понедельник, 16 октября 2017 г.

Ближайшие перспективы развития космических исследований


Космос в тумане

4 октября исполнилось 60 лет с момента запуска первого искусственного спутника Земли. Началась новая – космическая эра существования человечества. Именно 1957 год стал переломным моментом развития всей космической науки и предпосылкой к первому полёту человека в открытый космос. О том, чем работа спутников важна сегодня, рассказывает главный научный сотрудник Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичёва (ТОИ) ДВО РАН, доктор физико-математических наук, профессор, Леонид Моисеевич МИТНИК.


– Леонид Моисеевич, не секрет, что мировой экономический кризис привел к сворачиванию многих программ. Повлиял ли он на те направления космических исследований, которыми вы занимаетесь?

– К сожалению, да. Снижается финансирование космических программ, отодвигаются сроки запуска метеорологических спутников, спутников, предназначенных для дистанционного зондирования Земли. Когда речь идёт о спутниковых наблюдениях, мы должны знать, когда и какие приборы запустят, когда мы сможем получить данные зондирования, будут ли деньги на подспутниковые эксперименты, на калибровку измерений и разработку алгоритмов. То, о чем я говорю, крайне важно, чтобы полученные результаты можно было применить на практике, представить на российских и международных конференциях. Пока тренд в сторону – «хуже и меньше».

Помимо отсутствия ясности с финансированием работ, возникают проблемы с оперативным получением результатов измерений с российских спутников. Напротив, космические агентства и научные организации США и Европы бесплатно предоставляют сами данные и продукты их обработки, в том числе полученные в предыдущие годы! Такой же режим бесплатного и быстрого предоставления данных спутникового зондирования реализован нашим соседом – Японией. Данные зондирования (калиброванные!), полученные современными приборами с нового поколения спутников и продукты, полученные на их основе (температура поверхности океана, скорость приводного ветра, сплочённость ледяного покрова и другие) можно использовать в ежедневной работе, в научных исследованиях. Это, конечно, колоссальный плюс, что нет необходимости беспокоиться о том, будут ли у нас измерения, соответствующие современному техническому уровню, крайне необходимые для научной работы. На протяжении последних 10-15 лет мы не испытываем в этом плане никаких сложностей. Более того, даже данные измерений на сети станций в нашей стране нам проще и быстрее получить с зарубежных сайтов. Дело в том, что Россия, как член Всемирной метеорологической организации, предоставляет сведения о толщине снежного покрова, аэрологического зондирования атмосферы и другие в международные организации. Нам легче получить их по интернету из других стран, где они обрабатываются и систематизируются, чем писать заявки, заполнять формы и пр.

Хочется прямо поддержать своих, но зачастую намного легче взаимодействовать с организациями других стран.

– А в каких областях используется спутниковая информация?

– Приложений спутниковых много, и с каждым годом их становится больше. Многих, например, интересуют проблемы климата и, в частности, воздействие человека на глобальные процессы. Для оценки этого воздействия необходимо в различных районах Земли проводить длительные регулярные точные измерения таких геофизических переменных, как температура воды и воздуха на различных уровнях, скорость ветра, количество выпадающих осадков, площадь и сплочённость морских льдов и другие. Аккуратная статистическая обработка временных рядов параметров позволяет определить небольшие изменения, оценить направленность этих изменений, тренды.

Со школьной скамьи я помню, что 60 лет назад содержание углекислого газа в атмосфере составляло примерно 0,03%, а сейчас точные измерения показывают, что оно уже превысило 0,04%. Рост на одну треть – это очень много. Ведь углекислый газ для Земли играет роль своеобразного «одеяла». Увеличение концентрации СО2 не повлияло на приход тепла от солнца в дневные часы, а вот потери тепла ночью стали немного меньше, что приводит к повышению температуры воздуха у поверхности, температуры воды в океане. В свою очередь это увеличивает таяние морских льдов, ледников, смещение к югу границы вечной мерзлоты. Происходит ряд других важных глобальных процессов таких, как повышение уровня Мирового океана, увеличение частоты наводнений и засух, гибель кораллов из-за повышения температуры воды, к которой они не успевают адаптироваться, и так далее. Для оценки фактического состояния планеты необходимо точно измерять многие геофизические переменные, а роль спутников в этих измерениях очень велика.

В июле 2014 года в России был запущен метеорологический спутник с хорошим набором приборов, включая 29-канальный сканирующий микроволновый радиометр. Следует подчеркнуть, что данные измерений должны быть представлены в цифровом формате, а не в виде фотографий, как в прежние уже далекие годы. Спутник, который я упомянул, может обеспечить получение данных о ключевых параметрах атмосферы и океана. В этих данных заинтересованы исследователи в нашей стране и за рубежом. К сожалению, отсутствуют программы калибровки данных зондирования и валидации получаемых продуктов – в отличие от устоявшегося опыта зарубежных стран. Понимая необходимость проведения этих работ, мы занимаемся ими в значительной степени в инициативном порядке. Можно уверенно утверждать, что аппаратура (многоканальный сканирующий микроволновый радиометр) работает стабильно. Вывод сделан в результате привязки данных с нашего радиометра, полученных на протяжении двух с половиной лет, к данным очень хорошо откалиброванного микроволнового радиометра на японском спутнике.

– Вы их докладывали на конференциях?

– В прошлом году и в этом году результаты были доложены на международных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционному зондированию (IGARSS) в Пекине и Форт-Уэсте (США), на Международном симпозиуме в Санкт-Петербурге, на международных конференции MicroRad в Хельсинки и PORSEC в Форталеза (Бразилия), на российских конференциях. В ноябре на традиционной, уже Пятнадцатой Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», которую проводит Институт космических исследований (ИКИ) РАН, будет прочтён пленарный доклад о результатах измерений, подготовленный совместно специалистами Роскосмоса, которые разработали и изготовили радиометр, и сотрудниками ТОИ. К великому сожалению, очень мало пишут и рассказывают о замечательных результатах исследования космоса, полученных в ИКИ (эксперимент Радиоастрон и другие). Эти результаты заслуживают того, чтобы о них знали не только специалисты, но и население.

Пропаганда научно-технических достижений в стране находится на крайне низком уровне. Из-за малого количества научно-популярных бесед и лекций процветает мракобесие. Природа не терпит пустоты, и поэтому знания замещаются суевериями и фантастическими представлениями об устройстве мира. В связи с этим не могу не процитировать несколько фраз из последней статьи Семена Новопрудского, размещенной на сайте gazeta.ru .«На днях главную телевизионную премию России в номинации «Просветительская программа» получил автор передач, в одной из которых утверждается, что Земля – плоская. Мне эта награда показалась абсолютно естественной и закономерной. Не какое-нибудь там «Очевидное – невероятное». В стране, которая минимум три с половиной года ведет победоносную войну со здравым смыслом и фактами по всем фронтам, задача государства как раз и состоит в том, чтобы не просвещать, а затемнять истину. Чтобы как можно больше людей искренне считали невероятное очевидным, а очевидное – невероятным. Чтобы реальность была окутана как можно более густым туманом тайны».

– Расскажите о какой-нибудь работе, выполненной по результатам спутниковых измерений.

– Действительно, очень важно, чтобы результаты измерений, выполненных этим спутником, были востребованы, ведь расходы на запуск спутника немалые. Мы стараемся проводить ежегодные совещания и конференции, на которых рассказываем о проведённых исследованиях. В этом году, например, Росгидромет совместно с Госкорпорацией «Роскосмос» проводят восьмую Конференцию пользователей данных метеорологических и других спутников наблюдения Земли среди стран Азиатского региона и Океании. Будем использовать и эту площадку для того, чтобы рассказать о наших работах.

В частности, об исследованиях океана в районе индонезийских проливов. С точки зрения глобальной циркуляции океана этот район крайне интересен и важен. Через приливы более тёплые и солёные воды Тихого океана поступают в Индийский океан. На изображениях, полученных радиолокационными станциями с синтезированной апертурой, установленными на спутниках Европейского космического агентства и Японии, мы независимо от погоды можем наблюдать фронты на границе различных водных масс и поверхностные проявления внутренних волн, генерируемых в проливах. Амплитуда этих волн превышает сотню метров. Если поверхность океана время от времени может выглядеть спокойной, то в его толще спокойствия никогда нет.

Характер движения этих огромных масс воды очень важно учитывать в человеческой деятельности, особенно вблизи побережья, в местах расположения морских нефтяных платформ.

– А в наших морях?

– И в наших морях, конечно, внутренние волны – обычное явление.
Изучая ледяной покров вокруг нефтяных платформ в Охотском море, мы регистрируем взаимодействие платформ с дрейфующим льдом, определяем его состояние (сплочённость, толщину).

– Можно ли было использовать спутниковые данные при крупных наводнениях последних лет на озере Ханка, на Амуре, в Уссурийске?

– Да, можно. Беда в том, что почти не осталось специалистов в области спутниковой гидрологии. Так, например, в Государственном гидрологическом институте (Санкт-Петербург) было крупное подразделение спутниковой гидрологии из нескольких десятков человек. Сейчас на экспериментальной базе работают двое пенсионеров.

Мы показали возможность извлечения из спутниковых данных ценной информации о развитии наводнений во время катастрофического наводнения в бассейне Амура в 2013 году, о наводнениях в Приморье в 2016 и 2017 годах. К сожалению тех, кто мог бы использовать в работе современные спутниковые методики при решении гидрологических задач, не видно.

– А что, молодёжи, студентам исследования с помощью спутников неинтересны?

– Интересны, но немногим. Пару лет назад приезжала в ТОИ студентка из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Она выполнила замечательную работу и защитилась на «отлично». Великолепное знание компьютерных технологий, свободное владение английским языком. Мы поселили её у себя дома, поскольку её материальное положение не позволяло снимать жильё.

К сожалению, интерес студентов к использованию спутниковой информации для решения задач в области наук о Земле поддерживается в учебных заведениях недостаточно. Отдельные примеры только подчёркивают отсутствие системного подхода. Раньше во Владивосток нам приезжали на практику студенты из других городов. Сейчас финансовое положение вузов не позволяет это сделать.

Сравнивая уровень и количество исследований с использованием спутниковых данных, их финансирование у нас и за рубежом, видим заметные различия. Печально, что разница продолжает расти, что делает перспективу развития спутниковых исследований и их приложений в нашей стране весьма туманной.

– А в туман и в облачную погоду спутник может производить измерения?

– Это зависит от состава аппаратуры на борту. Использование микроволновой радиометрии, например, позволяет получать геофизическую информацию как днём, так и ночью, как при ясной погоде, так и в присутствии облачности. Очень хорошие пионерские результаты были получены с первого в мире эксперимента с микроволновыми радиометрами со спутника «Космос-243», запущенного в 1968 году. Замечательные результаты в области спутниковых микроволновых радиометрических измерений Земли были получены только в 2014 году со спутника «Метеор-М №2».

Мы следим за прогрессом в области спутникового микроволнового дистанционного зондирования в нашей стране, используем в наших исследованиях данные, поступающие с работающих спутников, обрабатываем получаемые массивы информации. В последнее время делать это становится труднее, прежде всего, из-за организационных трудностей.


– Не хочется завершать материал на печальной ноте. А есть позитивные новости для наших читателей, интересующихся спутниковыми измерениями?

– Конечно, есть! В последнее время много говорят и, что важно, многие заинтересованные люди, в том числе не имеющие научной подготовки по специальности, участвуют в сборе данных для научных исследований, используя смартфоны, которые есть практически у всех. Это называется «Гражданская наука». Многочисленные группы волонтёров, например, занимаются поисками новых планет и сигналов от внеземных цивилизаций.

Благодаря распространённости смартфонов, количество измерений и охват территории резко увеличиваются. Это особенно важно при измерении осадков, содержания аэрозоля, атмосферного давления и других параметров, используя датчики смартфонов и специальные программы, которые загружаются в смартфон.

Смартфон с приложением – мощный современный прибор для сбора и обработки данных и их отправки специалистам, для последующего анализа и интерпретации спутниковых измерений. В результате может быть получено гораздо более полное представление, например, о распределении аэрозоля или осадков над городом и окрестностями.

Помощь волонтёров позволяет учёным быстрее и на новом уровне решать важные для общества задачи. Прогресс здесь стремительный. Некоторые программы разработаны специально для школьников. Кто-то из них пополнит будущее поколение учёных. Гражданская наука является, по сути, неформальным научным образованием, и её следует поддерживать и пропагандировать всеми возможными средствами.

В таких «группах поддержки» научных проектов, предлагаемых исследователями, собираются десятки тысяч добровольных помощников. Но это уже предмет для отдельного разговора. Отметим всё же, что в следующем году смартфоны будут оснащены новыми высокочувствительными датчиками, что придаст новый импульс развитию гражданской науки.


Фото Леонида МАКОГИНА