Цели и задачи космической биотехнологии

Глоссарий.

1. GPS (Global Positioning Systems) — глобальная система позиционирования. 

 
2. ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система. 

 
3. SPS (Standard Positioning Service) — стандартная точность измерений. 

 
4. PPS (Precise Positioning Service) — прецизионное определение местоположения. 

 
5. NAVSTAR (NAVigation System with Time And Ranging) — навигационная система определения времени и дальности. 

 
6. C/A (Coarse Acquisition) — грубый захват. 

 
7. S/A (Selective Availability) — избирательный доступ.

 

8. СРНС – спутниковая радионавигационная система

 

9. ЕС КВО – Единая глобальная система координатно-временного обеспечения

 

10. КА – космический аппарат

 

11. НКА – навигационный космический аппарат

 

12. ЭО –эфемеридное обеспечение

 

13. UTC – координированное всемирное время

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Цели и задачи Казкосмоса
2. О программе развития космической отрасли Казахстана
3. Практическое использование космоса
4. Космические системы с использованием космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)
5. Программа пилотируемых полетов
6. Координатно-временное обеспечение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цели и задачи Казкосмоса

Национальное космическое агентство  Республики Казахстан — орган исполнительной власти Республики Казахстан, входящий в состав правительства Республики Казахстан, осуществляющий функции по оказанию государственных услуг, по управлению государственным имуществом и правоприменительные функции в сфере исследования, использования космического пространства в мирных целях, международного сотрудничества в реализации совместных проектов и программ в области космической деятельности.

27 марта 2007 года президент Казахстана Нурсултан Назарбаев подписал Указ № 502 «Об образовании Национального космического агентства Республики Казахстан». В соответствии с Указом упразднён Аэрокосмический комитет Министерства образования и науки Республики Казахстан и образовано Национальное космическое агентство Республики Казахстан, как самостоятельная единица в структуре правительства.^[1]

Председателем агентства  назначен генерал-лейтенант Талгат Амангельдиевич Мусабаев.

В ведении национального  космического агентства Республики Казахстан находятся такие организации  как:

• АО «Республиканский центр космической связи»,
• АО «Национальный центр космических исследований и технологий»,
• Республиканское государственное предприятие «Инфракос» 

Цель программы:   

Реализация первого этапа создания полноценной космической отрасли.

Основными задачами Казкосмоса в сфере его деятельности являются:

• Формирование единой государственной политики в области космической деятельности и обеспечение реализации ее основных направлений;
• Осуществление в пределах своей компетенции государственного регулирования и координации деятельности в космической сфере;
• Формирование и развитие космической отрасли в Республике Казахстан;
• Создание условий для формирования рынка космических технологий и услуг;
• Создание законодательной базы космической деятельности в Республики Казахстан;
• Осуществление государственного контроля в области космической деятельности;
• Осуществление международного сотрудничества в области космической деятельности;
• Координация работ в пределах своей компетенции в аренде Российской Федерации комплекса «Байконур».

2. О программе развития космической отрасли Казахстана     

  Как показывает мировой опыт, одним из эффективных путей  создания основ высокотехнологичной  индустрии является развитие  космической деятельности, реализация  космической программы страны  и внедрение космических технологий  в промышленное производство. Ведь  очевидно, что в экономике ведущих  стран мира наблюдается устойчивая тенденция возрастания роли наукоемких, ресурсосберегающих технологий и производств.

  Космонавтика для Казахстана  с его огромной территорией  и богатейшими ресурсами - это  сфера геополитических, экономических  и научно-практических интересов.  Без нее крайне сложно создать  единое информационное пространство  в нашей стране, изучать и рационально  использовать ее природные ресурсы,  проводить экологический мониторинг. Причем во многих случаях альтернативы  возможностям, предоставляемым ею, пока не существует. Освоение  космоса открыло людям безграничные  возможности по решению принципиально  новых задач в организации  связи и многоканального телевизионного  вещания, высокоточного определения  мест нахождения различных объектов  и управления их движением,  метеорологии и многого другого. 
Как известно из международной практики, существуют два основных пути вхождения в клуб космических стран. Первый путь предполагает приобретение готовых космических систем и услуг за рубежом. Однако при этом государство не получает практического опыта и не развивает базовой инфраструктуры.

Второй  путь, более сложный и долгий, так как ставит во главу угла создание собственной космической инфраструктуры и соответствующих технологий. Именно такие государства являются полноценными космическими державами. Большинство  современных стран мира идут по первому  пути. Казахстан же выбрал второй, осознавая  всю сложность, но и перспективность  этого выбора.

Для современного Казахстана космонавтика – это уже не только предмет  национальной гордости. Освоение и  использование околоземного пространства призвано стать серьезным ресурсом национального развития, реального  повышения качества жизни людей. Космическая деятельность для нашей  республики с ее огромной территорией  и богатейшими ресурсами –  это сфера геополитических, экономических  и научно-практических интересов. Без  нее крайне сложно создать единое информационное пространство в нашей  стране, изучать и рационально  использовать ее природные ресурсы, проводить экологический мониторинг. Причем во многих случаях альтернативы возможностям, предоставляемым ею, пока не существует. Освоение космоса  открывает людям безграничные возможности  по решению принципиально новых  задач в организации связи  и многоканального телевизионного вещания, высокоточного определения  мест нахождения различных объектов и управления их движением, метеорологии и многого другого. Использование  передовых технологий в области  ракетостроения позволит значительно  уменьшить негативное экологическое  воздействие от запусков ракет-носителей, использующих высокотоксичные компоненты ракетного топлива, такие как  амил и гептил.

Вся колоссальная сложность освоения космонавтики для нашей страны заключается  в том, что республике приходится одновременно налаживать международные  контакты в космической сфере, создавать  ракету-носитель, запускать свои спутники, строить наземную инфраструктуру и  готовить собственные кадры, и при  этом постоянно «держать руку на пульсе»  современных достижений, чтобы не отставать от международных тенденций.

Исторически так сложилось, что страна, на территории которой  расположен крупнейший в мире и уникальный космодром, не обладает научно-технической  базой для создания ракетно-космической  техники и не имеет развитого  космического сегмента.

Послание Главы государства  народу Казахстана «Новое десятилетие - новый экономический подъем - новые  возможности Казахстана»  ставит перед нами четкие цели и задачи. Нам предстоит реализовать устойчивое и сбалансированное развитие страны. Основной акцент должен быть сделан на форсированное индустриально-инновационное развитие страны. Конкретная роль в реализации этой масштабной задачи отводится и Национальному космическому агентству Республики Казахстан.

Выполняется большая работа, направленная на создание новой отрасли в экономике страны. Космическая отрасль одна из самых технологичных и наукоемких в современном экономическом мире. Космонавтика является «локомотивом» всего научно-технического прогресса. И сотрудники Казкосмоса трудятся в этом направлении.

В частности, это касается увеличения количества государств – партнеров  в области космической деятельности Казахстана, повышения уровня квалифицированных  специалистов в области космической  деятельности, участия в реализации международных проектов по созданию космической техники, технологий, объектов космической инфраструктуры в кооперации с ведущими мировыми предприятиями.

Стратегический план Казкосмоса на 2011-2015 годы, предусматривает два стратегических направления. Это:

1) создание и развитие  космической инфраструктуры;

2) развитие научно-технологической  базы, кадрового потенциала и  международного сотрудничества.

Первое стратегическое направление: «Создание и развитие космической  инфраструктуры». В него входят следующие  проекты:

1) создание и запуск  спутников связи серии «KazSat»;

2) создание космической  системы дистанционного зондирования  Земли;

3) создание сборочно-испытательного  комплекса космических аппаратов;

4)  создание системы высокоточной спутниковой навигации;

5)создание космического  ракетного комплекса «Байтерек» на космодроме «Байконур»;

6) участие в коммерческом  использовании РН «Зенит» и  РН «Днепр» на космодроме «Байконур;

7) обеспечение сохранности  и эффективного использования  объектов космодрома «Байконур».

Для создания целевых космических систем и технологий реализуются такие  проекты: создание и запуск космических  аппаратов связи и вещания  серии «KazSat»; Национальной космической системы дистанционного зондирования Земли; системы высокоточной спутниковой навигации; строительство и оснащение сборочно-испытательного комплекса космических аппаратов; развитие Национальной системы космического мониторинга.

Начато строительство сборочно-испытательного комплекса космических аппаратов (СБИК) в городе Астане.

Совместно с акиматом  города Астаны подобран участок 30 га под строительство комплекса. Со стратегическим партнером подписан контракт на эскизное проектирование СбИК. Получены архитектурно-планировочное задание и технические условия на подключение инженерных коммуникаций, проведены инженерно-геологические изыскания на участке строительства СбИК.

Это будет, если сказать «простым языком», большой завод с наукоемким производством  – единственное предприятие подобного  уровня в СНГ. В этом комплексе  планируется организовать конструкторское бюро, в котором будут работать отечественные специалисты. Они будут создавать спутники различного назначения от идеи до воплощения ее в проекты и конкретные изделия.

У завода будут возможности выпускать  спутники не только для Казахстана, но и по заказу других государств. Основным партнером в реализации этого  проекта выступила Французская  Республика. Сегодня создание спутников  в различных странах находится  в разных местах, территориально отдаленных друг от друга. На одном объекте они  выпускаются и там же проводятся первичные испытания, на другом –  проводят испытания следующей сложности. Таким образом, космический аппарат  подвергается опасностям при перевозке, нарушаются технические параметры  и характеристи. Вся эта волокита ведет к повышению цены продукта. Теперь с появлением комплексного СБИКа, продукция будет дешевле и исключается возможность повреждения при транспортировке. На первом этапе спутники будут производиться совместно с французскими партнерами, планируется, что временем со временем казахстанцы выйдут на самостоятельный производственный уровень.

Также с французскими партнерами создается  спутниковая система космического дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Проект  космической системы ДЗЗ для  Казахстана является высокоинтеллектуальным и высокотехнологичным. На территории стран Содружества такой проект реализуется впервые.

Таким образом, внедрение этих технологий, основанных на применении космических  данных, даст огромный эффект для деятельности сельского хозяйства, чрезвычайных служб, охраны окружающей среды, обороны  и национальной безопасности, геодезии и картографии.

С помощью этой системы можно будет  проводить мониторинг климатических  условий для посевного периода, давать оценку площадей посевов сельскохозяйственных культур, мониторинг почвенного покрова, определение очагов и площадей распространения  болезней и вредителей, контроль сроков и качества проведения основных агротехнических  работ.

Большое значение космическая система имеет  и для предупреждения ЧС. Например, через спутник ДЗЗ можно обнаружить опасности наступления чрезвычайных ситуаций на ранней стадии, что поможет  определить зоны бедствия, оценить  ущерб, нанесенный природными и техногенными катастрофами.

Эта система позволяет контролировать сроки формирования и схода снежного покрова, распознавать зоны затопления в период паводков,  очаги природных пожаров, определять потенциальные зоны сейсмической активности, оползнеопасные районы Казахстана.

Система ДЗЗ позволит снизить затраты, связанные  с поиском и прогнозированием месторождений полезных ископаемых, определить перспективность нефтегазоносных  регионов Казахстана с целью поиска и разведки новых месторождений  углеводородного сырья, контролировать состояние инфраструктуры нефтегазодобывающей  отрасли, добычу и транспортировку, а также состояние объектов недропользования.

Для охраны окружающей среды также могут  использоваться возможности системы: выявление экологических последствий  от деятельности по разведке и добыче минеральных и природных ресурсов, контроль состояния зон экологических бедствий, мониторинг облачного покрова над территорией страны, мониторинг использования водных ресурсов по всем водным бассейнам Казахстана.

Для Казахстана с его необозримыми просторами, сильной дифференциацией в распределении  природных ресурсов и уровне развития регионов особую актуальность представляют технологии космического мониторинга, услуги, которых направлены на  решение задач устойчивого развития и рационального использования природных ресурсов территорий.  В настоящее время в Казахстане создана и реально функционирует базовая инфраструктура национальной системы космического мониторинга, в состав которой входят следующие подразделения Казкосмоса: два самых крупных в Центральной Азии  центра приема и обработки  данных ДЗЗ, расположенные  в Астане и Алматы; автоматизированный архив цифровых космических изображений территории Казахстана; комплекс   современных  технологий для решения прикладных задач мониторинга сельскохозяйственных угодий, чрезвычайных ситуаций и экологического состояния окружающей среды.

В интересах Министерства сельского  хозяйства Казкосмосом выполняются следующие виды работ: определяются площади посевов и состояние зерновых культур, осуществляется прогноз их урожайности. В Западно-Казахстанской, Актюбинской, Карагандинской, Алматинской, Восточно-Казахстанской  и Кызылординской областях внедрены технологии космического мониторинга пожаров и  наводнений. В целях охраны окружающей среды ведется постоянное наблюдение за пыльными бурями в Приаралье  и нефтяными разливами на акватории  Каспийского моря, контролируется  режим заполнения Шардаринского водохранилища.

В 2009 году были завершены маркетинговые  исследования по проекту создания системы  высокоточной спутниковой навигации (СВСН), разработаны аванпроект системы, ТЭО и ФЭО проекта, техническое задание на создание мобильной дифференциальной станции.

Разработан  проект Межгосударственной радионавигационной программы государств-участников СНГ  на период до 2012 года.

Одним из основных проектов Казкосмоса является строительство КРК «Байтерек» на базе экологически чистой ракеты-носителя «Ангара».

Создание  комплекса «Байтерек» является самым крупномасштабным казахстанско-российским проектом на постсоветском пространстве.

Он  направлен на значительное уменьшение вредного воздействия от пусков ракет-носителей  с космодрома «Байконур», использующих высокотоксичные компоненты топлива.

Летно-космические  испытания комплекса «Байтерек» должны начаться в соответствии с соглашением после проведения первого пуска ракеты-носителя «Ангара» с российского космодрома «Плесецк» .

В результате реализации проекта Казахстан  сможет реально участвовать в  процессе запусков на орбиту космических  аппаратов, в том числе на коммерческой основе.

Как вы знаете, ни одна отрасль социально-экономического государственного сектора не может быть достаточно конкурентоспособной и развитой не имея серьезного научно-исследовательского потенциала. Вот и в деятельности Казкосмоса этот немаловажный фактор развития не был упущен.

Так, в этом направлении нашими учеными   выполнялись прикладные научные исследования по следующим направлениям: развитие научной и опытно-экспериментальной базы астрофизических исследований; создание казахстанской многоуровневой системы мониторинга и прогноза космической погоды; создание системы наземно-космического геодинамического и геофизического мониторинга земной коры; разработка научно-технологического обеспечения создания ракетно-космической техники и космических технологий; создание системы экологического нормирования космической деятельности.

По  итогам выполненных работ, получен  ряд значительных научных результатов, представляющих собой вклад на мировом  уровне в развитие фундаментальных  исследований в области дальнего и ближнего космоса и в развитие прикладных исследований в области  разработки и применения космической  техники и технологий.

3. Практическое использование космоса.

Энергетика. Такие достижения ракетно-космической науки и техники, как технология создания крупных пространственных конструкций в космосе, модульных орбитальных станций, приемы и навыки работы в космосе, рабочий инструмент, технология доставки на орбиты крупных «неделимых» нагрузок и др., будут использоваться при создании солнечных электростанций, передающих электроэнергию на Землю, космических отражателей солнечного и лунного света, предназначенных для освещения поверхности Земли отраженным светом, и других проектов, имеющих глобальное научно-хозяйственное значение для человечества.

Часть космических  технологий уже нашла практическое использование в земной энергетике, другая находится в разных стадиях  внедрения.

Наиболее впечатляющие перспективы связаны с возможностью удаления с поверхности Земли  опасных отходов промышленности. Прежде всего радиоактивных отходов АЭС, и не куда-нибудь, а прямо... в дальнее космическое пространство или даже на Солнце. В настоящее время в мире насчитывается около 370 энергетических реакторов АЭС общей мощностью свыше 250 млн. кВт. Считают, что при выработке каждых 1,25 млн. кВт ∙ ч электроэнергии образуется один килограмм радиоактивных отходов или, по другим данным, 1 ГВт мощности АЭС приводит к появлению 1 т радиоактивных отходов.

Захоронение радиоактивных  отходов в подземных шахтах, на морском дне и др., практикуемое в настоящее время, не может считаться  абсолютно надежным и часто оспаривается.

Конечно, этот проект использования ракетно-космической  технологии для нужд такой земной отрасли народного хозяйства, как  атомная энергетика, нуждается в  уточнении и доработке. Предстоит  решить вопросы безопасности запуска, надлежащей упаковки и транспортировки  отходов, а также проблемы тепловой и радиационной защиты контейнеров  с отходами на космических кораблях. Очевидно, нужны более дешевые  и мощные ракеты-носители. Во всяком случае, использование космической  технологии для гарантированного удаления радиоактивных отходов с поверхности  Земли дает человечеству надежду.

Наибольшие  практические результаты в энергетике, связанные с применением достижений, полученных в рамках космических  НИОКР, относятся к использованию  газовых турбин (вместо паровых) на земных электростанциях. Как уже упоминалось, их применение позволило в США за счет уменьшения удельного расхода топлива на единицу вырабатываемой электроэнергии сэкономить за 13 – 14 лет сумму в 1,11 млрд. долл.

Свои «космические»  достижения в области аэродинамики, материаловедения, электрических силовых  систем, организации разработок НАСА решила использовать для создания надежных, конкурентоспособных и экономичных  ветровых электростанций. Они предназначались  преимущественно для обслуживания относительно малых промышленных, научных  и гражданских объектов, подача к  которым электропитания от общегосударственных  систем снабжения нерациональна  из-за больших расстояний или технических  трудностей.

Работа, проводимая НАСА в этом направлении, оказалась  столь успешной, что уже в августе 1975 г. первая ветровая электростанция нового типа была построена в штате Огайо. Электростанция выполнена в виде двухлопастного ротора диаметром около 39 м, устанавливаемого на основании высотой 30 м.

Большой вклад  ракетно-космическая техника внесла в работы по «земному» использованию  солнечной энергии.

С 1973 г. под руководством специалистов НАСА создавалась опытная  установка с целью получения  энергии непосредственно от солнечных  лучей для обогрева (или охлаждения) одноэтажного здания конторского типа. По величине площади (21 000 м²) здание было в то время единственным в мире, полностью обогреваемым (и охлаждаемым) солнцем.

Основным элементом  системы были солнечные коллекторы – аккумуляторы тепла (заполненные  водой трубы общей площадью 6000 м²). Нагретая солнцем вода подавалась по трубопроводу непосредственно в здание, если система функционировала в режиме отопления, или на вход адсорбционного холодильника – если надо было охлаждать помещения.

По планам американских специалистов предполагалось создать  солнечные отопительные системы  не только для служебных помещений, но и для жилых (частных). Работы по этому направлению проводились  до рубежа 70 – 80-х годов и закончились  успешно.

Солнечные нагревательные системы для промышленных и гражданских  помещений способствуют более рациональному  использованию природных ресурсов Земли и сохранению чистоты окружающей среды.

Строительство и строительные материалы. Наблюдая за воздействием на грунт струи реактивного двигателя стартующей ракеты, ученые пришли к идее, что такую струю, обладающую высокой температурой и большой скоростью истечения, можно использовать для размывки и выдувания грунта. Испытания показали высокую эффективность такого применения реактивного эффекта, и оно было рекомендовано в строительстве и угледобывающей промышленности.

Достижения  в области космического материаловедения находят применение в строительстве  перекрытий больших общественных и  спортивных сооружений. Так, в частности, для этого используется разработанный  в рамках космической программы  США строительный материал из прозрачной резиновой ткани. Такая ткань  была получена в 1967 г. как побочный продукт  разработки материала для скафандров астронавтов, участвующих в работах  по программе «Аполлон – Сатурн». Повышенные требования к материалам скафандров (прочность, негорючесть, легкость, гибкость) «сформулировали» технические  условия на материал, «подсказав»  направление работ по его созданию.

По контракту  с НАСА фирма-разработчик соткала  из полученной пряжи листовой материал, покрыв его тефлоном и специальным светоотражательным составом. Позже фирма сумела сделать пряжу более толстой, снабдив сотканную из нее ткань более толстым покрытием. Используя этот тканый материал, другие фирмы создали надувные пространственные конструкции и разработали технологию их изготовления и монтажа.

Подобные конструкции  нашли широкое применение в строительстве. Например, в Детройте из такого материала  была построена крыша стадиона, вмещающего 80 тыс. зрителей. Эта крыша, имеющая опоры только по периметру, – самая большая в мире, построенная на основе резиновых материалов.

Другое «космическое»  достижение, нашедшее повторное применение при сооружении гражданских и  промышленных объектов – создание эффективных изоляционных материалов. Наиболее характерный пример – изоляция для аляскинского нефтепровода. Сырую  нефть, перекачиваемую на расстояние 1500 км, требуется все время подогревать, иначе она становится настолько  вязкой, что не «проталкивается» через  трубопровод.

Правда, добываемая сырая нефть – «теплая». Сохранив это тепло, можно было бы обойтись и без дополнительного подогрева. Здесь-то и пригодились изоляционные материалы, созданные в США в  рамках космической программы.

Изоляционное  покрытие нефтепровода на Аляске успешно  эксплуатируется. Оно не только сохраняет  тепло транспортируемой нефти, но и  передает его опорам трубопровода. Тем самым исключается осадка опор и как следствие возможная  авария трубопровода из-за его разрыва  от силовых напряжений.

В рамках космической  программы для теплозащиты поверхности  кораблей, используемых по программе  «Спейс Шаттл», была создана универсальная металлическая изоляционная панель. Нынче она с успехом применяется как элемент тепловой защиты разнообразных конструкций в земных условиях. Основное ее преимущество по сравнению с традиционной керамической плиткой, также применяемой для этой цели, – большая температурная устойчивость. Изоляционная панель из титана работает в диапазоне температур от 370 до 1480°С; она также защищает поверхность от соударений с микрочастицами и от эрозии. Ее использование (по сравнению с керамической облицовкой) не ведет к увеличению веса космического корабля.

Изоляционные  панели применяются в различных  теплоэнергетических объектах и  являются одним из ярких примеров использования достижений космонавтики в традиционных областях техники.

Противопожарная техника. Применение достижений космической науки и техники для борьбы с земными пожарами происходит в трех направлениях:

1. Дистанционное  обнаружение пожаров со спутников  Земли и информация о степени  их распространения.

2. Создание специальных  ракет, которые запускаются в  очаги пожаров, или использование  струи реактивного двигателя  для «сдува» пламени с очага  пожара. Так, например, в Италии  для борьбы с лесными пожарами, особенно в труднодоступных местах (горы, болота и т. д.), создаются  ракеты для запуска в очаг  пожара со специально оборудованного  самолета. Ракета содержит пенообразующие  компоненты для подавления огня. Применение противопожарных ракет  поможет оперативной борьбе с  огнем в труднодоступных районах  и особенно в начальной фазе пожара для гашения незначительных по размерам очагов (типа забытых туристами костров) без посадки самолета или вертолета в районе пожара или без десантирования пожарных.