1-бөлім: Жерді қашықтықтан бақылаудың мәні, құралдары және дамуының тарихи-географиялық кезеңдері
1. Жерді қашықтықтан бақылау (ЖҚБ) ұғымының ғылыми мәні неде және бұл жүйеде ғарыштық аппараттардың атқаратын ролі қандай?
Қашықтықтан бақылау – географиялық нысандар, құбылыстар мен үдерістер туралы ақпараттарды арнаулы құралдардың көмегімен алыс қашықтықтан алу үдерісі. Бұл жүйеде жердің жасанды серіктерінің, ғарыш кемелері мен орбиталық стансылардың көмегімен ғарыштан ақпарат жинау ерекше және негізгі орын алады.
2. Қашықтықтан бақылау ақпараттарын жинауда қолданылатын негізгі техникалық құралдар мен ұшу аппараттарының түрлерін атаңыз.
Ақпарат жинайтын арнаулы құралдарға фото және телекамералар, радиолокаторлар (радарлар) мен лазерлік локаторлар (лидарлар) жатады. Ал бақылау жұмыстары субеті және суасты кемелерінен, әуе шарларынан, тікұшақтар мен ұшақтардан, ұшқышсыз басқарылатын аппараттар мен ғарыштық ұшу кешендерінен жүргізіледі.
3. Жерді ғарыштан түсірудің алғашқы тарихи қадамдары қай кезеңде басталды және бұл саланың алғашқы монополистері қай мемлекеттер болды?
Жерді ғарыштан түсірудің алғашқы қадамдары 1950 жылдың соңы мен 1960 жылдың басында АҚШ пен КСРО-ның барлаушы Жер серіктерін ұшыруымен басталды. Осы уақыттан бастап жиырма жылдай уақыт бойы бұл саланың негізгі монополистері АҚШ пен КСРО мемлекеттері болды.
4. 1970–1980 жылдары ЖҚБ жүйесінің халықаралық құрамында қандай өзгерістер болды және қазіргі жаһандық даму деңгейі қандай?
1970–1980 жылдары ЖҚБ жүйесінің элиталық клубы Қытай, Франция, Үндістан, Израиль және Жапония мемлекеттерімен толықты. Қазіргі уақытта ЖҚБ серіктерін ұшырған елдердің саны 50-ден асса, оның ғарыштық нәтижелерін дүниежүзіндегі 150-ден астам мемлекет өз қажеттілігіне пайдаланады.
5. Қазақстанның жеке ғарыштық ЖҚБ жүйесінің құрылымдық компоненттері мен олардың функционалдық міндеттері қандай?
Қазақстандық ғарыштық ЖҚБ жүйесі екі Жер серігінен (KazEOSat-1 және KazEOSat-2) және екі жербеті орталығынан тұрады. Бірінші орталық Жер серігінен келген ақпаратты қабылдап, өңдеп таратумен айналысса, екінші орталық тікелей Жер серіктерінің орбитадағы жұмысын басқарады.
2-бөлім: Ғарыштық бақылаудың физикалық негіздері, спектрлік диапазондар және түсіру әдістерінің жіктелуі
1. Жерді ғарыштан бақылау әдістері қандай физикалық құбылысқа негізделген және радиациялық ағындардың таралу сипаты қандай?
Жерді ғарыштан бақылау табиғи нысандарға шағылған радиация ағынын өлшеуге негізделген. Бұл радиациялық ағындар электрмагниттік толқындар түрінде (жарық, жылу және радиотолқындар формасында) жарық жылдамдығымен, яғни 300 мың км/сек жылдамдықпен қозғалады.
2. Электрмагниттік спектр дегеніміз не және оның құрамына енетін негізгі алты диапазонды жүйелеп көрсетіңіз.
Әр электрмагниттік толқын түрінің өзіндік тербеліс жиілігі мен ұзындығы болады, осы барлық толқын ұзындықтарының үйлесімін электрмагниттік спектр деп атайды. Оның құрамына 6 диапазон кіреді: гамма-диапазон, рентген, ультракүлгін, айқын, инфрақызыл және радиодиапазон.
3. Атмосфераның сәуле өткізу қасиетін ескере отырып, ғарыштан Жерді түсіруде спектрдің қандай толқындары қолданылатынын және олардың тиімділігін түсіндіріңіз.
Атмосфера гамма, рентген және ультракүлгін сәулелерді өткізбейтіндіктен, ғарыштан түсіру үшін көрінетін, инфрақызыл және радиодиапазондық толқындар қолданылады. Көрінетін диапазондағы түрлі түсті суреттер өте ақпаратты болғанымен, оларға бұлттылық кедергі келтіреді; ал инфрақызыл мен радиотолқындар Жерді түнде де, бұлт арқылы да «көре алады».
4. ЖҚБ-дағы белсенді және белсенді емес түсіру әдістерінің негізгі технологиялық айырмашылығын фотоаппарат мысалында қалай түсіндіруге болады?
Белсенді әдісте Жер серігі Жерге өз борттық энергия көзінің (радиолокатор, лазер) сигналын жіберіп, оның шағылған бейнесін тіркейді (фотоаппараттағы жарқыл режимі сияқты). Белсенді емес әдісте нысанның өзі бөлетін табиғи жылу немесе оның бетінен шағылған күн энергиясы ғана тіркеледі (фотоаппараттың қалыпты жарқылсыз түсіруі тәрізді).
5. Ғарыштық ақпараттарды толық қамту үшін жасалатын «шифрды айырып оқу» үдерісі мен оның құрамына кіретін қосымша зерттеу түрлері қандай?
Шифрды айырып оқу – ғарыштық түсірілімдерде (фотографиялық, сканерлік, жылулық т.б.) не бейнеленгенін түсініп, толық ақпарат алу үшін суреттердің мағынасын ашу үдерісі. Ол үшін далалық (топырақ пен өсімдікті зерттеу), зертханалық (тау жыныстарының сәуле шашу спектрлерін айқындау) және ұшақтық (ауа температурасын өлшеу) жұмыстары қосымша жүргізіледі.
3-бөлім: «Terra» серігінің көпспектрлі кескіндерін синтездеу, шифрды ашу және сканерлік түсірілімнің математикалық-техникалық параметрлері
1. АҚШ-тың (НАСА) «Terra» серігі түсірген 16а және 16b суреттерінің комбинациялары географиялық зерттеулерде қандай мақсатта пайдаланылады?
16a суреті шынайы түсте Каспийдің жалпы бейнесін, бұлттылықты, Жайық аңғарын, Аралдың тартылған табанын және өрт ошақтарын (қызыл нүктелер) көруге мүмкіндік береді. Ал 16b суреті (қызыл сүзгі мен екі инфрақызыл бейне синтезі) қар мен мұзды анықтау үшін қолданылады, мұнда мұз кристалдары қалыңдығына қарай ашық қызыл немесе өрік түсті болып көрінеді.
2. Көпспектрлі 16с және 16d суреттерінің шифрларын ашу кезінде табиғат нысандары мен жылу ағындары қалай жіктеледі?
16c сурет композиты өрт пен түтінді қызыл/қызғылт қоңыр, өсімдікті ашық жасыл, суды қара түспен көрсетеді. 16d инфрақызыл суретінде беткі температураға байланысты шағылысқан күн жылуының ағыны тіркеледі: ашық қызғылт түс күшті жылу ағынына (жоғары температура), ал қара көк түс әлсіз жылу ағынына сәйкес келеді.
3. Каспий аймағындағы ең жоғарғы (+50°С) және ең төменгі (–10°С) температуралық көрсеткіштер негізінде бұлттардың жоғарғы шегарасының биіктігі қалай есептеледі?
Екі көрсеткіштің арасындағы температура айырмашылығы 60°С-ты құрайды [+50° – (–10°)]. Биіктікке көтерілген сайын ауа температурасы әр километрде 6°С-қа төмендейтін заңдылықты негізге алып, 60° : 6° С/км формуласы арқылы бұлттардың жоғарғы шегарасы 10 км биіктікте орналасқаны анықталады.
4. Сканерлік түсірілімнің жүзеге асырылу механизмі қандай және оның кәдімгі фотосуреттерден басты географиялық артықшылығы неде?
Сканерлік түсірілім ұшу траекториясына көлденең тербелетін айнаның көмегімен Жер бетін жолақтар бойымен қарастырып, сәулені қабылдағыш арқылы электр сигналына айналдыру жолымен ұзын, тар кескіндер береді. Оның басты артықшылығы – аумақты өте кең қамтуында (мысалы, «Terra» серігі бір айналғанда Атлант мұхитының аумағындай жерді қамтиды).
5. Орбиталық фотокамералардың көпзоналық түсіру мүмкіндігі мен бейнелерді синтездеудің (біріктірудің) ғылыми маңызы қандай?
Орбиталық камералар бір уақытта спектрдің көрінетін диапазонында (қызыл, жасыл, көк) және бірнеше инфрақызыл зоналарында түсірілім жасай алады. Бұл бейнелерді жербеті орталықтарында әртүрлі комбинацияларда біріктіру (синтездеу) арқылы қарапайым табиғи суреттерде көрінбейтін жасырын, маңызды ақпараттарды айқындауға мүмкіндік туады.