EREP – POKUSNÉ SLEDOVÁNÍ ZEMSKÝCH ZDROJŮ
Pro časopis Letectví + Kosmonautika zpracoval Pavel KOUBSKÝ, Astronautický
klub SPACE (L+K č. 6/1974)
Snímky: NASA, Aeronautics & Astronautics
Družicové
pilotované stanice hrají důležitou úlohu v programu sledování zemských zdrojů.
Posádky těchto stanic mohou studovat přírodní prostředí různými způsoby a navíc
získají mnoho námětů pro zlepšení pozorovacích technik a zpracování výsledků.
Přítomnost člověka na palubě stanice mimo to dovoluje snadno měnit pozorovací
program s ohledem na povětrnostní podmínky nebo výskyt zajímavých jevů.
Stanice Skylab nese několik přístrojů označovaných EREP (Earth
Resources Experiment Package) pro pokusné sledování zemských zdrojů a poskytuje tak
vědcům jedinečnou příležitost k dalšímu vývoji metod sledování přírodního
prostředí. Pět přístrojů v souboru EREP umožňuje současné snímkování oblastí
zemského povrchu ve viditelném, infračerveném a mikrovlnném pásmu spektra. Získané
výsledky se doplňují měřeními na zemském povrchu, z letadel a z některých
družic.
V prosinci 1970 oznámil NASA parametry přístrojů EREP spolu s
výzvou k vědcům celého světa, aby navrhli pozorovací programy. Došlo přes tři sta
návrhů, z nichž byla přijata více jak polovina -164. Výsledků získaných
přístroji souboru EREP se využije v následujících oborech: zemědělství a
lesnictví, geologii, vodohospodářství, oceánografii, územním plánování,
kartografii, při studiu pobřežních oblastí, výzkumu atmosféry a při vývoji
nových metod pro sledování zemských zdrojů. Pozorovací program, na němž je
zúčastněna také Organizace pro zemědělství a výživu OSN, je dílem 38 odborníků
z 19 zemí a 103 specialistů ze 32 států USA.
Soustava EREP obsahuje následující přístroje:
- komory pro vícebarevnou fotografii;
- infračervený spektrometr:
- radiometr s velkou rozlišovací schopností;
- mikrovlnný radiolokátor;
- radiometr v pásmu L.
Většina přístrojů je instalována ve spojovacím adaptéru (MDA),
pouze dlouhofokální kamera experimentu S190B je v družicové dílně (OW).
Vícebarevná fotografie
Cílem
tohoto pokusu je vybrat nejvhodnější kombinace barevných filtrů a fotografických
emulzí pro zjišťovaní a studium zemských zdrojů. Vybavení sestává ze dvou přístrojů
- soustavy šesti identických souosých komor (S190A) a jedné komory s dlouhým
ohniskem (S190B).
Komory experimentu S190A mají objektivy 2,8/152 mm. K dispozici je 19
barevných filtrů a čtyři typy černobílých a barevných 70mm filmů. Expoziční
čas lze nastavit na 2,5 ms, 5 ms a 10 ms. Kompenzace pohybu stanice při expozici se
uskutečňuje pohybem celé soustavy komor. Intervaly mezi snímky lze měnit od 2 do 20
sekund s dvousekundovým krokem. Synchronizace závěrek je lepší než 4 ms. Okamžiky
expozice se zaznamenávají na magnetickou pásku, takže délku expozice lze po návratu
posádky na Zemi zjistit s chybou půl procenta. Kalibrace filmů se provádí
vyhodnocením fotometrické škály, která se exponuje na každý film před letem a po
letu. Při výběru spektrálních oblastí pro vícebarevnou fotografii se vycházelo
z výsledků experimentu S065 na Apollu, z leteckého programu NASA a z měření
družice ERTS -1.
Komory experimentu S190A jsou umístěny uvnitř spojovacího adaptéru
stanice (MDA) a od kosmického prostoru je odděluje optické sklo, které má rozměry
0,56 x 0,42 metru. Konstrukci tohoto okna byla věnována velká pozornost, protože na
jeho vlastnostech závisí do značné míry i úspěch soustavy komor. Okno je
vyhřívané, rovnoběžnost přední a zadní plochy je lepší než dvě obloukové
vteřiny. Pokud nejsou přístroje v provozu, je okno z vnější strany chráněno krytem
a uvnitř speciálním panelem. Při fotografování dostávají kosmonauti potřebné
údaje (okamžik první expozice, interval mezi snímky, počet expozic, kombinace
filtr/film pro jednotlivé komory a údaje pro kompenzaci pohybu) z řídicího
střediska.
V experimentu 190B se používá komory ETC (Earth Terrain Camera),
která má umožnit získání vícebarevných snímků s velkou rozlišovací schopností.
Komora je uložena v družicové dílné (OW) a její optická osa se od osy soustavy
S190A odchyluje maximálně o 1,4 stupně. Použitý objektiv má ohniskovou vzdálenost
460 mm a pevnou clonu 1:4. Snímky mohou být pořizovány rychlostí až 25 expozic
za minutu. Nastavitelné expoziční doby jsou 5,7 a 10 ms. Rozměr snímku je 115
x 115 mm. Spektrální obor komory definují tři typy filmů a šest barevných filtrů.
Podobně jako u experimentu S190A je i tato kamera vybavena kompenzací pohybu
při expozici. Od vnějšího prostoru je oddělena optickým sklem o rozměru 0,15
x 0,15 metru. Obsluha komory je stejná jako u experimentu S190A.
Dalším přístrojem souboru EREP je
infračervený spektrometr
pro
experiment S191. Smyslem jeho instalace je zjistit použitelnost spektrálních
měření ve viditelném a infračerveném oboru pro sledování zemských zdrojů. Součástí
programu je také prověrka schopnosti kosmonautů najít a sledovat malý cíl na
zemském povrchu (spektrometr má velmi malé zorné pole - menší než jedna oblouková
minuta). Přístroj je proto vybaven hledáčkem s proměnlivým zvětšením (2,5 x
až 22,5 x), s maximálním zorným polem 17°. Hledáček lze nastavit v poměrné širokém
rozmezí (45° dopředu a 10° dozadu podél průmětu dráhy a 20° do stran). Simultánně
s dalekohledem se nastavuje i rovinné zrcadlo před objektivem spektrometru,
což umožňuje získávat spektrální měření z různých oblastí zemského povrchu.
Studovaná oblast se současně snímá 16mm kamerou typu Maurer, která také zaznamenává
čas a údaj digitálního ukazatele nastavení spektrometru. Spektrometr je připojen
ke Cassegrainovu objektivu o průměru 0,25 metru. Disperzním elementem je pět
kruhových průběžných interferenčních filtrů, tři jsou v krátkovlnném kanálu
0,39 -2,51 µm a dva v dlouhovlnném 5,8 – 16,0 µm.
Natočením kruhového filtru je definována spektrální propustnost,
přičemž spektrální rozlišení odpovídá dvěma až třem procentům procházející vlnové
délky. Při měření, které trvá asi sekundu, se střídavé registruje záření ze
studované oblasti u záření kalibračního zdroje. Krátkovlnný kanál používá kombinovaného
detektoru Si/PbS, v dlouhovlnném je chlazený detektor HgCdTe.
Před zahájením práce s tímto přístrojem musí kosmonaut nejprve
připevnit 16mm kameru k hledáčku a seřídit optické cesty. Pak seřídí optickou osu
hledáčku a spektrometru a zapne kalibraci spektrometru. Po vyhledání cíle v
hledáčku uvede kosmonaut v činnost kompenzační zařízení, které pohybuje celým
komplexem S191 proti směru pohybu stanice. Potom je možno zahájit vlastní měření.
Data, získaná spektrometrem, se zaznamenávají na magnetickou pásku.
Radiometr s velkou prostorovou rozlišovací schopností
Toto opticko-mechanické zařízení se podobá radiometru MSS na
družici ERTS -1. Cílem pokusu je získat přesné údaje o záření vybraných oblastí
v širokém rozsahu spektra. Výsledků měření bude možno také využít k výběru
nejvhodnějších zařízení pro studium přírodního prostředí z oběžné dráhy.
Hlavní součástí radiometru S192 je zrcadlový objektiv o průměru 0,43 m. V ohnisku
objektivu je vstupní štěrbina hranolového spektrometru. Soustava objektiv-spektrometr
zobrazí záření různých vlnových délek v různých místech ohniskové roviny.
Odtud pak světlovodiče přivádějí záření v jednotlivých spektrálních oblastech
na 12 detektorů HgCdTe. Třináctý detektor je připojen přímo k objektivu. Zorné
pole celé soustavy je pouhých 36 obloukových vteřin a proto se zvětšuje pohybem
rastrujícího zrcátka před objektivem. Zrcátko rotuje rychlostí asi 100 otáček za
sekundu; při jedné třetině otáčky snímá záření zemského povrchu a po zbytek
otáčky probíhá kalibrace přístroje. Do začátku další obrátky se stanice posune
na dráze o 80 metrů, takže kombinací pohybu zrcátka a stanice lze získat snímek
oblasti ležící pod dráhou Skylabu s řádkovým rozlišením asi 80 metrů.
Obsluha může nastavovat přístroj v rozmezí 2,5°. Měření S192
se zaznamenávají na magnetickou pásku, zpracování údajů je obdobné jako u
radiometru u MSS družice ERTS -1.
Spektrální rozsah měření radiometru S192 zahrnuje i obory
multispektrální fotografie a infračerveného spektrometru. To dovolí porovnat
účinnost a vhodnost jednotlivých přístrojů pro různé obory studia přírodních
zdrojů. Výsledky experimentů se také vzájemně doplňují. Například infračervený
spektrometr poskytuje údaje o závislosti hustoty atmosféry na výšce, což je nutná
informace pro zpracování dat z radiometru.
Mikrovlnný radiometr
Zajímavým
experimentem souboru EREP je S193, jehož přístroj pracuje současně jako mikrovlnný
radiometr, radiolokátor a radiolokační výškoměr. Jeho hlavním úkolem je studium
použitelnosti mikrovlnné techniky pro zkoumání zemských zdrojů. Mikrovlnné snímání
je velmi perspektivní pro sledování zemského prostředí, protože není tolik závislé
na počasí ve studované oblasti jako měření v infračerveném a viditelném oboru.
Radiometr S193 pracuje na frekvenci 13,9 ± 0,1 GHz. Pasivní (vlastní radiometr)
i aktivní (radiolokátor) část přístroje mohou pracovat současně. Anténa je pohyblivá
a přijímá mikrovlnné záření z oblasti o průměru asi 11 kilometrů. Radiolokátor
vysílá impulsy dlouhé 5 ms rychlostí 125 impulsů za sekundu, minimální výkon
je 8 W. Data získaná radiolokátorem poslouží při zjišťování kvality a dielektrických
vlastností zemského povrchu. Nad oceánem, kde se dielektrické vlastnosti nemění,
může radiolokátor zjišťovat stav hladiny. Pracuje-li přístroj jako radiolokační
výškoměr, nemůže současně pracovat pasivní radiometr. Přístroj zaznamenává mikrovlnné
záření v pěti různých modech, které jsou definovány polohou a pohybem antény.
Radiolokační výškoměr vysílá impulsy dlouhé 130, 100 nebo 10 ns rychlostí 250
impulsů za sekundu s maximálním výkonem 2 kW.
Pro kalibraci se používá mikrovlnného záření Měsíce a
kosmického rádiového záření. Výsledky se zaznamenávají na magnetickou pásku.
Mikrovlnný radiometr v pásmu L
Přístroj S194 má pevnou anténu, která přijímá záření v pásmu
1,4126 GHz ± 27 MHz. Výsledky měření slouží k určení jasové teploty zemského
povrchu. Pracují-li přístroje experimentu S193 a S194 současně, je možno měření
zcela opravit o vliv oblačnosti. Teplotní rozlišovací schopnost radiometru S194
je asi jeden stupeň.
V programu sledování zemských zdrojů počítá NASA se současným
studiem některých oblastí přístroji na Skylabu a přístroji v letadlech. Letecký
program NASA pro výzkum přírodního prostředí běží už od roku 1964.
Simultánního sledování se účastní čtyři letouny Johnsonova kosmického střediska
v Houstonu, dva letouny Ames Research Center a dva letouny Michiganské university.
Přístroje, které letouny nesou, jsou jednak velmi podobné zařízení EREP
(fotografické komory, infračervené radiometry a spektrometry a mikrovlnná
zařízení), jednak jsou to přístroje pro přímé měření údajů, které
přístroje na Skylabu zjišťují jen nepřímo (obsah vodní páry ve vzduchu, teplota
vzduchu).
Při plnění programu EREP se mění orientace Skylabu. Optické osy
všech přístrojů jsou prakticky shodné s -Z osou spojovacího adaptéru (MDA), takže
při obvyklé orientaci stanice míří směrem od Slunce. Při sledování zemských
zdrojů však musí přístroje směřovat k Zemi. Skylab přelétá nad jedním místem
vždy po pěti dnech (71 oběh), ale dva po sobě následující přelety jsou posunuty o
dvě hodiny v místním čase. To znamená, že je jen omezena možnost opakovat měření
za přibližně stejných světelných podmínek. Při výběru oblasti pro sledování se
vychází z meteorologické předpovědi, parametrů dráhy stanice, dalších vědeckých
programů a technického stavu přístrojů EREP.
Na základě zkušeností s měřením z letadel a z družice ERTS byla
otázce zpracování výsledků věnována velká pozornost. Byl vypracován systém,
který převádí data získaná na přístroji EREP do formy vhodné pro další
zpracování na počítačích. Podle původního programu měly tři posádky Skylabu
přivézt na Zemi 78 kazet 70mm filmu a 16 kazet filmu pro kameru ETC. Pro záznamovou
16mm kameru Maurer se počítalo s 9 cívkami. Kapacita filmů představuje asi 100 000
snímků. Pro experimenty se záznamem na magnetickou pásku se plánovalo 25 kotoučů,
na kterých se kromě vlastního měření zapisuje množství pomocných dat, nutných
pro další zpracování výsledků. Kromě pásek s daty použitelnými na
počítačích, budou mít experimentátoři k dispozici většinu dat též ve formě
tabulek a grafů. Jedině tak může program EREP přispět k praktickému využití
kosmonautiky.
Není bez zajímavosti, že se v tomto programu používá mnoho
zkušeností z měsíčních expedic Apollo. Komora ETC je modifikací měsíční komory,
která byla na Apollu 14. Rovněž při využívání vícebarevné fotografie pro
mapování (kamera ETC poskytuje snímky, jež mohou být základem mapy v měřítku 1 :
25 000!) se používá programů a zařízení vyvinutých pro mapování Měsíce.
Přehled přístrojů EREP
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Experiment Popis Spektrální pásmo Spektrální Zachycená Rozlišovací
rozlišení oblast schopnost
--------------------------------------------------------------------------------------------------
(µm) (film) 0,1 µm 163 x 163 km 24-68 m
S190A šest komor 0,5-0,6 SO-022 ČB
multispektrální F 2.8/152 mm 0,6-0,7 SO-022 ČB
komory 19 filtrů 0,7-0,8 EK-2424 ČB
zorné pole 21° 0,8-0,9 EK-2424 ČB
0,5-0,9 EK-2443 BAR
0,4-0,7 SO-356 BAR
--------------------------------------------------------------------------------------------------
(µm) (film) 0,1 µm 109 x 109 km 10-38 m
S190B dlouhofokální 0,4-0,7 SO-242 BAR
komora ETC komora 0,5-0,7 EK-3414 ČB
F 4/460 mm 0,5-0,9 EK-3443 BAR
6 filtrů
--------------------------------------------------------------------------------------------------
S191 spektrometr s 0,4- 2,4 µm 1-4 %
infračervený průběžnými 6,2-15,5 µm používané 80 x 160 km 440 m
spektrometr interferenčními filtry, vlnové délky
ruční pointace,
zorné pole 3,5',
dva detektory,
souběžný záznam
16mm kamerou
--------------------------------------------------------------------------------------------------
S192 třináctikanálový 0,4-2,35 µm 0,04 -0,1 µm pás 68 km 80 m
radiometr radiometr 10,2-12,5 µm široký
s velkou zorné pole 0,5'
rozlišovací
schopností
--------------------------------------------------------------------------------------------------
S193 anténa O 1,1 m, 13,9 ± 0,1 GHz 50 -500 MHz Ø 11 km, 11 km
mikrovlnný pohyblivá úhlově 0-48°
radiometr, kolem dopředu
radar, dvou os, a do stran
radarový zorné pole 1,5°
výškoměr
--------------------------------------------------------------------------------------------------
S194 nepohyblivá 1,400-1,427 GHz 18 MHz Ø 111 km 111 km
mikrovlnný anténa
radiometr tvořená
v pásmu L 64 prvky,
celkový Ø 1 m
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Přepis textu: M.Filip, 15.4.2003
Aktualizováno : 11.05.2003
[ Obsah | Pilotované
lety | Skylab ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/skylab/lka.htm)
