Экспериментальный исследования
Тема разработки методов дистанционного исследования физико-химических свойств поверхности планет и спутников стала одной из основных с момента образования отдела. Главным объектом исследований стала Луна, так как она обладает поверхностью характерной для многих безатмосферных тел и в тоже время большой яркостью и продолжительным периодом наблюдения. Ее исследования позволили провести разработку методик и аппаратуры.
Начавшиеся в 1959 году запуски космических аппаратов (КА) к Луне дали новый толчок исследованиям лунной поверхности оптическими методами. Вопрос о структуре, прочности и химическом составе поверхности получил прикладное значение в связи с планированием посадок КА на Луну. Определение свойств поверхности Луны осуществлялось путем сравнения известных в то время оптических параметров лунной поверхности с оптическими параметрами земных пород. Эти работы потребовали создания методов и приборов для дистанционного исследования твердых поверхностей. В разрабатываемых приборах применялись новые методы обработки сигналов, приемники излучения и электронная техника.
Применение электронной техники позволило произвести высококачественную обработку изображений полученных станцией "Луна-3" в 1959г. и создать первые карты обратной стороны Луны с большим количеством мелких деталей.
В 1961-1962г. Ю.Н.Липский, Ю.П.Псковский и Д.Л.Аставин-Разумин провели измерения относительных коэффициентов яркости 15 горных пород вулканического происхождения, а также некоторых искусственных материалов. Измерения проводились в области спектра от 0,4 до 8 микрон на зеркальном монохроматоре ЗМР-2.
В 1962г. Ю.Н.Липским, Л.Н.Бондаренко, Р.С.Лепихиным, В.П.Лященко, М.М.Поспергелисом и Н.К.Сугробовым, на телескопе "АЗТ-2", проводились исследования по применению телевизионной техники для наблюдения небесных тел. Телевизионная установка обрабатывала получаемый видеосигнал непосредственно во время наблюдения и позволяла исследовать протяженные небесные объекты и регистрировать быстропротекающие процессы на их поверхности.
В 1963г. Поспергелисом был спроектирован и изготовлен электронный поляриметр "Таймыр". Прибор давал возможность проведения спектральных измерений полного вектора Стокса светового потока даже для очень малых степеней поляризации. С помощью прибора была обнаружена эллиптическая поляризация излучения от деталей поверхности Луны и особенности поляризации кратера Аристарх. Вероятной причиной обнаруженного эффекта мог является выброс газа или пыльи от вулканического извержения. Для некоторых вулканических горных пород и растительности проведены спектральные измерения поляризации.
Исследования протяженных небесных объектов проводились не только с помощью телевизионных систем, но и с помощью механических сканирующих устройств. В телевизионной трубке изображение проецируется на светочувствительную поверхность - фотокатод, а затем считывается электронным методом. Фотокатод обладает определенными свет-сигнальными и спектральными характеристиками, которые могут не удовлетворять исследователя. Фотоприемник, обладающий необходимыми характеристиками, может не обладать возможностью сканирования протяженных объектов. В таких случаях применяются разнообразные механические сканирующие системы. С помощью одной из таких систем М.М.Поспергелисом были получены инфракрасные изображения Луны.
Наряду с электронными приемниками излучения продолжалось использование и традиционных фотопластинок и фотопленок. Применение электроники для обработки фотоматериалов позволяло значительно повысить точность и скорость обработки материалов.
Например, при фотографической поляриметрии делается несколько фотоснимков исследуемого объекта через поляризатор с разными значениями угла ориентации плоскости поляризации. Значительно повысить точность измерений возможно при одновременной экспозиции всех изображений на одну фотопластинку. Для этого Ю.Н.Липским и А.В.Бугаевским были изготовлены трех и четырехгранные оптические пирамидки, позволявшие получать одновременно три или четыре изображения на одной пластинке. Далее, эти изображения и изображения полученные на фотопластинках или фотопленках при других экспериментах, обрабатывались с использованием сканирующей установки "Газета" или с помощью двухкоординатного микрофотометра.
Сопоставление земных горных пород с породами, покрывающими лунную поверхность, проводилось не только в лабораторных условиях. В 1966-1967г. М.М.Поспергелисом и В.В.Новиковым проводилось изучение спектрополяризационных характеристик вулканических покровов в условиях естественного залегания. Исследования проводились на Камчатке в районе действующих вулканов путем наблюдений с самолета "АН-2". Изучались вулканические покровы от шлаков основного состава до кислых агломератов и пемзы, участки покрытые лиственными и хвойными лесами и водой.
Спектрополяриметрические измерения проводились с помощью спектрографа АСП-15. При использовании перед щелью спектрографа специальной поляроидной насадки на пленке одновременно получались три спектра в области 4000-7000А° . После фотометрической обработки которых были получены три характеристики по спектру: полная интенсивность излучения, степень поляризации и ориентация плоскости поляризации.
В 1971г. В.В.Новиковым и А.П.Поповым во время экспедиция на Камчатку проводились исследования двух участков свежих отложений вулканов Шивелуч и Толбачинский. Изучались альбедо и степень поляризации отложений в зависимости от длины волны. Измерения проводились с использованием фотоэлектрического спектрополяриметра собранного на базе ЗМР-2. Прибор позволял измерять значения трех параметров вектора Стокса в области спектра 0,75-3мкм. С помощью этого прибора проводились и лабораторные исследования собранных образцов вулканических отложений.
В 1977 г. М.В.Горячевым была разработана лабораторная установка "Порода" предназначенная для исследования оптических характеристик образцов пород в лабораторных условиях. Установка была собрана на базе ЗМР-2 и позволяла исследовать спектральные и поляризационный характеристики раздробленных пород при разных углах освещения и наблюдения. При освещении образца лучом лазера можно было исследовать деполяризующие свойства породы. На установке можно было проводить измерения вплоть до нулевого значения фазового угла (угол между лучами падения и наблюдения) для исследования эффекта оппозиции.
К 1978 году М.В.Горячевым, А.П.Поповым и С.И.Ивановым был разработан комплект аппаратуры предназначенный для изучения с воздуха оптических свойств подстилающей поверхности. Он состоял из фотографического блока и блока фотоэлектрической калибровки, которые устанавливались на борту вертолета "Ми-4". С ее помощью проводилась спектрозональная и поляризационная аэрофотосъемка участков поверхности вулканов Шивелуч и Толбачинский.
Проведенные исследования показали перспективность применения разработанной методики для поиска полезных ископаемых и экологических исследований. Разработанная аппаратура, с различными усовершенствовании, применялась в экспедициях на оз. Балхаш и в Читу 1980г., в Ленинабад 1981г. и ряд других экспедиций.
В результате полетов космических аппаратов, на Землю были доставлены образцы лунного грунта и измерены их оптические и физико-химические свойства. Сравнение оптических свойств мест посадок КА, образцов лунного реголита и земных магматических пород позволило найти новые оптические параметры характеризующие наблюдаемую поверхность.
В 1980г. М.В.Горячевым были начаты работы по применению новых, в то время, приемников излучения - приборов с зарядовой связью (ПЗС). В этих работах использовались приборы 1200ЦМ1 и 1200ЦЛ1. 1200ЦМ1 это среднеформатный двухкоординатный фотоприемник с 232 светочувствительными элементами по горизонтали и 288 по вертикали. 1200ЦЛ1 состоит из 1024 светочувствительных элементов расположенных линейно.
В 1983г. были проведены наблюдения Луны на телевизионной камере "Вега-106". В ней использовался фотоприемник 1200ЦМ1 и схемы управления выпускавшиеся промышленностью. Совершенствование возможностей камеры и повышение точности измерений привело к созданию в 1984г. телевизионной камеры "Вега-202". Схемы управления фотоприемником и обработки видеосигнала были выполнены на дискретных элементах. В 1985г. на камере "Вега-202" были проведены наблюдения Луны и Венеры.
Позже были разработаны камеры "Вега-301" с охлаждением ПЗС приемника термоэлектрическим холодильником и "Вега-401" с полностью программируемой от микро-ЭВМ циклограммой управления ПЗС приемником.
Необходимость обработки видеосигнала цифровыми методами потребовала разработки специализированной микро-ЭВМ. В 1983г М.В.Горячевым и А.П.Поповым такая ЭВМ была разработана и получила наименование "МКС-80". В ней использовался 8 разрядный микропроцессор КР580ИК80А. "МКС-80" имела ПЗУ объемом 2Кб, ОЗУ 64Кб, электронные диски объемом 1Мб, видео ОЗУ 512 Кб, цветной монитор, два дисковода по 512 Кб, канал последовательной связи использующий код "Манчестер-II" со скоростью передачи 2Мбит/с, кассетный магнитофон, последовательной канал связи RS-232 с программируемой скоростью передачи до 56Кбит/с и такой же канал с гальванической развязкой, порт параллельного доступа, принтер, специальный вывод системной шины на кабель до 20 метров длиной с прямым доступом к памяти, программатор ПЗУ и др. устройства. Эта ЭВМ позволяла вводить оцифрованный сигнал с ПЗС приборов и осуществлять обработку изображений.
В 1984г. был разработан фотометр "Аргус-102" на приборе 1200ЦЛ1 предназначенный для регистрации спектров и фотометрии с большим числом элементов разложения в строке, чем у матриц. В 1985г. был создан фотометр "Аргус-103" позволявший использовать кроме прибора 1200ЦЛ1 еще и 1200ЦЛ2 с линейкой из 2048 фотодиодов.
В 1988г. М.В.Горячевым и А.А.Токовининым была разработана установка для исследования характеристик ПЗС приемников любого типа. В этой установке формирование циклограмм, управление напряжениями ПЗС приемников и обработка сигналов полностью осуществлялась от микро-ЭВМ "МКС-80".