СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблемы исследования Луны
1.1 Опасности лунной пыли
1.2 Лунные пылевые бури
2. Трехмерная карта луны
2.1 Программа NASA World Wind
3. Вода на луне и новые технологии
3.1 Поиск воды на луне этап первый
3.2 Поиск воды на луне этап второй
3.2.1 О приборе LEND
3.2.2 Голубой лед
3.3 Поиск завершен. Этап последний
4. Некоторые алгоритмы обработки данных
4.1 Предварительный фрактальный тест
4.2 Прямоугольный тест
4.3 Алгоритм СХЕМА
4.4 База данных информационной справочной системы номенклатуры лунных образований
5. Пример одной программы
6. Модель Лунной Станции
Заключение
Библиографический список
Введение
Луна - наша ближайшая соседка в космическом пространстве. Но на расстоянии 384 000 км, разделяющем нас, невозможно увидеть детали размерами менее километра. И только развитие космических исследований открыло возможности для детального изучения лунной поверхности. Шестидесятые годы долго будут вспоминаться как десятилетие, ознаменовавшееся одним из величайших технических 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 перед тем как создавать долгосрочную базу на Луне, необходимо в подробностях изучить лунную "действительность". 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 для нас атмосферы, нет рек и озёр, растительности и 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 ее уникальные условия и ресурсы.
Луна представляется привлекательной объектом исследования из-за вероятного наличия там воды и других полезных ископаемых, которые могут быть использованы для решения задач энергетики на Земле и обеспечения полётов к планетам Солнечной системы. Вполне может оказаться так, что страны, приступившие к всестороннему освоению Луны первыми, окажутся в более выгодном стратегическом положении по сравнению с остальными государствами.
В настоящее время ведется проработка нескольких перспективных лунных проектов.
1.1 Опасности лунной пыли
Ученые и инженеры решают, как доставить космонавтов на Луну, создать там поселения и с помощью полезных ископаемых, добытых из лунного грунта, создать все необходимые вещи – от строительных материалов до ракетного топлива. Единственной серьезной проблемой для всех этих планов является вездесущая лунная пыль. Она попадает везде, набивается в герметичные уплотнители и обдирает поверхность скафандров. Также легко она накапливает электрический заряд, поэтому может парить над поверхностью Луны и прилипать к лицевым панелям скафандров и линзам камер. 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. Аналогичным образом он однажды поместил маленький образец лунного грунта, привезенный астронавтами программы Apollo, в печь и обнаружил, что он сплавился за 30 секунд при мощности всего 250 ватт.
Лунная почва - реголит - образуется, когда микрометеориты врезаются в камни и песок при скоростях в десятки километров в секунду, расплавляя их в стекло. Оно содержит нанометровые вкрапления чистого железа. Именно они эффективно концентрируют энергию микроволновых лучей, превращая все остальное рыхлое вещество в цельные куски. [1]
Проведенный в микроволновой печи эксперимент позволил Тейлору предложить образец лунных машин, которые будут переплавлять 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. Плавление лунной пыли в микроволновой печи на Земле не совсем похоже на тот же самый процесс в условиях Луны. Исследователи должны будут проработать все детали процесса, чтобы создать прочный, однородно расплавленный материал. Между тем, идея является многообещающей: таким способом можно изготавливать стартовые площадки для ракет, дороги, кирпичи для строительства и многое другое.
1.2 Лунные пылевые бури
Каждое лунное утро, когда Солнце впервые освещает ее поверхность после двухнедельной ночи, начинается странная буря. В следующий раз, когда вы будете смотреть на Луну, отметьте линию терминатора (линию, разделяющую лунный день и ночь). Именно здесь и происходит пылевая буря, простирающаяся от южного до северного полюса, следующая за линией терминатора.
Хотя большинство и не слышало об этом, ученые крайне уверены, что подобные бури – реальность. 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 бомбардировали Луну практически непрерывно, разрушая горные породы. Именно по этой причине там так пыльно. В настоящее время удары тоже продолжаются, хотя и значительно реже.
Еще более удивительным было то, что уже через несколько часов после лунного восхода солнца температура оборудования взлетала так высоко, что его приходилось отключать из-за перегрева. Это может быть объяснено тем, что электрически заряженная пыль прилипала к приборам, приводя к поглощению, а не отражению света, предполагает Олхоефт.
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. Так, при полетах вокруг Луны, экипажи Apollo 8, 10, 12, и 17 отмечали "сумеречные лучи", где солнечный свет частично проходил через пыль, висящую над поверхностью. Такое происходило во время каждого лунного восхода и заката. Космический аппарат Surveyor также фотографировал сумеречные отблески горизонта, во многом похожие на то, что 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 Apollo, никогда не присутствовавших при лунном восходе Солнца, новые исследователи должны будут основать постоянное поселение. Стена пыли, возникающая 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 выложило в интернет трехмерные карты Луны великолепного качества. С помощью специальной программы можно тщательно изучить поверхность нашего спутника.
В дистрибутиве программы NASA World Wind содержатся полные карты лунной поверхности.
Максимальное разрешение составляет 20 метров на пиксель - это гораздо выше, чем на сайте Google Moon. Кроме того, никогда еще мы не имели возможность увидеть Луну в трехмерной графике. Это первая программа такого рода. Изначально программа NASA World Wind, как и Google Earth, и другие аналогичные проекты, была разработана для визуализации земных картографических данных. 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.
Сверхподробные карты лунной поверхности были получены с лунного 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, для отображения облачности, землетрясений, ураганов в приближенно к реальному времени и ряд других. В геопортале используется принцип открытой структуры, Open Source Agreement позволяет пользователям модифицировать саму программу, создавая к ней дополнения и расширения, а также составлять собственные подборки данных. Учитывая наличие уже готовых модулей, это превращает World Wind в уникальное средство для научных исследований и обучения.[6]
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 NASA сообщило, что присутствие водяного льда в кратерах у южного полюса доказано. Именно наличие воды считается важнейшей предпосылкой быстрого освоения Луны. Кроме того, вода ещё и дешёвое сырьё для производства ракетного топлива. Не исключено, что вместе с развитием новых ракетных технологий можно ожидать нового витка развития человечества. [7]
Неизбежно коренное техническое перевооружение космической отрасли. Космонавтика изменится так же, как изменилась авиация с приходом реактивных моторов. 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. Так, электрические ракетные двигатели — плазменные и ионные — дают ничтожную тягу, измеряемую в граммах и долях грамма, а их удельная мощность смехотворна. Однако при этом электрические двигатели примерно в 10 раз экономичнее химических. Компании Ad Astra Rockets удалось создать электроракетный двигатель с приемлемой мощностью (500 г) и перспективой её дальнейшего наращивания. При этом плазма ни в одной точке не соприкасается с деталями аппарата, удерживаясь электромагнитными полями, — как следствие, он сможет работать много месяцев и даже лет без деградации 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. При этом энергию для работы двигателя станция получит от солнечных батарей. Экономия — двадцатикратная. [8]
3.1 Поиск воды на луне этап первый
Космический телескоп Hubble сделал серию фотографий Луны в ультрафиолетовых лучах, чтобы найти подходящее место для высадки будущих экипажей, как сообщается на сайте NASA. Поскольку на Луне нет даже следов атмосферы, для длительного пребывания там астронавтов нужны кислородсодержащие минералы, которые теперь пытаются обнаружить на снимках.
Астрономы отмечают, что эту задачу нельзя назвать обычной для Hubble, поскольку телескоп изначально предназначался для наблюдений за более удаленными и менее яркими объектами. Однако новые снимки получились самыми детализованными из всех, которые когда-либо были сделаны земными или околоземными приборами.
После того, как в 60-х годах прошлого века на землю были доставлены первые образцы лунного грунта, там был найден ильменит - смешанный оксид титана и железа, откуда в принципе можно извлечь кислород. Поскольку ильменит присутствовал в районе приземления американского корабля Apollo 17, фотографии этого участка приняли за эталон, с которым следует сверять остальные.
Астрономы считают, что залежи минерала находятся также внутри 40-километрового кратера Аристарх, на необычный вид которого в ультрафиолетовых лучах впервые обратили внимание еще в 1911 году. Впрочем, из-за высокой радиоактивности этого участка, которую связывают с распадом радона, высадка там едва ли возможна. [11]
Известно, что NASA собирается до 2018 года снова отправить людей на Луну. Что касается извлечения кислорода, то этот процесс собираются сначала в деталях отработать на Земле, причем аэрокосмическое агентство объявило уже 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 главным образом направлена на получение более подробной информации о лунной поверхности. Спутники будут делать снимки высокого разрешения, которые впоследствии станут изучаться учеными (рис.2)
После перелета разведчик LRO выйдет на рабочую окололунную орбиту высотой 50 км, с которой будет вести с помощью ЛЕНДа поиск водяного льда на Луне.
В целом миссия LRO призвана обеспечить решение трех практических задач освоения Луны. Во-первых, исследовать оптимальные районы посадок на нее перспективных автоматических и пилотируемых аппаратов. Во-вторых, провести разведку водных ресурсов и потенциально полезных ископаемых в лунных недрах. В-третьих, изучить радиационную обстановку на Луне с точки зрения воздействия на человеческий организм. [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 анализа данных измерений. Примечательная особенность проекта в том, что он находится не в ведении управления НАСА, отвечающего за космическую науку, а относится к управлению, курирующему работы по освоению 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. При этом нейтроны частично поглощаются и замедляются ядрами основных породообразующих элементов. Выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава слагающих его веществ и в первую очередь – от присутствия в нем водорода и водородосодержащих соединений. Отслеживая изменения в поглощении, детекторы нейтронов могут с орбиты определять изменения содержания водорода в поверхностном слое. Поскольку водород - один из двух основных компонентов воды, то тем самым можно оценить ее количество в грунте. [9]
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 "Атласа-5" - его последняя ступень - "Центавр" массой свыше двух тонн врежется в лунную поверхность. 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 несложно догадаться, данный полет зондов является первым шагом на пути освоения поверхности Луны для дальнейшей возможной ее колонизации. Этот естественный спутник Земли – ближайший плацдарм человеческой экспансии, где очевидно, будут созданы первые внеземные базы. Их обитателям понадобится как вода, так и ее компоненты – кислород и водород. Первый для дыхания, второй – как топливо для ракет, опять же в сочетании с кислородом. Если вода на Луне будет найдена, то ее не придется доставлять с Земли, что значительно облегчит лунную колонизацию. Кроме того, спутники нацелены на поиски источников ресурсов и на ряд других задач, связанных с испытанием новейших технологий.
На протяжении четырех месяцев космические аппараты будут изучать лунную поверхность, а затем отправятся 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.
Как заявили представители НАСА, первоначальные данные, полученные в результате исследования, свидетельствуют о том, что "в ходе миссии, к счастью, удалось обнаружить воду". [10]
4. Некоторые алгоритмы обработки данных
4.1 Предварительный фрактальный тест
Как правило, структура естественных ландшафтов самоподобна в большом 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
28-04-2015, 23:36