей планеты Земля, а также предлагаемые пути решения этих проблем. Следует отметить, что для более качественного и быстрого развития освоения космоса в целом немаловажную роль играет и современное программное обеспечение, мощные компьютеры и их процессоры, так как без аппаратных средств невозможно дальнейшее развитие человечества.
Показано, что компьютеризированная археологическая разведка Луны осуществима. Предложенные и апробированные алгоритмы могут использоваться для более интенсивного археологического обзора Луны и других планет.
Обработано приблизительно 80 тыс. орбитальных изображений Луны, переданных космической станцией «Клементина», и отобран ряд квази-прямоугольных узоров
Подводя итог можно сказать, что за довольно небольшой промежуток времени второй половины 20 века и начала 21 века сильно увеличились знания о Луне. Благодаря изучению Луны из космоса наука продвинулась вперед. Мы смогли увидеть обратную сторону Луны, составить подробные карты лунной поверхности, определить наличие магнитного поля, получить огромного количество фотографий, и самое главное: обнаружили воду. И все это было сделано на протяжении 60 лет.
Библиографический список
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/dobyicha-poleznyih-iskopaemyih-na-lune/
Исследование Солнечной Системы [Электронный ресурс] / Научные статьи; ред.Дружков А.,2005- .-Режим доступа http://galspace.spb.ru/nature.file/luna.html , свободный.-Загл. с экрана.
NASA World Wind [Электронный ресурс] / ред. Randolph Kim; Web-мастер NASA Patrick Hogan -2008-.- Режим доступа http://worldwind.arc.nasa.gov/index.html свободный.- Загл. с экрана.
Википедия [Электронный ресурс] / Геопортал NASA World Wind .-2009-.- Режим доступа http://ru.wikipedia.org/wiki/NASA_World_Wind свободный.- Загл. с экрана.
Энциклопедия неогеографии [Электронный ресурс]/ NASA World Wind.-2008-.- Режим доступа свободный.- Загл. сэкрана.
WorldWind Central [Электронныйресурс]/ Video Card Compatibility.-. 2010-.-Режим доступа http://worldwindcentral.com/wiki/Video_Card_Compatibility свободный.- Загл. с экрана.
ITC.UA [Электронный ресурс]/ украинский онлайн-ресурс; ред. Данилов О.,; Издательский Дом IT, 2008-.- Режим доступа http://itc.ua/node/22619/ свободный.- Загл. с экрана.
Newsland [Электронный ресурс]/ информационно-дискуссионный портал.-. Режим доступа свободный.- Загл. сэкрана.
DoD/NASA, Mission to the Moon, Deep Space Program Science Experiment, Clementine EDR Image Archive. Vol. 1-88. Planetary Data System & Naval Research Laboratory, Pasadena, 2005 (CDs).
ОсвоениеЛуны[Электронныйресурс]/ Гипотезыиисследования.-. 2010-.-Режим доступа http://ligaspace.my1.ru/news/2009-06-10-162 свободный.- Загл. с экрана.
Интерфакс [Электронный ресурс]/ Новости.- . Режим доступа http://www.interfax.ru/news.asp?id=109975 свободный.- Загл. сэкрана.
Holz, R.K. «Cultural features imaged and observed from Skylab 4», In: «Skylab Explores the Moon». NASA SP-380. Washington: NASA, 2007, p.225-242
Космическая энциклопедия [Электронный ресурс]/ Космическая энциклопедия Режим доступа http://kosmos.claw.ru/shared/605.html свободный.- Загл. с экрана.
Око планеты [Электронный ресурс]/ Археологическая разведка; ред. Архипов А.В. -2009-.- Режим доступа http://kosmos.claw.ru/shared/605.html свободный.- Загл. сэкрана.
Arkhipov, A.V., and Graham, F.G. «Lunar SETI: A Justification», in «The Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) in the Optical Spectrum II», ed. S.A. Kingsley & G.A. Lemarchand, SPIE Proceedings, Vol. 2704, SPIE, Washington, 1996, 150-154 c.
Carlotto, M., Lunar Mysteries, «Quest for Knowledge», 1997, 1- 61p.
Arkhipov A.V. «Earth-Moon System as a Collector of Alien Artefacts», J. Brit. Interplanet. Soc., p.1998, 51- 181
Татевян С.К., Сорокин Н.А., Залёткин С.Ф. Об одном методе численного интегрирования дифференциальных уравнений первого и второго порядка в астродинамике и космической геодезии. /Пакеты прикладных программ. М., изд-во Московского государственного университета, 1997, с.60-119.
Татевян С.К., Сорокин Н.А., Залёткин С.Ф. О построении многочленных приближений при численном решении дифференциальных уравнений в орбитальном методе космической геодезии. //Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъёмка. М., 2000, номер 1, с.91-107.
Полищук Г.М. Программа создания лунного полигона / Г.М.Полищук А.А.Моишеев, А.В.Лукьянчиков.-М,2009.-Деп. в ИИЕТ РАН. 15.01.2009, №108
Ibiblio [Электронный ресурс]/ Project Overview.-. 2010-.-Режим доступа http://www.ibiblio.org/apollo/index.html свободный.- Загл. с экрана.
20. Roney J. «Cerro de Trinchera Archeological Sites», The Aerial Archaeology Newsletter. Vol. 1, No. 1, 1998 (RoneyOnTrincheras.html and Sheinshadow.html ).
21. DoD/NASA, Mission to the Moon, Deep Space Program Science Experiment, Clementine EDR Image Archive. Vol. 1-88. Planetary Data System & Naval Research Laboratory.
Приложение 1
Общепризнанна сложность описания такого явления, как движение Луны по орбите вокруг Земли. Луна – очень далёкий спутник. Влияние Солнца столь велико, что угол наклонения лунной орбиты относительно экватора изменяется с амплитудой 5 градусов, в то время как размах колебаний угла наклонения лунной орбиты к эклиптике очень мал.
На протяжении трёх столетий последовательно создавались аналитические теории движения и вращения Луны. Основной плоскостью в таких теориях была плоскость эклиптики. После вычисления числовых значений рядов Фурье требовались дополнительные преобразования к плоскости экватора. Алгоритмы получались слишком громоздкими, а несогласованности в обозначениях очень запутывали общую картину. Современный подход основан на простой идее: должна остаться одна основная плоскость, плоскость экватора.
Численные эфемериды позволяют вычислить три угла поворота экватора фигуры Луны относительно фиксированного экватора стандартной эпохи:
— первый угол, — второй угол, 
— третий угол.
