Метео аппаратура

Назначение и состав метеокомплекса МР-700М

Бортовой комплекс метеорологической аппаратуры МР-700М обеспечивает получение, запоминание и передачу на наземные приемные пункты метеорологической информации, включая:

данные о пространственном и временном распределении облачности, снежного покрова и ледовых полей на освещенной и теневой стороне земного шара;
данные вспомогательной информации, необходимой для обработки метеорологической информации.

В состав метеокомплекса входят:

бортовая телевизионная аппаратура запоминания и непосредственной передачи информации на ППИ – МР-2000М1;
ИК аппаратура "Климат";
бортовая аппаратура преобразования, уплотнения и запоминания метеоинформации – МР-200М.

Кроме того в метеокомплекс входит аппаратура, которая осуществляет:

временное и частотное уплотнение метеоинформации для обеспечения её передачи на ППИ по одному радиоканалу;
преобразование в цифровую форму метеоинформации, требующей сохранения повышенной точности при запоминании и передаче;
обеспечение передачи метеоинформации в режиме НП на ППИ во время сброса запомненной информации для устранения пропусков;
управление работой систем метеокомплекса;
резервирование функциональных блоков с максимальным использованием перекрестного резервирования;
прием, необходимую обработку и передачу информации ряда приборов научной аппаратуры, установленных на КА.

Метеокомплекс МР-700М обеспечивает безоператорное функционирование в следующих режимах работы:

1) работа на дневных полувитках орбиты в следующих режимах:

режим, обеспечивающий получение и запоминание телефизионной информации (ЗИТВ);
режим, обеспечивающий получение и запоминание информации с ИК радиометра "Климат" (ЗИИК);
режим, обеспечивающий получение и запоминание цифровой информации ИК радиометра "Климат", приборов СФМ-2, КГИ-4С (канал КГИ-ШО) и сигнала "Важное событие" от БКА-1 (ЗИЦИ);

2) работа на ночных полувитках орбиты:

режим, обеспечивающий получение и запоминание ИК информации с ИК радиометра "Климат" (ЗИИК);
режим, обеспечивающий получение и преобразование в цифровой вид аналоговой информации, запоминание цифровой информации с ИК радиометра "Климат", приборов СФМ-2, КГИ-4С и сигнала "Важное событие" от БКА-1 (ЗИЦИ);

3) режим ВИ – режим передачи на ППИ запомненной информации ЗИТВ, ЗИИК и ЗИЦИ;

4) режим НП – режим получения и непосредственной передачи на ППИ информации, регистрируемой в зоне связи – НПТВ, НПИК, НПЦИ.

Телевизионная информация регистрируется аппаратурой МР-2000М1 вдоль витка на освещенной стороне земного шара.

ИК радиометр "Климат" регистрирует электромагнитные излучения в участке спектра от 10,5 до 12,5 мкм и диапазоне температур от 313 до 223° К на ночной и дневной стороне орбиты.

Блок обработки и формирования ИК сигналов (БПС) осуществляет:

временное преобразование принимаемого ИК сигнала;
формирование выходных сигналов и их одновременную выдачу по каналам: ИКЗИ, ИКНП и ИКЦИ.

Основная задача БПС заключается в устранении нелинейности распределения элементов в принимаемом аналоговом сигнале и "растяжке" рабочего участка строки в выходных сообщениях.

Выходные сигналы цифровой информации аппаратуры МР-200М представляют собой двоичную последовательность с параметрами:

для сигнала ЗИЦИ:
для сигнала НПЦИ:

В качестве устройств, обеспечивающих запоминание метеоинформации, используются устройства магнитной записи (УМЗ) – МР-2030М, МР-203М, МР-730М.

Время записи УМЗ – 130 мин.

Воспроизведение информации с УМЗ в зоне связи осуществляется в последовательности: МР-2030М – МР-730М – МР-203М.

Отношение скоростей записи и воспроизведения составляют:

МР-2030М – 1:10;
МР-730М – 1:20;
МР-203М – 1:25.

Передача группового сигнала метеорологической информации на ППИ осуществляется по радиолинии с частотой несущей 466,5± 0,3 МГц.

Управление метеокомплексом осуществляется по командам управления, выдаваемым по КИС "Компарус-А2", либо по программам управления от бортовой управляющей машины.

Бортовая телевизионная аппаратура МР-2000М1

Аппаратура МР-2000М1 предназначена для получения изображения облачного, снежного и ледового покровов вдоль витка на освещенной стороне Земли, запоминания телевизионного изображения на борту и выдачи запомненного и непосредственно получаемого изображения на бортовую систему частотного уплотнения (радиолинию) для передачи на наземные пункты приема информации (ППИ).

Технические характеристики:

информация регистрируется в видимом участке спектра электромагнитных волн от 0,5 до 0,8 мкм на дневных полувитках орбиты при высоте Солнца не менее 5 град;
ширина полосы обзора не менее 2900 км;
параметры сканирования:

проекция апертуры на местности в надире в направлении строки и полета не хуже 0,7ґ 1,4 км соответственно;
число воспроизводимых градаций яркости при выдаче ступенчатого полутонового клина с диапазоном яркости 25 – не менее 8;
режимы работы:
максимальная продолжительность непрерывной работы в каждом из режимов:
потребляемая мощность по цепи питания:
время подготовки аппаратуры к работе – не более 30 с;
гарантированный полетный ресурс работы при числе циклов не более 6000 – не менее 5000 часов;
вес аппаратуры – 55 кг.

Аппаратура МР-2000М1 является автоматически действующей (безоператорной) бортовой телевизионной системой, состоящей для повышения надежности из двух одинаковых полукомплектов. В состав одного полукомплекта входят:

телевизионная камера МР-2010М;
автоматическое программное устройство;
устройство магнитной записи МР-2030М;
блок канала.

В аппаратуре предусмотрено перекрестное резервирование блоков, входящих в полукомплекты.

Механизм развертки телевизионной камеры производит построчное развертывание передаваемого сюжета с помощью сканирующего зеркала. Световой поток, отраженный от зеркала, попадает через объектив на фотоэлектронный усилитель (ФЭУ), где преобразуется в видеосигнал. С ФЭУ видеосигнал поступает на блок нормирования сигнала, представляющий собой набор нагрузок ФЭУ, где происходит стабилизация (нормализация) уровня видеосигнала на выходе камеры.

В блоке формирования полного ТВ сигнала возможна дискретная регулировка усиления видеосигнала при помощи реверсивного счетчика по командам от системы управления КА.

Формирование полного ТВ сигнала происходит путем замешивания служебного кода, поступающего с блока формирования служебного кода в видеосигнал во время обратного хода по строке.

С выходов блока формирования полного ТВ сигнала видеосигнал поступает в устройство магнитной записи МР-2030 (при работе аппаратуры в режиме записи). В устройстве МР-2030 происходит преобразование ТВ сигнала в частотно-модулированный сигнал, удобный для записи на магнитную ленту.

ИК аппаратура "Климат"

ИК аппаратура "Климат" предназначена для получения в ИК диапазоне спектра электромагнитных волн глобального и локального изображения облачности, поверхности Земли, ледового и снежного покровов, а также данных для определения температуры морской поверхности при безоблачной атмосфере и температуры верхней границы облаков на дневной и ночной стороне орбиты.

Технические характеристики аппаратуры:

диапазон спектральной чувствительности, мкм
углы зрения, мрад, не более
диапазон преобразуемых радиационных температур от 223 до 313° К;
выходное напряжение от –0,05 до +5 В;
СКО погрешности преобразования – 1К на уровне 313К и 3К на уровне 223К;
частота сканирования 2Гц;
угол сканирования не менее +48;
уровень "горячего" 4-5 В;
уровень "холодного" -0,05 - +0,05 В;
параметры маркерных импульсов: амплитуда 4,5+0,5 В;
длительность 5± 1 мкс
масса аппаратуры около 100 кг;
энергопотребление не более 190 Вт.

Оптическая система ИК аппаратуры "Климат" включает в свой состав сканирующее устройство, фокусирующий объектив и светофильтр. В связи с высокими требованиями по надежности, а также ограничениями по габаритам и массе, оптическая система содержит минимальное количество оптических элементов: плоское сканирующее зеркало, параболическийотражательный объектив и светофильтр.

При помощи сканирующего зеркала производится сканирование по земной поверхности, а также визирование двух калибровочных источников излучения: модели абсолютного черного тела с температурой 313К ("горячий" излучатель) и космического пространства, которое в данном случае имитирует нулевой ("холодный") уровень излучения. Диапазон спектральной чувствительности аппаратуры формируется светофильтром и фотоприемником.

Основной задачей аппаратуры является преобразование потока излучения пропорционального радиационной температуре исследуемых объектов в эквивалентное напряжение видеосигнала.

Процесс линейного преобразования излучения в напряжение видеосигнала осуществляется следующим образом: сканирующее зеркало направляет поток излучения на объектив, который формирует изображение исследуемого объекта в плоскости расположения чувствительной площадки приемника, в котором осуществляется фотоэлектрическое преобразование потока излучения в напряжение видеосигнала.

Высокая чувствительность фотоприемника обеспечивается глубоким охлаждением его чувствительной площадки размером 0,15x0,3 мм² с помощью микрокриогенной системы охлаждения МСМГ-7Г-1,8/80.

С целью исключения попадания излучения Солнца на фотоприемник сканирующее зеркало с помощью арретира устанавливается в положение, при котором на фотоприемник поступает излучение только от корпуса объектива.

С целью достижения высоких показателей надежности электронные блоки имеют холодный резерв.

В ИК аппаратуре "Климат" имеется устройство обработки сигнала (БПС), которое предназначено для преобразования в реальном масштабе времени аналогового сигнала по специальному алгоритму, а также для выдачи обработанной информации.

БПС выдает информацию по трем независимым каналам: ИКЗИ, ИКНП, ИКЦИ. Информация по каждому каналу вырабатывается построчно. Строка включает в себя рабочий участок и участок служебной информации.

Аналоговый ИК сигнал поступает в аппаратуру МР-200М для его преобразования в цифровой вид, запоминания и подачи на вход радиолинии в виде сигналов НПЦИ и ЗИЦИ.

Спектрофотометр СФМ-2

Спектрофотометр СФМ-2, созданный КБ "Экон" г. Минск для определения вертикального распределения озона на высотах 35-75 км, с 1985 г. шесть раз выводился в космос на КА серии "Метеор-3". Измерения профилей содержания озона проводились в широтной зоне 45-80° северной широты и 30-60° южной с пространственным разрешением 8 км по вертикали и 300 км по горизонтали и со среднеквадратической погрешностью не более 5%.

Прибор представляет собой совокупность четырех соосных фотометров, каждый из которых содержит по ходу луча полевую диафрагму, пленочный фторпластовый ослабитель света, интерференционный светофильтр и фотоприемник. Оптические оси фотометров лежат в одной плоскости и наклонены к установочной плоскости корпуса под углом 29° 36' . Поле зрения каждого оптического канала составляет по углу места 10° и 40° по азимуту. Измерения прямой солнечной радиации охватывают следующие спектральные участки в полосе поглощения озона: 265-270 (1 канал), 290-295 (2 канал), 310-315 (3 канал) и 350-380 нм (4 канал). Полоса пропускания каждого канала не более 10 нм. Схема измерений показана на рисунке. На космический аппарат установлены два прибора. Один из них (СФМ-2А) работает на заходе Солнца, второй (СФМ-2Б) – на восходе. При параметрах солнечно-синхронной орбиты КА "Метеор-3М" №1 прибор СФМ-2А служит для зондирования в северном полушарии, а СФМ-2Б – в южном.

Команда на включение СФМ-2А подается за 15 мин. 10 с до захода КА в тень. В этот период прибор "видит" рассеяную радиацию. Через некоторое время, определяемое взаимным расположением КА и Солнца, прямой солнечный свет попадает на входы фотометров и фиксируется внеатмосферный уровень излучения Солнца. Затем, когда оси визирования каналов проходят через озонный слой, выходные сигналы фотометров начинают падать вследствие поглощения света озоном и достигают нуля при входе прибора в тень. Этот участок циклограммы является информативным. В обратном порядке изменяются сигналы каналов СФМ-2Б. По величине ослабления солнечного излучения, рассчитываемого по двум информативным интервалам на витке, рассчитывается количество поглотителя (озона) на пути вдоль направления визирования, а затем вертикальные профили содержания озона. Восстановления высотных распределителей О3 будут производиться в широтной зоне 45-80° с.ш. и 30-60° южной с разрешением по вертикали 8 км и 300 км по горизонтали со среднеквадратической погрешностью определения послойного содержания озона на высотах 35-80 км не превышающей 5%.