Андрей Панас,
директор Фрязинского филиала Института радиотехники и электроники РАН (ФИРЭ РАН), доктор физико-математических наукВладимир Абрамов,
директор ФГУП «Специальное конструкторское бюро ИРЭ РАН», кандидат технических наук
Институт радиотехники и электроники Российской академии наук (ИРЭ РАН) создан в 1953г. Он расположен в бывшем здании физического факультета Московского университета на Моховой улице недалеко от Кремля. В 1955 г. был образован филиал института в городе Фрязино Московской области (ФИРЭ РАН), где в настоящее время работают около 1000 сотрудников, включая 60 докторов наук и более 120 кандидатов наук. Основной задачей ИРЭ РАН является проведение фундаментальных и прикладных исследований в области радиофизики, радиотехники, электроники и информатики. Одними из основных научных направлений деятельности института являются радиофизические исследования планет и космического пространства и дистанционное зондирование планеты Земля радиофизическими методами. В августе 1958 г. на территории филиала института во Фрязино было образовано Специальное конструкторское бюро (СКБ ИРЭ АН СССР), основным направлением деятельности которого является разработка и изготовление уникальных приборов для космических исследований.

В последние 20–30 лет проблема контроля состояния окружающей среды приобрела важнейшее значение. В связи с этим возник вопрос о разработке и создании методов и средств, решающих данную задачу. Дистанционные радиофизические методы зондирования земной поверхности находят широкое применение для контроля состояния окружающей среды. Они основаны либо на измерении параметров собственного радиотеплового излучения земных покровов (пассивные радиометрические методы), либо на измерении характеристик радиолокационных сигналов, рассеянных земной поверхностью (активные методы). В первом случае средствами зондирования служат, так называемые, СВЧ-радиометры, во втором случае – радиолокаторы бокового обзора (РБО), радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), радиолокаторы со сверхкороткими (наносекундными) импульсами и др. Эти средства применяются при измерениях с самолетов, а также со спутников и орбитальных станций.

Радиолокационное картирование северного полушария планеты Венера космическими аппаратами Венера-15 и Венера-16, выполненное в 1983–1984 гг. советскими учеными, заслуженно является достижением мирового уровня. Впервые в мире с борта космических аппаратов была выполнена детальная радиолокационная съемка поверхности планеты, закрытой плотной атмосферой, непрозрачной для наблюдений в оптическом диапазоне. Площадь отснятой территории, расположенной севернее 300 с.ш., равна 115 млн км2, что составляет четверть всей поверхности Венеры и лишь на треть меньше территории всей земной суши. Идея проведения эксперимента и его научно-методическая основа разработана в ИРЭ РАН.

Группа исследователей ИРЭ РАН и ОАО «Концерн радиостроения «Вега» разработала передовую технологию контроля гидрологических параметров системы «почва–растительность» с использованием многоканальных пассивных (радиометрических) и активных (радиолокационных) микроволновых измерений влажности поверхностного слоя почвы (0–1 м), уровня грунтовых вод (от 2 м – для влажных и до 10 м – для сухих почв), запасов подземных вод (в сухих регионах), контуров и количества протеканий сквозь гидротехнические сооружения(дамбы, плотины), биомассы растительности над водной поверхностью (камыш, рис) или растущей на увлажнённой почве и др.

Самолётная СВЧ радиолокационная система (РСА)

Радиолокационная четырёхдиапазонная поляриметрическая самолётная РСА система (система ИМАРК) работает в диапазонах: X (3,9 см), L (23 см), P (68 см) и VHF (2,54 м); с состоянием поляризации в диапазонах: ВВ, ГГ, ВГ, and ГВ; пространственное разрешение находится в пределах 12+/-8 м; максимальный захват (полоса обзора): 24 км.

Система устанавливалась на борту самолётов, в том числе на Ту-134A. Основной целью миссии РСА ИМАРК было картирование характеристик земных покровов, включая влажность почвы, биомассы растительности, поверхности Земли в присутствии растительности, построение моделей рельефа и обнаружения участков неоднородности на поверхности и под поверхностью Земли и др.

Материалы измерений, результаты их обработки

Для проведения поверхностного и подповерхностного зондирования более глубоких слоёв земной поверхности активно развиваются многоканальные радиолокационные (РСА) системы. Для подповерхностного зондирования необходимо использовать длинноволновые РСА-системы P- и VHF-диапазона.

Результаты многоканальной съёмки с помощью самолётной РСА «ИМАРК» (ОАО «Концерн радиостроения «Вега») иллюстрируют возможность измерения параметров гидрологических режимов почвенного покрова и размещения водяных линз пустыне Кара-Кум. Обнаружены линзы подземных вод на глубине 50–70 м. Результаты измерений подтверждались контрольным бурением. На радарных снимках: 1) русло сухой реки Узбой; 2) Песчаные дюны 6–15 м высотой; 3) Линзы подземных вод; 4) линии электропередач.

Международное сотрудничество

В настоящее время в рамках конверсии космических технологий Европейского космического агентства (ESA) при поддержке специалистов ФИРЭ РАН в Нидерландах создана и активно развивается организация «Мирамап» (Микроволновое радиометрическое картирование). Задачей данной организации является проверка с помощью микроволновых измерений состояния гидротехнических сооружений (дамбы, плотины и др.) с целью выявления возможных протеканий, нарушения их целостности, что весьма актуально для стран, существенная часть территории которых находится ниже уровня океана. Так, Бельгия является второй после Нидерландов европейской страной, подавшей заявки в «Мирамап» на проведение мониторинга низинных районов с целью выявления состояния гидротехнических сооружений.

Одновременно в финансируемом НАСА Центре при Алабамском агромеханическом университете (HSCaRSAAMU) сотрудники ФИРЭ РАН активно участвуют в развитии программы использования беспилотных малогабаритных вертолётов (MACS) с дистанционным и автоматическим управлением для проведения СВЧ-радиометрических измерений параметров Земных покровов и минигрузовиков для проведения наземных калибровочных измерений.

ФИРЭ РАН входит в Азиатскую ассоциацию дистанционного зондирования (AARS). В настоящее время ФИРЭ РАН участвует в проекте AARS по созданию, эксплуатации, калибровке, интерпретации данных «рисового» спутника RICESAT. Запуск данного спутника, который будет оборудован комплексом аппаратуры радиофизического зондирования, будет весьма важен для стран Юго-Восточной Азии, где основной сельскохозяйственной культурой является рис. Данные с этого спутника позволят оперативно представлять информацию о состоянии рисовых полей, получать необходимые характеристики системы «почва–растительность», прогнозировать урожай.

Специальное конструкторское бюро ИРЭ РАН (СКБ ИРЭ РАН)

В 1965 г. СКБ ИРЭ АН СССР совместно с учеными ИРЭ начало свою первую разработку в области создания аппаратуры для исследования космического пространства – многочастотного дисперсионного интерферометра для космических исследований, в том числе ионосфер планет Солнечной системы, межпланетной и околосолнечной плазмы. Впервые этот прибор отправился в полет на космическом аппарате «Луна-14» в 1968 г. В дальнейшем прибор совершенствовался и устанавливался на аппаратах серии «Луна», «Марс» и «Венера». Фундаментальные исследования космической плазмы были выполнены во многом благодаря именно этому прибору.

В последующие годы в СКБ с участием ученых ИРЭ, ФИАН, ИКИ были разработаны приборы для дистанционного зондирования Земли с борта самолетов, искусственных спутников Земли и орбитальных станций «Салют» и «Мир». Среди них – многочисленный класс радиометрических приемников, предназначенных для исследования природы Мирового океана, атмосферы Земли, ледников и снеговых покровов. В 1974 г. летающая лаборатория на базе самолета Ил-18 была оборудована пятью радиометрами сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. С их помощью специалисты ИРЭ и СКБ ИРЭ выполнили обширную программу исследований различных земных покровов. Это позволило разработать научные основы метода дистанционного измерения влажности почв. Выполнение международной научной программы по исследованию Мирового океана обеспечивалось автоматическими радиометрами Р225, установленными на борту ИСЗ «Интеркосмос-20» и «Интеркосмос-21».

В рамках программы по исследованию планет солнечной системы и их спутников по проекту «Марс-96» совместно с учеными ИРЭ был разработан и установлен на космическом аппарате длинноволновый радар для глубинного зондирования грунта и ионосферы Марса в диапазоне рабочих частот от 0,2 до 5 МГц. Основным препятствием к широкому использованию радиолокаторов в геологической разведке земных недр является сильное поглощение радиоволн в почве из-за наличия в ней воды. Однако на других планетах и космических телах вода практически отсутствует, поэтому глубина проникновения может быть весьма большой. Основной целью эксперимента «Марс-96» являлось исследование высотного распределения электронной концентрации ионосферы Марса, измерение диэлектрических свойств грунта на разных глубинах вдоль трассы дрейфа космического аппарата, выявление глубинной структуры полярных областей.

Наиболее интересными и перспективными в плане получения новых научных знаний являются: разработка спутниковой ионосферной станции, длинноволнового радиолокатора для исследования Фобоса, 8-канального радиометрического комплекса L-диапазона для установки на международной космической станции (проект «МКС-Наука»), радиометрического комплекса для исследования галактических и внегалактических источников радиоизлучения в составе радиоинтерферометра со сверхдлинной базой (проект «РадиоАстрон»).