Геодезия изучает форму и размеры Земли. В предмет науки входят исследования, измерения и составление разнообразных карт и планов местности. Геодезические работы производятся не только на местности, непосредственно на земной поверхности, но также и из космического пространства. Космическая геодезия – раздел науки, изучающий использование наблюдений, полученных из космоса, для решения задач геодезической науки – научных, технических и прикладных. Используются данные, полученные со спутников, ракет, космических аппаратов, зондов. Исследования выполняют с Земли на спутники и иные объекты, со спутников на Землю, а также между спутниками. В космической геодезии иногда выделяют геодезию спутниковую.
Космическая геодезия развивается стремительно, особенно развитие ускорилось с запуском СРНС – спутниковых радионавигационных систем. Значительное влияние на эту отрасль оказывает совершенствование и появление новых технологий, компьютерной техники, применяемой для наблюдений.
Что изучает такая наука:
- движение небесных тел, вычисление их орбит и эфемерид;
- расчет параметров спутников, их орбит и установленного на них оборудования;
- определение и аргументация размещения станций, откуда ведутся наблюдения;
- разнообразные методы исследований, измерений, их обработка и толкование полученных результатов.
Космическая геодезия: задачи
Задачи космической геодезии сходны со стандартными геодезическими, но космическая наука позволяет проводить все наблюдения и вычисления быстрее, точнее. А некоторые и вовсе нельзя решить без космической составляющей, например, формирование общей земной координатной системы.
Задачи науки:
- Вычисление размеров и формы Земли. У планеты есть фундаментальные параметры: гравитационная постоянная, скорость вращения, большая полуось, сжатие. Именно методы космической геодезической науки помогли точно определить их. Также геодезисты высчитали параметры других космических объектов: Марса, Венеры, Меркурия, Луны.
- Создание общеземной, глобальной геоцентрической системы координат. Она создается с учетом данных о гравитации и применением данных о координатах огромного числа пунктов на Земле. Из этой информации точно определены параметры планеты.
- Получение данных об орбитах спутниках и гравитационных аномалий.
- Исследование геодинамических явлений и построение их моделей. Ученые наблюдают за движением полюсов, определяют точное время вращения Земли, отслеживают движение литосферных плит.
Возникновение
Родоначальником считается Иоган Эйлер, который в 1768 году опубликовал научный труд с обоснованием реальности определения характеристик земного эллипсоида, используя одновременное вычисление зенитных расстояний Луны, выполненное с пунктов, которые имеют известные координаты и расположены на одном меридиане. Так называемые «лунные» методы изучались до ХХ века, но они не были настолько точными, чтобы использовать их для целей геодезии.
В 1946 году финский ученый Вяйсяля предложил строить триангуляции, фотографируя вспышки света на фоне звезд. Фотографирование выполнялось синхронно в вертикальных плоскостях, в двух или в большем количестве точек. По итогам фотографирования вычисляли направление хорды, которая соединяла пункты наблюдения. Это позволяло определять координаты. Результаты были довольно точными, но производить измерения можно было только на ограниченном расстоянии.
4 октября 1957 года был запущен искусственный спутник Земли. Это значительно расширило возможности геодезистов и дало толчок развитию науки. Стало возможным формировать космические построения на базе наблюдений, которые проводил спутник. Измерялся допплеровский сдвиг частоты передатчика спутника на наблюдательном пункте с известными исследователю координатами и тем самым определялись параметры передвижения этого спутника. И так же, но в обратном порядке, вычислялись координаты пункта наблюдения на Земле.
С 1957 года начался активный запуск искусственных спутников. Также проводилась массированная научная геодезическая работа, связанная с космическими исследованиями. Так, в 1958 году было определено сжатие Земли. В 1961 году проведена первая космическая триангуляция.
В 1966 году был начат международный эксперимент, в котором приняли участие 7 стран, включая СССР и США. Эксперимент включал синхронные и несинхронные наблюдения спутника ГЕОС. Благодаря этим исследованиям были вычислены с высокой точностью – до 20 метров – параметры Земли. Позже было ещё несколько подобных экспериментов: «Восток – Запад», «Арктика – Антарктика». Базовый метод наблюдения – фотографирование. С 1973 года в эксплуатацию вводятся спутниковые лазерные дальномеры, в том числе советский «Интеркосмос».
Развитие космической геодезии
Спутниковые радионавигационные системы второго поколения появились в начале 1980-х годов. Это GPS и ГЛОНАСС. С их появлением ученые смогли построить глобальные и локальные координатные сети, которые задействуют для решения прикладных геодезических задач, для вопросов кадастра.
Космические геодезические методики более эффективны, чем стандартные «земные». Используется навигация для максимально точного определения местоположения объектов и параметров их движения. При этом навигация определяет координаты мгновенно, в режиме реального времени. Навигация бывает высокоточной, то есть определяет положение передвигающегося тела с точностью до сантиметров. Геодезистам такая точность тоже требуется, поэтому навигационные методы используют и они тоже.
Космическая геодезия, помимо всего прочего, способна отслеживать объекты и прогнозировать их перемещение непрерывно. Методики позволяют следить за объектами, которые передвигаются со значительной скоростью, – воздушными или речными, морскими судами.
Значение космической геодезии
Новые методики, применяемые в космосе, позволили смотреть на нашу планету издалека и производить измерения, оторвавшись от неё. У классических и космических методов большая масштабная разница и различное качество измерений. На планете стало возможным строить и измерять сверхдлинные линии, при этом качество и точность таких измерений стали несоизмеримо высокими.
Космическая геодезия предоставляет возможность решать любые геодезические задачи из космоса. Она применяется в геодинамике и геокинематике.
Разумеется, классические методы никуда не пропали и успешно применяются. Более того, их стало возможным объединить с космическими, чтобы получить наиболее точные и эффективные исследования.
