Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли журнал: НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ |

Содержание

НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ

Журнал «H&ES Research — Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли» один из ведущих рецензируемых научных журналов, в которых публикуются основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

Журнал распространяется на всей территории Российской Федерации и в странах СНГ по телекоммуникационным и исследовательским организациям, министерствам, ведомствам и профильным учебным заведениям. Осуществляется рекламная рассылка и распространение журнала среди посетителей и участников отраслевых выставок, конференций и семинаров.

Целевая аудитория по распространению журнала

Телекоммуникационные компании

Дистрибьюторы телекоммуникационного оборудования и услуг

Разработчики и производители оборудования

Компании, занимающиеся железнодорожными, воздушными и морскими перевозками

Провайдеры охранно-поисковых услуг

Геодезические и картографические организации

Государственные ведомства и организации

Профильные учебные заведения

Мы будем рады видеть вас в числе подписчиков журнала!

«H&ES Research — Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли». Журнал продолжает многолетнюю историю публикаций «Трудов СКФ МТУСИ» (Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информации).

H&ES Research — научно-технический журнал для специалистов в области современных инфокоммуникационных технологий и автоматизированных систем управления, средств космических исследований Земли и информационной безопасности. В журнале публикуются новости о событиях в вышеуказанных областях, репортажи и интервью ведущих компаний, мнения специалистов, новые технологии, инновационные разработки, оборудование и решения, аналитические статьи, маркетинговые исследования и др.

Журнал освещает достижения и проблемы российских инфокоммуникаций, внедрение последних достижений отрасли в автоматизированных системах управления, развитие технологий в информационной безопасности, исследования космоса, развитие спутникового телевидения и навигации, исследование Арктики. Особое место в издании уделено результатам научных исследований молодых ученых в области создания новых средств и технологий космических исследований Земли. Журнал выходит в печатной и электронной форме, что позволяет повысить оперативность представления информации для целевой научной аудитории. Периодичность выход – 6 номеров в год.

Тематические направления журнала:

Вопросы развития автоматизированных систем управления

Физико-математическое обеспечение разработки новых технологий

Развитие автоматизированных систем управления технологическим процессом

Вопросы исследования космоса

Телекоммуникационные технологии и технические новинки систем подвижной связи

Перспективы развития единого инфокоммуникационного пространства

Использование радиочастотного спектра в системах подвижной связи

Антенно-фидерное оборудование

Спутниковое телевидение, системы спутниковой навигации, GLONASS, построение навигационных систем GPS

Вопросы развития геодезии и картографии

Информационная и кибербезопасность

Вопросы исследования Арктики

Волоконно-оптическое оборудование и технологии

Метрологическое обеспечение

Программное обеспечение и элементная база для сетей связи

Производители, поставщики и дистрибьюторы телекоммуникационного оборудования

Работа отечественных ассоциаций, региональных и координирующих операторов

Правовое регулирование инфокоммуникаций, законодательство в области связи

Экономика связи, конвергенция сетей, универсальные коммуникации

Выставки, форумы, конференции, семинары, интервью (оригинальные и новые проекты, итоги деятельности, проблемы отрасли и пути их решения и т. д.)

Тематический план журнала H&ES Research

№ 1 (выпуск – 20 февраля)

№ 2 (выпуск – 20 апреля)

№ 3 (выпуск – 20 июня)

№ 4 (выпуск – 20 августа)

№ 5 (выпуск – 25 октября)

№ 6 (выпуск – 20 декабря)

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР ЖУРНАЛА:
Константин Евгеньевич Легков – заместитель начальника кафедры Военной космической академии, кандидат технических наук.

Специалист в области управления сложными инфокоммуникационными системами специального назначения, методов проектирования автоматизированных систем управления и систем беспроводного широкополосного доступа. Принимает участие в разработке автоматизированных систем управления и единого информационного пространства специального назначения. Непосредственно принимал участие в разработке государственных военных стандартов.

Является автором более 200 научных работ посвященных проблемам построения и управления современными инфокоммуникационными системами, созданию автоматизированных систем управления специального назначения, в том числе 5 учебников и учебных пособий.

Журнал НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ. ВАК и РИНЦ

Научные журналы / ВАК и РИНЦ

Подробная информация о научном журнале «НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ»: официальный сайт, ISSN, индексация в ВАК и РИНЦ. Данные могут быть неактуальными.

Название	НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ
Издательство	Общество с ограниченной ответственностью Издательский дом Медиа паблишер
Др. названия	—
Основание	2009
Языки	—
Рецензии	да
Вид рецензий	—
Перевод	—
Сокращение	H&ES Research
Страна	Россия
Город	Санкт-Петербург
ISSN	2409-5419
Онлайн ISSN	2412-1363
Сайт	http://www. h-es.ru
Email	—
Англ. ISSN	—
Англ. название	—
Web of Science	нет
Scopus	нет
РИНЦ	да
ВАК	включен
Базы данных	—
Реферативный	нет
Мультидисцип.	нет
Рубрики и коды 27.00.00 Математика 28.00.00 Кибернетика 49.00.00 Связь 50.00.00 Автоматика. Вычислительная техника 78.00.00 Военное дело 89.00.00 Космические исследования
Описание H&ES — журнал для специалистов в области современных инфокоммуникационных технологий и автоматизированных систем управления, средств космических исследований Земли и информационной безопасности, а также для пользователей, использующих средства связи и телекоммуникации в своей повседневной производственной и исследовательской деятельности. В журнале публикуются новости о событиях в вышеуказанных областях, репортажи и интервью ведущих компаний, мнения специалистов, новые технологии, инновационные разработки, оборудование и решения, аналитические статьи, маркетинговые исследования.Журнал освещает достижения и проблемы российских инфокоммуникаций, внедрение последних достижений отрасли в автоматизированных системах управления, развитие технологий в информационной безопасности, исследования космоса, развитие спутникового телевидения и навигации, исследование Арктики.Особое место в издании уделено результатам научных исследований молодых ученых в области создания новых средств и технологий космических исследований Земли.

Технологии, которые мы используем для изучения Земли (и создания гифок!) — Исследование Солнечной системы НАСА

НАСА использует передовые технологии, от спутниковых датчиков и бортовых приборов до суперкомпьютеров и методов визуализации, чтобы лучше понять нашу родную планету и помочь улучшить жизнь.

Мы разрабатываем новое поколение новых технологий, чтобы иметь возможность отвечать на вопросы о нашем меняющемся мире.

1 — Маленькие спутники, большая наука

Кубсаты маленькие. Очень маленький. Настолько маленькие, что на самом деле их можно держать на ладони. Их размер варьируется от пинты мороженого до буханки хлеба и большой коробки с хлопьями. Внутри каждого из этих небольших спутников вы найдете электронику, компоненты инструментов и радио для связи, как и в других спутниках. Но эти крошечные спутники отличаются от других, и отдел наук о Земле НАСА использует их, чтобы продвигать то, что возможно.

НАСА постоянно разрабатывает новые технологии для улучшения наших знаний о Земле — технологии, которые меньше, чем когда-либо прежде, компоненты, которые могут улучшить наши измерения, бортовые системы обработки данных, которые упрощают поиск данных, или новые методы сбора данных. Каждая новая технология тщательно тестируется в лаборатории, иногда в самолете или даже в удаленных точках по всему миру. Но космическая среда отличается от Земли. Чтобы узнать, как что-то будет работать в космосе, лучше всего провести космические испытания.

Отправка чего-то непроверенного на орбиту традиционно была рискованным предприятием, но CubeSat помог изменить это. Миниатюрные спутники обычно строятся менее чем за два года. Большинство запусков американских ракет содержат CubeSats в качестве дополнительной полезной нагрузки, что значительно снижает стоимость запуска. Эти автостопщики могут быть отправлены с ракеты или отправлены на Международную космическую станцию, а затем отправлены оттуда.

Из-за быстрого времени разработки и легкого доступа к космосу кубсаты стали идеальной платформой для демонстрации того, как новое технологическое достижение будет работать на орбите. Все это помогает гарантировать, что миссии НАСА по наблюдению за Землей смогут надежно собирать самые современные данные.

Небольшой спутник будет нести новую технологию для обнаружения и фильтрации любых радиочастотных помех, с которыми спутник сталкивается в режиме реального времени из космоса.

2 — Встречайте CubeRRT; Он здесь, чтобы избавиться от шума

Когда в мае стартует миссия по проверке спутника размером с коробку с хлопьями, он проведет космические испытания небольшого компонента, предназначенного для обнаружения и фильтрации радиочастотных помех (РЧП), что в конечном итоге принесет пользу будущему. спутниковые миссии.

Радиочастотные помехи (РЧП) повсюду; Источники включают мобильные телефоны, радио- и телепередачи, спутниковые передачи и другие источники. Вы, вероятно, признаете это как раздражающие помехи, когда ваша любимая радиостанция не может четко включиться, потому что другая станция находится поблизости на циферблате.

Те же самые помехи, которые вызывают радиостатические помехи, также влияют на качество данных, собираемых такими приборами, как микроволновые радиометры. По мере того, как количество устройств, вызывающих РЧ-помехи, увеличивается во всем мире, спутниковые инструменты НАСА, в частности, микроволновые радиометры, которые собирают данные о влажности почвы, метеорологии, климате и т. д., будут испытывать все большие трудности при сборе высококачественных данных.

Вот тут-то и приходит на помощь технология радиометрических помех CubeSat (CubeRRT). Небольшой спутник будет оснащен новой технологией для обнаружения и фильтрации любых радиочастотных помех, с которыми спутник сталкивается в режиме реального времени из космоса. Это уменьшит объем данных, которые необходимо передать обратно на Землю, повысив качество важных метеорологических и климатических измерений.

В прошлом году Глобальная навигационная спутниковая система NASA Cyclone (CYGNSS) провела беспрецедентное наблюдение за сезоном ураганов с низкой околоземной орбиты.

3 — 32 измерения ветра в секунду

В прошлом году Глобальная навигационная спутниковая система NASA Cyclone (CYGNSS) вела беспрецедентное наблюдение за сезоном ураганов с низкой околоземной орбиты. Созвездие из восьми микроспутников, построенных и эксплуатируемых Юго-Западным научно-исследовательским институтом (SwRI), собирает данные, чтобы помочь сообществу прогнозистов погоды улучшить существующие модели прогнозирования штормов.

Восемь малых спутников CYGNSS, летящие строем, непрерывно отслеживают приземные ветры над океанами в тропических широтах Земли, принадлежащих к поясу ураганов. Каждый спутник способен регистрировать четыре измерения ветра в секунду, добавляя до 32 измерений ветра в секунду для всего созвездия.

Радары метеоспутников с трудом проводят измерения сквозь тяжелые облака вблизи центра урагана. Однако CYGNSS заполняет этот важный пробел. Микроспутники работают, получая сигналы спутников GPS, которые могут проникать даже через самый плотный облачный покров прямо в глаз, чтобы собирать данные о интенсивном внутреннем ядре шторма.

GPS и микроспутниковая технология, используемые для CYGNSS, позволили проводить наблюдения до и после наводнения, вызванного ураганом Харви, путепровода урагана Мария и приповерхностной влажности почвы над бассейном Амазонки.

Визуализация, подобная этой, показывающая Эль-Ниньо 2015–2016 годов, стала возможной благодаря объединению данных с космического корабля НАСА и вычислительной мощности, способной обрабатывать огромные объемы данных.

4 — Суперкомпьютеры для науки

Визуализация, подобная этой, показывающая Эль-Ниньо 2015–2016 годов, стала возможной благодаря объединению данных с космических аппаратов НАСА и вычислительной мощности, способной обрабатывать огромные объемы данных.

Типичные настольные компьютеры имеют от четырех до восьми процессорных ядер; суперкомпьютер, используемый для обработки этой визуализации, имеет 90 000 процессорных ядер. Этот суперкомпьютер Discover, входящий в состав Центра моделирования климата НАСА в Центре космических полетов имени Годдарда, в настоящее время способен выполнять 3,5 петафлопс (это 3500 триллионов) операций в секунду.

Discover расширяется до 108 000 процессорных ядер. С обновлениями Discover будет иметь совокупную пиковую производительность более 5 петафлопс в секунду. Эти улучшения не только позволят исследователям идти в ногу с растущим объемом данных наблюдений за Землей, чтобы лучше понять нашу динамичную планету, но и визуализаторы НАСА также будут иметь информацию, необходимую для передачи научных данных.

Используя машинное обучение, исследователи разработали метод, который обучает компьютер отличать сгоревшие пиксели от несгоревших на спутниковых снимках НАСА.

5 — Обучение машин обучению

Исследователи «обучили» компьютер, чтобы лучше понимать последствия лесных пожаров. Команда из Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине в Калифорнии и Университета Миннесоты применяет методы искусственного интеллекта (ИИ) к спутниковым данным для картирования последствий пожаров в тропических лесах, таких как пожар на Суматре в 2015 году на этой фотографии.

Используя машинное обучение, подход к искусственному интеллекту, исследователи разработали метод, который обучает компьютер отличать сгоревшие пиксели от несгоревших на спутниковых снимках тропических лесов НАСА. С помощью этой информации он может составить карту пожарной активности.

DopplerScatt, летающий на борту самолета B200 King Air, представляет собой вращающийся радар, который «отслеживает» поверхность океана, позволяя ему проводить измерения сразу с нескольких направлений.

6 — Раскрывая тайны океанских поверхностных течений и ветров

Ученые НАСА усердно работают, пытаясь раскрыть тайны поверхностных течений и ветров океана Земли, используя новый радарный прибор под названием DopplerScatt.

Океанские течения и ветры образуют бесконечную петлю обратной связи: ветер дует над поверхностью океана, создавая течения. В то же время горячая или холодная вода в этих течениях влияет на скорость ветра. Понимание взаимосвязи между этими двумя явлениями имеет решающее значение для понимания меняющегося климата Земли. Сбор данных об этом взаимодействии также может помочь людям отслеживать разливы нефти, планировать маршруты судоходства и понимать продуктивность океана в связи с рыболовством.

DopplerScatt, разработанный Лабораторией реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, обеспечивает новую возможность одновременного измерения ветра и течения.

Летающий на борту самолета B200 King Air, DopplerScatt представляет собой вращающийся радар, который «отслеживает» поверхность океана, позволяя ему проводить измерения с нескольких направлений одновременно.

Подобно спидометру дорожного патруля, прибор DopplerScatt вычисляет эффект Доплера при отражении сигнала радара от объекта. Когда этот объект приближается или удаляется, он обнаруживает эти изменения и определяет его скорость и траекторию. Эти измерения объединяются с данными скаттерометра, который обнаруживает отражение сигнала радара от поверхности океана. Чем больше «рассеяние» наблюдает радар, тем грубее волны. По шероховатости и ориентации волн можно рассчитать скорость и направление ветра.

Fluid Cam, инструмент обработки изображений с новым программным обеспечением для объективов, достаточно мал, чтобы летать на дроне.

7 — Акцент на экосистемах

Иногда для решения старой проблемы требуется новая технология. Камера НАСА с новым программным обеспечением смотрит под воду, чтобы сфокусировать внимание на экосистемах. Fluid Cam, инструмент обработки изображений с новым программным обеспечением для объективов, достаточно мал, чтобы летать на дроне.

Жидкостная линза устраняет искажения от океанских волн и других движений, чтобы лучше показать коралловые рифы под поверхностью. Когда-нибудь этот метод можно будет использовать на орбитальном спутнике для сбора данных изображений рифов мира.

В конце концов, та же технология может быть использована для привлечения внимания к другим мирам.

Программа ГЛОБУС

8 — Технологии вдохновляют больше гражданских ученых

С помощью GLOBE Observer ваши наблюдения могут помочь ученым отслеживать изменения в облаках, воде, растениях и других живых организмах в поддержку исследований климата. Ученые также используют ваши данные для проверки данных спутников НАСА. А отправляя свои наблюдения, вы можете помочь учащимся всех возрастов провести настоящие научные исследования в рамках программы GLOBE. Чтобы принять участие, просто скачайте приложение, выйдите на улицу и следуйте инструкциям, чтобы начать!

Мировоззрение

9 — Смотрите и делитесь нашей планетой с помощью Worldview

Worldview НАСА позволяет вам исследовать Землю такой, какой она выглядит сейчас или какой она была почти 20 лет назад. Через простой в использовании интерфейс карты вы можете наблюдать за тропическими штормами, развивающимися над Тихим океаном; отслеживать движение айсбергов после того, как они откалываются от ледников и шельфовых ледников; увидеть, как лесные пожары распространяются и разрастаются, сжигая растительность на своем пути. Переместите и увеличьте свой регион мира, чтобы увидеть не только то, как он выглядит сегодня, но и исследовать изменения с течением времени. Слои ночного освещения Worldview обеспечивают действительно уникальную перспективу нашей планеты в ночное время.

Что еще можно сделать с Мировоззрением? Добавляйте слои изображений по дисциплинам, стихийным бедствиям или ключевым словам, чтобы узнать больше о том, что происходит на этой динамичной планете. Посмотрите на замерзшие регионы Земли с видом на Арктику и Антарктику. Взгляните на текущие природные явления, такие как тропические штормы, извержения вулканов, лесные пожары и айсберги, одним нажатием кнопки. Видишь вид, который тебе нравится? Сделайте снимок и поделитесь им. Хотите отслеживать распространение лесного пожара? Вы даже можете создать анимированный gif, чтобы увидеть изменения с течением времени.

Исследуйте Землю по-своему с помощью Worldview сегодня!

Глаза на Земле

10 — Взгляд на Землю

Летайте вместе с флотом миссий НАСА по изучению Земли и наблюдайте за нашей родной планетой с глобальной точки зрения в захватывающей трехмерной среде.

Мониторинг жизненно важных показателей Земли, таких как высота уровня моря, концентрация углекислого газа в атмосфере и антарктический озон. Проследите движение воды по земному шару, используя гравитационную карту со спутников НАСА GRACE. Определите извержения вулканов и лесные пожары, используя жизненно важный признак угарного газа. Проверьте самые жаркие и самые холодные места на Земле с глобальной картой температуры поверхности.

«Взгляд на Землю» отображает местоположение всех действующих миссий НАСА по наблюдению за Землей в режиме реального времени и позволяет сравнивать их по размеру. Получите краткий обзор предстоящих миссий и узнайте, как НАСА планирует изучать нашу Землю в будущем.

С помощью функции «Последние события» вы можете просматривать географически привязанные спутниковые изображения недавних событий на Земле, включая цветение водорослей, супербури и лесные пожары.

Загрузите приложение по адресу http://eyes.nasa.gov.

Современные вызовы и возможности космических технологий

Установка сцены

С запуском спутника в 1957 году и последующим началом космической эры развитие космических технологий, с одной стороны, привело к разработке сотен приложений (Pelton et al., 2017 ), которые используют спутниковые данные, включая устройства для повседневного использования, от спутникового телевидения до спутниковой навигации в наших автомобилях. С другой стороны, он поддержал научный прогресс в науках о Земле и атмосфере, а также в астрономии и астрофизике. Просто чтобы напомнить о некоторых из самых громких публикаций в этой области, спутниковые измерения показали степень истощения озонового слоя в атмосфере, и было подтверждено существование экзопланет и черных дыр, среди многих других научных достижений.

Быстрый прогресс космических технологий привел к выдающимся достижениям всего человечества, таким как высадка на Луну.

В то же время эти космические миссии предоставили человечеству мощные знаковые образы, а такие фотографии, как Blue Marble (Wuebbles, 2012), стали общепризнанными символами нашей планеты, ее необычной среды и ограниченных ресурсов.

Несмотря на то, что впечатляющий прогресс в космических технологиях замедлился к концу прошлого века, как и во всем аэрокосмическом секторе, продолжались очень важные достижения. К ним относятся разработка Международной космической станции и роботизированное исследование других планет и небесных тел, включая посадку на комету!

На протяжении многих лет космос часто считался новым рубежом, питающим воображение писателей и режиссеров, которые создавали видения (более или менее правдоподобные) будущего, обеспечиваемого фантастическими разработками в области космических технологий.

Однако в соответствии с тем, что показала нам история, является тот факт, что после начальной фазы «исследования» новой среды и консолидации соответствующих технологий следует бурный рост предприятий, использующих новые возможности, предлагаемые новая среда. Вот где мы находимся сегодня. Иногда называемый Космос 4.0, мы живем в период смены парадигм с изменением мотивации, действующих лиц и, конечно же, технологий (отчет PWC, 2019 г.).).

Новое пространство и необходимость соответствующей нормативно-правовой базы

Под названием «Новое пространство» ¹ в космическом секторе продолжается «революция» с появлением новых игроков/коммерческих предпринимателей/бизнеса (Hall, 2020). область, традиционно занимаемая институциональными игроками («Старый космос», например, космические агентства, работающие с крупными компаниями) для использования новых возможностей, открывающихся перед ними. Сюда могут входить новые услуги, предлагаемые посредством применения космических данных (от точной навигации/сельского хозяйства, наблюдения до мониторинга окружающей среды Земли и т. д.), до более футуристических возможностей, таких как космический туризм или добыча полезных ископаемых на астероидах. Успешные предприниматели из других секторов, от Ричарда Брэнсона в Великобритании до Илона Маска в США, вышли на «космическую» арену, рискуя и бросая вызов консервативности устоявшейся бизнес-модели «Старого космоса».

Здесь мы можем определить первую проблему и извлечь урок из истории, не давая космосу превратиться в беззаконный «Дикий Запад», где сильнейший может получить несправедливое преимущество. Это должно относиться к низкой околоземной орбите (НОО), где действующая нормативно-правовая база должна быть доработана и введена в действие для управления растущим «космическим движением» (Cukurtepe and Akgun, 2009; Lal et al., 2018) (для предотвращения помех или столкновений). между активами разных операторов), а также на среднюю (MEO) или геосинхронную околоземную орбиту (GEO) и межпланетную разведку и эксплуатацию. Действительно, новые положения должны применяться с соблюдением установленных договоров и принципов (например, «Договора по космосу» или «Конвенции о международной ответственности за ущерб, причиненный космическими объектами»).

В областях, где соответствующая нормативно-правовая база уже действует и в значительной степени соблюдается всеми заинтересованными сторонами, например, сектор спутниковой связи (МСЭ, 2012 г. ), задача становится идти в ногу с технологическим прогрессом и эволюцией рынка (Морозова и Васянин, 2019 г.). ). Наряду с вызовом есть возможность разработать новые правила, которые стимулируют дальнейший технический прогресс.

Необходимо решить проблему переполненности радиочастотного спектра, а также устойчивость космической среды, которой угрожает растущее количество космического мусора. Решения, приемлемые для различных заинтересованных сторон (от коммерческих организаций до политических структур), должны быть найдены и, что наиболее важно, реализованы.

Деятельность в космосе не может быть локализована в пределах границ страны и может повлиять на активы или районы планеты, находящиеся далеко за пределами юрисдикции запускающей страны или страны, в которой зарегистрирован спутниковый оператор. Таким образом, международная нормативно-правовая база должна явно преобладать над национальными правилами и ограничивать возможности стран использовать менее строгие правила в качестве средства для привлечения иностранного бизнеса. В то же время необходимо также уделить некоторое внимание тому, как обеспечить соблюдение согласованных правил и положений на международном уровне.

Действительно, необходимо смягчить разработку правил и положений, чтобы избежать ненужной волокиты, сдерживающей новые предприятия, а космическое право должно сохранять свободу генерировать новые идеи и внедрять новые приложения. Таким образом, задача состоит в том, чтобы сбалансировать эти конкурирующие требования: нормативно-правовую базу, которая защищает заинтересованные стороны, интересы стран и текущие и будущие права человека, с одной стороны, со свободой разработки и использования новых технологий, с другой.

Технические проблемы

Двигательные установки

Переходя к более техническим проблемам, производительность двигательных установок является серьезным препятствием, которое необходимо преодолеть в космическом секторе (Turner et al., 2009).

Начиная с ракет-носителей, их возможности (в широком смысле, размер полезной нагрузки и тяга) практически не изменились, поскольку за последние десятилетия был достигнут лишь относительно незначительный постепенный прогресс. Действительно, материалы улучшились с появлением композитов с механическими свойствами, намного превосходящими типичные сплавы, которые использовались в начале космической эры. Методы проектирования и производства также улучшились благодаря прогрессу в программном моделировании, который стал возможен благодаря необычайному росту мощности компьютеров или новым методам производства, таким как аддитивное производство. Системы наведения и контроля также улучшились благодаря достижениям в области электроники и программного обеспечения. Однако, помимо стремления к экологически чистому топливу (Gohardani et al., 2014), ничего существенного не изменилось в характеристиках твердого или жидкого топлива и связанных с ними технологий, которые являются ключевыми для общих возможностей ракет-носителей (Devezas, 2018). Многоразовые пусковые установки используются несколькими компаниями для снижения затрат или увеличения частоты запусков, и нельзя отрицать, что затраты медленно снижаются, хотя это в значительной степени связано с сочетанием политики стран и рыночных сил, но действительно экономическим доступом к космос еще предстоит достичь.

В долгосрочной перспективе задача состоит в том, чтобы разработать и внедрить такие технологии, как гиперзвуковые ракетные двигатели с воздушным дыханием ² , которые будут использоваться в гибридных пусковых установках, чтобы сократить потребность в большом количестве кислорода, который должен перевозиться современными транспортными средствами. . Также следует разработать ракеты-носители, которые могли бы взлетать и приземляться как самолеты без необходимости обширного и дорогостоящего обслуживания между миссиями. Точно так же космическая двигательная установка предлагает возможности для улучшения, в частности, для электрических двигательных установок, которые также являются гибридными системами, которые будут использовать разные режимы работы (Левченко и др., 2020).

Производительность силовых установок также имеет основополагающее значение для межпланетных миссий с точки зрения обеспечения более быстрого перемещения и доставки больших грузов туда, где это необходимо. Наши нынешние ограничения в пилотируемом исследовании Солнечной системы в основном связаны с продолжительностью путешествия, которая напрямую связана с уровнем производительности, доступной от существующих двигательных установок. Точно так же производительность двигательных установок ограничивает наши возможности исследования и эксплуатации (в том числе для роботизированной деятельности), поскольку это существенно ограничивает массу полезной нагрузки, которую можно безопасно транспортировать к другим небесным телам и обратно.

Защита человека

С исследованиями человека тесно связаны здоровье и медицина в космосе (Hodkinson et al., 2017), позволяющие людям выдерживать воздействие космической среды в течение длительного времени, а также создание искусственных сред обитания в космосе и на других планетах. поддерживать разумное качество жизни человека. Задача здесь состоит в создании целостной искусственной среды для поддержания благополучия, физического и психического здоровья людей, средствами защиты от негативного воздействия космической среды (Гримм, 2019). ). Независимо от того, рассматриваем ли мы искусственный корабль для дальних космических путешествий, космическую платформу для крупномасштабного проживания людей или планетарную колонию, некоторые проблемы пересекаются. Эти пересекающиеся задачи включают необходимость создания эффективных замкнутых систем для пополнения ресурсов и сведения к минимуму отходов с общей целью создания искусственной экосистемы для долгосрочной поддержки человеческой жизни ³ .

Еще одним аспектом нашей потребности в защите и сохранении человеческой жизни является проблема планетарной защиты (Simpson, 2015).

Околоземные объекты, такие как астероиды или кометы, могут представлять серьезную угрозу. Хотя более мелкие объекты (такие как метеоры) ежедневно сталкиваются с нашей планетой и в основном сгорают во время путешествия через атмосферу, некоторые более крупные объекты могут выжить и столкнуться с поверхностью Земли со значительной энергией. Большинство кратеров, образованных более крупными объектами, столкнувшимися с Землей с момента ее образования, были стерты геологическими процессами на планетах, но десятки больших кратеров все еще видны (прекрасным примером является метеоритный кратер Барринджера шириной 1 км в Аризоне, который образовался ~50 000 лет назад в результате удара металлического объекта ~50 м в диаметре), которые служат напоминанием о том, что такие удары могут происходить. В зависимости от размера объекта, который может достигать сотен метров или километров в диаметре, и места удара, последствия могут варьироваться от относительно незначительных повреждений до крупной катастрофы, способной уничтожить жизнь в обширных регионах планеты, если не всю жизнь целиком. К счастью, вероятность этих событий очень мала, но их последствия драматичны, поэтому необходимо разработать соответствующие стратегии смягчения последствий. Все крупные космические организации (НАСА, ЕКА и т. д.) уделили некоторое внимание этому вопросу (Office of Audits, 2014) [Миссия ЕКА по столкновению с астероидом (AIM) и испытание НАСА по двойному изменению направления астероида (DART)], а Организация Объединенных Наций предпринял хорошие шаги для улучшения координации, создав Международную сеть предупреждения об астероидах и Консультативную группу по планированию космических миссий (SMPAG). Однако, поскольку это глобальная угроза, для эффективного реагирования необходим более высокий уровень международной координации и интеграции усилий отдельных организаций. Если угроза катастрофического удара крупного астероида материализуется, мир не может позволить себе беспорядочную и фрагментарную реакцию, подобную той, что наблюдалась во время прошлых глобальных кризисов (например, Covid-19).пандемия). Время будет ограничено, поэтому планы должны быть подготовлены и согласованы, готовы к выполнению, чтобы своевременно отреагировать и выполнить необходимую миссию.

С технической точки зрения, помимо проблем, связанных с улучшением возможностей обнаружения и прогнозированием потенциального воздействия, разработка и тестирование методологий и технологий для отклонения крупного объекта (поскольку в настоящее время это кажется наиболее реалистичным и эффективным методом вмешательства) должны перейти к дело в том, что его можно было развернуть с высокой степенью уверенности в его успехе.

Earth Environment

Следуя теме защиты Земли, изменение климата представляет собой серьезную угрозу для нашей окружающей среды с потенциально катастрофическими последствиями, и это область, в которой спутниковые технологии могут помочь в решении этой проблемы (Brünner et al. , 2018). ). В глобальном масштабе спутники предоставляют беспристрастную информацию для мониторинга окружающей среды, а также для разработки и проверки моделей, улучшающих наши возможности прогнозирования. Но необходимо приложить больше усилий для получения действенной информации, связанной с конкретными потребностями и проблемами, сводя огромное количество данных к более простым интерпретациям, которые могут быть информативными для политического дискурса.

Как институциональные, так и частные рынки наблюдения Земли (EO) требуют очень высокого разрешения и охвата, а также короткого времени повторного посещения с целью достижения наблюдения Земли в реальном времени. Существуют буквально сотни приложений, от наблюдения до мониторинга аварий и управления ресурсами, но все же они относительно мало распространены на рынке. Это становится очевидным, если мы сравним спутниковую ЭО со спутниковой связью, поскольку в последнем секторе существует множество чисто коммерческих организаций, которые работают (без институциональной поддержки) на рынке, управляемом пользователями, в то время как рынок ЭО по-прежнему чаще всего поддерживается институциональными бюджеты. Существует четкая тенденция к более коммерческому сектору EO, чему способствуют более дешевые спутники меньшего размера (Rycroft and Crosby, 2013) и несколько компаний, предлагающих экономически эффективные решения, обещающие технически приемлемую производительность по цене, которую может выдержать рынок. Однако на рынке, где еще слишком мало клиентов, существует очень высокая конкуренция.

Недорогие космические технологии

Демократизация и коммерциализация космоса очевидны в росте рынка кубсат (Davoli et al., 2019). Здесь космическое оборудование доступно по таким низким ценам, что оно привлекает растущее число клиентов (от космических агентств до таких учреждений, как университеты и школы), что, в свою очередь, позволяет создавать стартапы и дочерние компании. Однако производительность этих систем очень ограничена, и часто ограничения связаны с их физическими размерами (например, размер оптики ограничивает достижимое разрешение, или размер солнечных панелей ограничивает количество энергии, которое может быть получено). собираться). Это привело к разработке развертываемых структур для упаковки соответствующих элементов в небольшие (совместимые с кубсат) объемы, а затем развертывания их в космосе для достижения требуемого уровня производительности. Иногда они служат демонстрацией приложений, предназначенных для более крупных спутников, таких как паруса (Underwood et al., 2019).).

Существуют и другие технические проблемы, которые затрагивают все спутники меньшей массы, а не только кубсаты, и создают серьезные проблемы, например, необходимость достижения высокой стабильности платформы. Это имеет решающее значение для всех миссий, поддерживающих высокоточные оптические полезные нагрузки (например, камеры/телескопы высокого разрешения или системы лазерной связи) или устройства, требующие стабильности для инерциальных типов измерений. Проблема заключается в минимизации микровибраций, создаваемых основным бортовым оборудованием (Remedia et al., 2015), которые могут, например, вызывать неприемлемые колебания линии обзора. Эта проблема более серьезна для небольших судов, поскольку они имеют меньшую массу (инерцию), что, естественно, снижает уровень вибрации. Наземные испытания и моделирование для прогнозирования характеристик на орбите по-прежнему неточны, и практические приложения полагаются на использование больших запасов, а не на точные модели. Активный контроль микровибраций по-прежнему очень сложен и слишком дорог для реализации, особенно в нижней части рынка, где ожидается наибольший рост.

С точки зрения общей производительности, возможности cubesat часто переоцениваются неопытной публикой, и существует общая потребность в продуктах более высокого качества с задействованным оборудованием, которые по-прежнему остаются доступными.

Большие космические конструкции

На другом конце спектра по сравнению с кубсатами, с точки зрения размера, находятся большие космические конструкции (LSS). Они рассматривались и изучались десятилетиями, но реальный прогресс был медленным.

Возможность развертывания LSS является еще одним фактором, который, как и достижения в области двигателей, позволит использовать ряд приложений, но они представляют собой ряд серьезных проблем, которые зависят от конкретных областей.

С одной стороны, существуют такие инструменты, как телескопы, камеры и антенны, для которых требуются большие (> 10 м и, возможно, на порядок больше) высокоточные отражающие поверхности. Здесь существующие методологии (например, основанные на развертывании точно обработанных и отполированных зеркал, положение и форма которых могут регулироваться серией исполнительных механизмов) ограничены размером и количеством сегментов, которые могут быть развернуты [например, космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) ⁴ ] и общая ошеломляющая стоимость. Что касается антенн, было предложено множество развертываемых решений, от надувных до конструкций из тенсегрити, но Европе все еще необходимо разработать подходящее коммерческое решение для текущих и будущих приложений. В целом, необходимо внедрить новые облегченные технологии, чтобы повысить эффективность упаковки без ущерба для качества конечного отражателя.

С другой стороны, есть будущие приложения, такие как Satellite Solar Power ⁵, где сам размер конструкции (квадратные километры) является проблемой, а не геометрической точностью, которая должна быть достигнута при сборке конструкции. Должны быть достигнуты чрезвычайно малый вес и эффективность упаковки, а также возможности развертывания и сборки на орбите, которые выходят за рамки современного уровня техники.

Орбитальное обслуживание и активное удаление мусора

Это подводит нас к возможностям, предлагаемым роботизированным обслуживанием на орбите, и разработкой гибких технологий, которые могут поддерживать многоцелевые миссии. Эти возможности включают обслуживание и возможный ремонт существующих спутников, а также активное удаление мусора. Это не новые понятия, как в 1984 миссия космического корабля «Дискавери» STS-51-A вернула на Землю два старых уже не функционирующих спутника (вероятно, первый пример активного удаления мусора), а также миссия шаттла «Индевор» в 1993 г. (и другие последующие миссии) обеспечили необходимые исправления и услуги для космического телескопа Хаббл. Однако возможность здесь заключается в разработке роботизированных технологий (Wilde et al., 2019), способных выполнять такие задачи (Forshaw et al. , 2016) за небольшую часть стоимости. Некооперативная природа цели, которая может кувыркаться, представляет собой первую проблему для любого приближающегося транспортного средства, которое должно встретиться с этим объектом. Необходимо разработать (и стандартизировать) методы стабилизации цели и устройства для ее безопасного захвата, а также внести улучшения в относительную навигацию (навигация на основе зрения), аппаратное и программное обеспечение. Был достигнут некоторый прогресс, и некоторые устройства были протестированы на орбите (Aglietti et al., 2020), но мы все еще далеки от реальной возможности выполнять активное удаление мусора или обслуживание на орбите с достаточной уверенностью и по доступной цене.

В этой статье описаны некоторые проблемы, с которыми сталкивается космический сектор, но их гораздо больше, и они связаны с возможностями для новых разработок (например, те, которые предлагаются многофункциональными космическими конструкциями (Sairajan et al., 2016) или такие технологии, как оптическая и квантовая межспутниковая связь (Liao et al. , 2017). Решения различных проблем, которые со временем будут разработаны, обеспечат ступеньки для будущих приложений и предприятий, которые принесут пользу обществу во всем мире. 9Спутники на солнечной энергии DM Flournoy, Springer, 2011 — books.google.com

Ссылки

Альетти, Г.С., Тейлор, Б., Феллоуз, С., Салмон, Т., Ретат, И., Холл, А., и др. др. (2020). Активная миссия по удалению космического мусора RemoveDebris. Часть 2: операции на орбите. Акта Астрон. 168, 310–32. doi: 10.1016/j.actaastro.2019.09.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брюннер К., Кенигсбергер Г., Майер Х. и Риннер А. (ред.) (2018). Спутниковые наблюдения Земли: тенденции и вызовы для экономики и общества . Спрингер.

Google Scholar

Цукуртепе, Х., и Акгун, И. (2009). К системе управления космическим движением. Акта Астрон. 65, 870–878. doi: 10.1016/j.actaastro.2009.03.063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даволи Ф. , Курогиоргас К., Марчезе М., Панагопулос А. и Патроне Ф. (2019). Малые спутники и CubeSats: обзор структур, архитектур и протоколов. Междунар. J. Спутниковое сообщение. сеть 37, 343–359. doi: 10.1002/sat.1277

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Девезас, ТК (2018). Космические двигатели: обзорное исследование о современных и будущих технологиях. Дж. Аэросп. Технол. Управление . 10. doi: 10.5028/jatm.v10.829. [Epub перед печатью].

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Форшоу Дж. Л., Альетти Г. С., Наваратинам Н., Кадхем Х., Салмон Т., Писселуп А. и др. (2016). RemoveDEBRIS: демонстрационная миссия по активному удалению мусора на орбите. Акта Астрон. 127, 448–463. doi: 10.1016/j.actaastro.2016.06.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гохардани А.С., Станоев Дж., Демере А., Анфло К., Перссон М., Вингборг Н. и др. (2014). Движение за зеленые насаждения: возможности и перспективы. Прог. Аэросп. Наука . 71, 128–149. doi: 10.1016/j.paerosci.2014.08.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гримм, Д. (2019). Сборник под гостевой редакцией: гравитационная биология и космическая медицина. Науч. Респ. 9:14399. doi: 10.1038/s41598-019-51231-8

CrossRef Full Text | Google Scholar

Холл, М. (2020). Космические философии: кто, как, что?. Космическая Ежедневная . Доступно в Интернете по адресу: https://www.spacedaily.com/reports/NewSpace_Philosophies_Who_How_What_999.html

Google Scholar

Hodkinson, P.D., Anderton, R.A., Posselt, B.N., and Fong, K.J. (2017). Обзор космической медицины. Бр. Дж. Анаст. 119, и143–и153. дои: 10.1093/bja/aex336

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

МСЭ (2012 г.). Регламент глобальной широкополосной спутниковой связи . Доступно в Интернете по адресу: http://www.itu.int/ITU-D/treg/broadband/ITU-BB-~Reports_RegulationBroadbandSatellite. pdf

Google Scholar

Лал, Б., Балакришнан, А., Колдуэлл, Б. М., Буэнконсехо, Р. С., и Кариоша, С. А. (2018). Глобальные тенденции в области космической ситуационной осведомленности (SSA) и управления космическим движением (STM) . Документ IDA D-9074 Институт политики в области науки и технологий.

Google Scholar

Левченко И., Сюй С., Мазуффр С., Лев Д., Педрини Д., Гебель Д., Гарриг Л. и др. (2020). Перспективы, границы и новые горизонты для плазменных космических электрических двигателей выбирают редакторы. Физ. Плазма 27:020601. doi: 10.1063/1.5109141

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ляо, С., Юн, Х., Лю, К., Шенту, Г.-Л., Ли, Д.-Д., Лин, Дж., и др. (2017). Распределение квантовых ключей в свободном пространстве на большие расстояния при дневном свете для межспутниковой связи. Фотон природы 11, 509–513. doi: 10.1038/nphoton.2017.116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морозова Е., Васянин Ю. (2019). Международное космическое право и спутниковая связь. Оксфордская исследовательская энциклопедия планетологии . Доступно в Интернете по адресу: https://oxfordre.com/planetaryscience/view/10.1093/acrefore/9780190647926.001.0001/acrefore-9780190647926-e-75

Google Scholar

Office of Audits (2014). Усилия НАСА по идентификации объектов, сближающихся с Землей, и уменьшению опасностей ИГ-14-030 (А-13-016-00). Счетная палата — аудиторский отчет.

Google Scholar

Пелтон Дж. Н., Мадри С. и Камачо-Лара С. (2017). Справочник по спутниковым приложениям . Спрингер.

Google Scholar

Отчет PWC (2019 г.). Основные тенденции и вызовы в космической отрасли . Доступно на сайте: https://www.pwc.fr/fr/assets/files/pdf/2019/06/fr-pwc-main-trends-and-challenges-in-~the-space-sector.pdf

Академия Google

Ремедиа, М., Альетти, Г. С., и Ричардсон, Г. (2015) Стохастическая методология прогнозирования окружающей среды, создаваемой несколькими источниками микровибраций. J. Звуковой вибратор. 344, 138–157. doi: 10.1016/j.jsv.2015.01.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райкрофт, М. Дж., и Кросби, Н. (2013). Меньшие спутники: большой бизнес?: концепции, приложения и рынки для микро-/наноспутников в новом информационном мире . Спрингер.

Академия Google

Сайраджан, К.К., Альетти, Г.С., и Мани, К.М. (2016). Обзор технологий многофункциональных конструкций для аэрокосмических приложений. Акта Астрон. 120, 30–42. doi: 10.1016/j.actaastro.2015.11.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симпсон, М. К. (2015). «Планетарная оборона, глобальное сотрудничество и мир во всем мире», в Handbook of Cosmic Hazards and Planetary Defense , eds J. Pelton and F. Allahdadi (Cham: Springer), 1055–1067.

Google Scholar

Turner, MJL, Salgado, MCV, и Belderrain, MCN (2009). Движение ракет и космических аппаратов: принципы, практика и новые разработки, 3-е изд. .