Күн радиациясы

Заказать работу

Кіріспе

Күн радиациясы метеорологиялық элементтердiң iшiндегi ең маңыздысы болып табылады. Жер бетiндегi барлық физикалық құбылыстардың жүруiнiң негiзгi күшi күн радиациясы болып есептелiнедi. Күн - үлкен шар тәрiздес, беткейiндегi температура 6000 °С, ал iшкi жағында температура 40 млн градусқа жетедi. Күнде тоқталмайтын ядерлық реакциялар болып жатады, соның әсерiнен 5,3х10 27 кал/мин энергия жан жағына бөлiнiп жатады. Осы энергиядан 1 км2 жер бетiне жылына 2,5х1012 ккал жетедi. Бұл энергияның жер бетiне келуi күн мен жарық ара қашықтығына байланысты болады.

Арзан баламалы жаңартылмалы энергия көзін пайдалану арқылы экологияға нұқсан келтірмейтін энергияны үнемдеу саясатын ұсыну.

Гипотезасы: Елбасымыздың тапсырмасымен энергетикалық инфрақұрылымды жаңғырту және дамыту мақсатында елімізде электр энергиясын кідіріссіз қамтамасыз ету үшін ”AstanaSolar” фотоэлектрлі модульдер шығаратын зауыты -”Қазатомпром”ұлттық компаниясының баламалы энергия көздерін дамыту жөніндегі-KazPV жобасы отандық үш кәсіпорын тұтас кластер құрып,күн энергетикасы саласында баламасы жоқ өндіріске айналмақ. Күн энергиясын алыс-шалғай ауылдарда пайдалану.

Күннің ғаламшараралық кеңістікке шығаратын бүкіл энергиясының Жер атмосферасы шекарасына жуықтап алғанда екі миллиардтан бір бөлігі жетеді. Жер бетіне түсетін Күн энергиясының үштен біріне жуығы шағылысып ғалам- шараралық кеңістікке тарайды. Күн – энергияның аса қуатты көзі, оның энергиясы электромагниттік толқындар спектрінің барлық бөлігінде – рентген және ультракүлгін сәулелерден бастап радиотолқындарға шейін ұдайы сәуле шығарып, таратып тұрады.

Күн радиациясы өсiмдiктердiң өсуiне үлкен әсер тигiзедi. Оның әсерiнен өсiмдiк құрамында хлорофил пайда болады да күн сәулесi әсерiнен фотосинтез жүредi.

Күн радиациясын өлшеу үшін метеорологияда актинометрия құралы қолданылады.

1. Әдебиеттерге шолу

Күн радияциясы туралы есептеулер мен зерттеулер жұмыстары физика ғылымының бір саласы Астраномия ғылымында кең орын алған. Астрономия ғылымында күннің негізгі сипаттамаларына тоқтала отырып, оның жер бетіне деген әсерін қарастырған. Сонымен қатар күн радиациясы тікелей топырақ жамылғысы мен өсімдіктің өніп өсуіне тікелей әсері бар болғаны үшін, ол Агрометеорология саласында кең қолданысқа ие.

Метеорология ғылымында күн радиациясы негізгі климат қалыптастырушы факторлардың бірі болып табылады.

Қазіргі таңда елімізде және бүкіл әлемде энергияны үнемдеу проблемалары, қоршаған ортаны қорғау проблемалары өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Органикалық отындарды қолданудың экологиялық зардабы жоғары, әрі органикалық отын жаңғыртылмайды. Ал, Қазақстанда экологиялық таза және таусылмайтын күн энергиясын қолданудың мүмкіндігі жоғары. Жердегі негізгі жаңғыртылатын энегия көздерінің бірі күн энергиясы болып табылатындығы баршаға мәлім.

Күннен жерге дейінгі ара қашықтық шамамен 149,5 млн.км. Күн радиациясы – бұл Күннің электромагниттік және корпускулярлық сәуле бөлуі. Электромагниттік радиация электромагниттік толқын түрінде, жарықтың жылдамдығы түрінде таралады және атмосфераға өтеді. Күн радиациясы – барлық физико-географиялық процестер үшін негізгі энергия көзі болып табылады. Жер бетінің айналасындағы күн сәулесінің спектрі 6000 К температураға жақын болады. Жердің жыл бойы қозғалуы кезінде атмосферадан тыс күн сәулесінің интенсивтілігі орташа есеппен (күн тұрақтысы) құрайды. .Күн радиациясының 44о ендікті жазық бетке түсуінің орташа жылдық шамасы Вт/м2 тәулік (1 - сурет).

1-сурет. Күн радиациясының 44о ендікті жазық бетке түсуінің орташа жылдық шамасы Вт/м2 тәулік

Күн сәулесінің түсуі жер бетінің географиялық ендігіне, оның теңіз деңгейіне қатысты биіктігіне, жылдың уақытына және тәулігіне, бұлттылығына тәуелді болады. Сәуленің түсу интенсивтілігінің ең жоғарғы мәні 1000 Вт/м2 асуы мүмкін. Аспан бұлтсыз ашық болғандағы күн сәулесінің тікелей түсуінің сипаттамасы ретінде атмосферадан өтетін сәуленің өту жолының ұзындығына байланысты «атмосфералық масса» деген ұғым пайдаланылады. Атмосфералық массаның бірлігі Жердің горизонталды бетіне перпендикуляр бағытталған сәуленің өту жолына сәйкес келеді. Күн радиациясының 44о ендікті жазық бетке түсуінің орташа жылдық шамасы 1 - суретте келтірілген.

Мақалада күн энергиясының оңтүстік астана өңіріне түсу қарқындылығы мен күн энергиясынан алынатын энергияны есептеу алгоритмі келтірілген. [1]

А.С. Утешев бүкіл Қазақстан бойынша күн радиациясының барлық параметрлердегі таралуын қарастырып, күн раиациясының климат құраушы фактор екенін атап өтті.

Қазақстанның солтүстік жарты шардың ендіктерінде орналасуына байланысты және орташа алғанда жалпы бұлттылықтың және төменгі бұлттылықтың аспанды жабу көлемі үлкен болмағандықтан күн радиациясының мәндерін бере алады.

Күн нақты ұзақтығы белгілі бір дәрежеде астрономиялық факторлардың, сонымен қатар, процестерінің айналымымен дамитын бұлт режимінің көрсеткішімен анықталады.

Булану үшін жылу шығындарын азайту радиациялық энергия бөлігінің ауыл шаруашылығы жоғалғаны үшін пайдасыз турбулентті жылу, көбейгенін көрсетеді.

Радиациялық сипаттамалары мен КСРО-ның радиациялық-оқшаулағыш режимі өзге аймақтарда олардың салыстырғанда қысқаша талдау Қазақстан және ауыл шаруашылығы өндірісін көптеген практикалық мәселелерді, күн технологиясын, және басқа да шешу үшін пайдаланылуы мүмкін мүмкіндіктері туралы белгілі бір дәрежеде үлкен энергетикалық ресурстарын көрсетеді. радиациялық факторлардың ұтымды шоты көрінуі климат жеке бағыттарын сандық қажет. [2]

Дүниежүзі бойынша қоршаған ортаға түсіріп жатқан жүктеменің өсуіне байланысты, яғни жыл сайынғы органикалық минералды отынды жағу көлемінің артуы (мұнай, табиғи газ, тас көмір) жəне экологиялық таза энергия қорлары көздеріне көшу қажеттілігі, артықшылығы айқын болып табылатын, қалпына келетін энергия қорларын пайдалану мүмкіндігін береді. Қазақстан үшін болашағы бар қорлардың бірі болып, яғни аумақтың физикалық жəне географиялық, климаттық жағдайларына дəйектелген күннің сəуле шығару қуаты болып табылады.

Мақалада "У. М. Ахмедсафин атындағы гидрогеология жəне геоэкология институты" ЖШС жүзеге асырылған, "Қалпына келетін энергия көздерінің энергетикалық əлеуетінің атласын жасау" атты жобаның шеңберінде атқарылған, Қазақстан Республикасы аумағына сəйкес электр қуатын өндіру үшін күннің сəуле шығару қуатын пайдалану əлеуетін анықтау бойынша жұмыс нəтижелеріне сипаттама берілген. Зерттеу барысында геоақпараттық технологияны қолдану арқылы аумақтың əр түрлі табиғи-климаттық сипаттамасы жинақталған жəне талдау жасалған, күн батареяларының техникалық сипаттамалары ескеріліп, гелеоэнергетикалық əлеуеті бойынша республика аумағын аудандастыру əдістемесі ұсынылған. Əр түрлі номинальді қуатты күн батареяларының энергетикалық тиімділігі бойынша аудандастыру жəне жер беті ауданы бірлігіне күн радиациясының түсу мөлшері, бұлыңғыр күндердің саны, жарық күннің ұзақтығының маусымдық ауытқуы бойынша Қазақстанның дайындалған карта жинағында қысқаша мəлімет берілген.[3]

Жер күн сәулелері тасқыны астында айналып тұрады. Оған күннің шығарған бүкіл сәулесінің екі миллиардтан бір бөлігі ғана келгенімен, мұның өзі жылына 1,36-1024 ккал. құрайды. Күн энергиясының осындай мөлшерімен салыстырғанда Жер бетіне келетін басқа энергияның барлық кірісі өте мардымсыз. Мәселен, жұлдыздардың сәулелік энергиясы келетін күн энергиясының жүз миллионнан бірін, космостық сәуле шашу — екі миллиардтан бірін құрайды, Жердің ішкі жылуы оның бет жағында күн жылуының мыңнан бір үлесіне тең.

Сонымен Күннің электромагниттік сәуле шашуы — күн радиациясы географиялық қабықта өтетін процестер энергиясының негізгі көзі. Бұл радиацияның 46%-і көрінерлік (толқындарының ұзындығы 0,40-тан 0,75 мк дейін), ал 54%-і көрінбейтін, яғни көз қабылдамайтын (оның 7%-і толқындарының ұзындығы 0,002-ден 0,4 дейінгі ультра күлгін радиация және 47%-і толқындарының ұзындығы 0,75 мк-дан артық (инфрақызыл радиация) радиациядан тұрады. Күн радиациясының 99%-і қысқа толқынды (0,1-ден 4 мк дейін),ұзын толқынды радиацияға (4-тен 100—120 мк дейін) 1%-тен азы тиеді. Күн радиациясы интенсивтілігін өлшеу бірлігі ретінде күн сәулелері бағытына перпендикуляр абсолют қара дене бетінің 1 см2-і 1 минутта жұтқан жылу калориясының мөлшері алынады (кал/см2. мин). Күннің жер атмосферасына келетін сәулелік энергия тасқыны өте тұрақты болып келеді. Оның интенсивтілігін күн тұрақтылығы (Ло) деп атайды да, 1,98/см2-мин балап алады.

Жыл ішінде Жерден Күнге дейінгі қашықтықтың өзгеруіне сәйкес күн тұрақтылығы ауытқып тұрады: ол январьдың басына қарай көбейіп, шілденің басына қарай азаяды. Күн тұрақтылығының жылдық ауытқуы 3,5% құрайды. Егер күн сәулелері жер бетіне барлық жерге тік түссе, онда атмосфера жоқ жағдайда, оның әрбір квадрат сантиметрі жылына 1000 ккал-дан артық күн сәулесін қабылдаған болар еді. Бірақ Жер шар тәріздес, сондықтан да күн сәулелері барлық жерде тік түспейді және сонымен қатар әрқашанда Жердің тек жартысын ғана жарық қып тұрады. Сондықтан жер бетінің әрбір 1см2-іне орта есеппен жылына шамамен 260 ккал ғана келеді.

Күн радиациясы интенсивтілігінің сәулелердің түсу бұрышына байланыстылығын қарастырайық. Радиацияның максимум мөлшерін күн сәулелерінің бағытына перпендикуляр бет қабылдайды, өйткені бүл жағдайда оған түсетін күн сәулелері шоғырының бүкіл энергиясы алаңда сәулелер шоғыры қимасы — а — тең қимамен таралады. Сол сәулелер шоғыры көлбей түскенде оның энергиясы енді үлкен алаңға жайылады да, беттің аудан бірлігі оны аз мөлшерде қабылдайды.

Неғұрлым сәулелердің құлау бұрышы аз болған сайын, соғұ-лым күн радиациясының интенсивтілігі де аз болады. Күн сәулелерінің құлау бұрышы (Күннің биіктігі) 23°27' с. е.-тен 23°27' о. е.-ке дейін ғана (яғни тропиктердің аралығында) 90°-қа тең бола алады. Қалған ендіктерде ол әрқашанда 90°-тан аз болады. Сәулелердің кұлау бұрышының азаюына сәйкес жер бетіне түсетін күн радиациясының интенсивтілігі де азаюға тиіс. Күннің биіктігі барлық ендіктерде жыл бойы және тәулік бойы тұрақты болып қалмайтындықтан күн жылуының мөлшері үздіксіз өзгеріп түрады.

Үстіңгі беттің қабылдайтын күн радиациясының мөлшері оған күн сәулелерінің жарық түсіру ұзақтығына тура байланысты болады. Экваторлық белдеуде (атмосферадан тыс) Күн жылуының мөлшері жыл.бойы онша көп ауытқымайды, ал биік ендіктерде бұл ауытқу өте үлкен мөлшерге жетеді. Қыс кезінде күн жылуы кірісінің жоғарғы және төменгі ендіктер арасындағы айырмасы өте үлкен. Жаз кезінде үздіксіз жарық жағдайда полярлық аудандар тәуліктік күн жылуының Жердегі максимум мөлшерін қабылдайды. Бұл мөлшер солтүстік жарты шарда жазғы күн тоқырау күні экватордағы жылудың тәуліктік жиынтығынан 36% асып кетеді. Күн теңесу және күн тоқырау күндерінде әртүрлі ендіқтердегі Күннің талтүстегі биіктігі (1 - кесте).

1-кесте

Күн теңесу және күн тоқырау күндерінде әр түрлі ендіқтердегі Күннің талтүстегі биіктігі (градус есебімен)

Ендік

21/III

22/VІ

23/IX

22/ХI

Солтүстік полюс

0

23,5

0

-

Солтүстік поляр шеңбері

23,5 66,5

47

23,5 66,5

0

Солтүстік тропик

90

90

90

43

Экватор

66,5

66,5

66,5

66,5

Оңтүстік тропик

43

90

Оңтүстік поляр шеңбері

23,5

23,5

Оңтүстік полюс

0

0

0

47

23,5

Дегенмен экватордағы күннің ұзақтығы бұл кездегі полюстегідей 24 сағат емес 12 сағат болғандықтан уақыт бірлігіне тиетін күн радиациясьшың мөлшері экваторда ең көп қалпында қалады.

Күн жылуының тәуліктік жиынтығының 40—50° ендік маңында байқалатын жазғы максимумы бұл жерде күн едәуір биік жағдайда Күннің айтарлықтай ұзақ (10—20° ендіктегі бұл уақыттағыға қарағанда артық) болуымен байланысты. Экваторлық және полярлық аудандар қабылдайтын жылу мөлшерінің айырмасы қысқа қарағанда жаз азырақ болады.

Оңтүстік жарты шарға өзінің жазғы кезеңінде жылу сәйкес кезеңде (яғни жазда) солтүстік жарты шарға түсетін жылуға қарағанда артық түседі. Қысқы жағдай керісінше: оңтүстік жарты шар солтүстік жарты шарға қарағанда күн жылуын аз қабылдайды.

Шілдеде радиацияның ең көп жиынтығын солтүстік жарты шар, әсіресе континенттің түкпіріндегі тропиктік жбне субтропиктік аймақтар қабылдайды. Солтүстік жарты шардың қоңыржай және полярлық ендіктегі қабылдайтын күн радиациясы жиынтықтары негізінен полярлық аудандарда күннің ұзақ болуы салдарынан бір-бірінен аз айырма жасайды. Экваторлық аймақта жиынтық радиация мөлшерінің біршама аздығы ауаның ылғалдылығы жоғары, бұлттылықтың мол болуынан. Жиынтық радиациянын таралуындағы зоналық солтүстік жарты шарда континенттердің үстінде және оңтүстік жарты шарда тропиктік ендіктерде байқалмайды. Ол солтүстік жарты шарда мұхиттың үстінде жақсы көрінеді және оңтүстік жарты шар-дың тропиктен тыс аймақтарында анық байқалады. Оңтүстік поляр шеңбері маңында күннің жиынтық радиациясыньщ мөл шері 0-ге жақындайды.

Желтоқсанда радиацияның ең көп жиынтығы оңтүстік жарты шарға келеді. Антарктиданың биік орналасқан мұз беті июньдегі Арктика бетіне қарағанда ауаның өте мөлдірлігіне байланысты жиынтық анағұрлым артық қабылдайды. Шөлдерде (Калахари, Үлкен Австралия жылу мол, бірақ оңтүстік жарты шардың көп жерін Мұхит алып жатуынан жоғары ылғалдылық және едәуір бұлттылық) жылудың жиынтығы солтүстік жарты шардың нақ сол ендіктеріндегі июньдегіге қарағанда біраз кем. Солтүстік жарты шардың экваторлық және тропиктік ендіктерінде жиынтық радиация біршама аз өзгереді және оның таралуындағы зоналық Солтүстік тропиктен солтүстікке қарай ғана анық байқалады. Ендік артқан сайын жиынтық радиация айтарлықтай тез азаяды, оның нольдік изосызығы Солтүстік поляр шеңберінен сәл солтүстікке таман өтеді.

Альбедо. Күннің жиынтық радиациясы бетке түскеннен кейін, біразы кейін қарай атмосфераға шағылысады. Беттен шағылысқан радиация мөлшерінің сол бетке түскен радиация мөлшеріне қатынасы альбедо деп аталады.

Альбедо (а) беттің шағылыстыру мүмкіншілігін көрсетеді және бөлшек санмен немесе процентпен өрнектеледі. I — а — сіңу коэффициенті. Жер беті альбедосы оның қасиетіне және жай — күйіне, түсіне, ылғалдылығына, кедір-бұдырлығына т. б. байланысты. Ең көп шағылыстыру қасиеті жаңа жауған қарға тән — 0,90-ға дейін барады. Құмды шөл бетінің альбедосы 0,09-дан 0,34-ке дейін (түсіне және ылғалдылығына байланысты), сазды шөл бетінде—0,30, балғын шөпті шалғында — 0,22, шөбі қураған шалғында 0,931, жапырақты орманда — 0,16— 0,27, қылқанды орманда 0,06—0,19, егістікте —0,07—0,10.

Атмосфераның Күннің қысқа толқынды сәуле шашуын (тура және шашыранды радиацияны) өткізіп, Жердің ұзын толқынды жылылық сәуле шашуын ұстау мүмкіншілігін оранжереялық (парниктік) эффект деп атайды. Оранжереялық эффектіге байланысты жер бетінің орташа температурасы 15° атмосфера болмаса ол мұнан 21—36° төмен болар еді.

Радиациялық және жылу балансы. Жер бір мезгілде күн радиациясын қабылдайды (кіріс), әрі шығарады (шығыс). Күн радиациясының кірісі мен шығысының арасындағы айырма радиациялық баланс немесе қалдық радиация деп аталады. Жердің радиациялық балансы жайылма бет пен атмосфераның радиациялық баланстарынан тұрады. Жайылма беттің радиа-циялық балансының кіріс бөлігін жиынтық радиация, шығыс бөлігін беттің альбедосы мен онық эффективтік сәуле шашуы құрайды.

Егер кіріс шығыстан артық болса, радиациялық баланс оң, егер кіріс шығыстан кем болса — радиациялық баланс теріс болады. Түнде барлық ендіктерде беттің радиациялық балансы теріс, күндіз түске дейін оң (қыстағы биік ендіктерден басқа), түстен кейін қайтадан теріс болады. Орта есеппен тәулігінде радиациялық баланс оң да, теріс те болуы мүмкін.

Радиациялық баланстың жылдық жиынтықтарының картасынан олардың Мұхитта жалпы алғанда зоналар бойынша таралғаны көрініп тұр. Тропиктік ендіктерде радиациялық баланстың жылдық мөлшері мұхитта 140 ккал/см2-ге жетеді (Аравия теңізі), ал қалқыма мүздықтардың шекарасы маңында 30 ккал/см2-ден аспайды. Зоналық таралудан азын-аулақ ауытқулар әр түрлі болуымен байланысты. Мұхиттан құрылыққа өткенде радиациялық баланстың жылдық жиынтығының изосызықтары бағытын күрт өзгертеді, өйткені бұл жиынтықтар, әдетте құрылыққа қарағанда Мүхитта артық болады (альбедо мен эффективтік сәуле шашудың әсері). Атмосфераның әсері күн сәулесін өткізіп кейін тебетін жылылық сәуле шашуды ұстап қалатын шынының әсеріне ұқсас.

Жылудың артығы қалай жұмсалатынын (радиациялық оң баланс) және оның жетімсіздігі қалай толатынын (радиациялық баланс теріс болғанда), жер беті үшін атмосфера үшін және «жер беті - атмосфера» жүйесі үшін жылу тепе-теңдігі қалай орнайтынын жылу балансы түсіндіреді.

Геңдіктің барлық мүшелері өзгеруі мүмкін болатындықтан жылу балансы өте қозғалмалы болады;

Ол бұзылады да қайтадан қалпына келеді. Жылдың жылы мезгілінде топырақ-грунтты жылытуға жұмсалған жылу салқын мезгілде бетке қайтып оралады.

Мұхит бетінің бір бөлігінің жылу балансын қарастырғанда жылудың ағыстармен тасымалдануы есепке алынады, ал Мұхиттың бүкіл бетінің жылу балансын қарастырғанда оны есептемеуге болады, өйткені ол — жылудың ендіктер арасындағы қайта бөлінуі болып табылады.

Атмосфераның жылу балансын тұтас алғанда адвекцияны есептемеуге болады, бірақ атмосфераның жеке бөліктерінің жылу балансын қарастырғанда оны ескеру қажет. [4]

Мұхиттар мен теңiздер үстiнде ауа температурасының максимальдi мәнi құрлық үстiндегiден 2-3 сағатқа кешiрек байқалады. Iрi су қоймаларының үстiндегi ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы су бетi температурасының тәулiктiк амплитудасынан жоғары болады. Оның себебi – мұхит үстi ауасында су буының мөлшерi жоғары болатындықтан күн радиациясы жақсы жұтылады және ондай ауаның өзiндiк сәулешашуы да жоғары болады.

Салқын немесе жылы ауа массалары басып кiргенде ауа температурасының жоғарыда айтылғандай тәулiктiк тербелiсi бұзылады, яғни кейде керiсiнше күндiз төмендеуi немесе түнде өсуi мүмкiн.

Тұрақталған ауа-райында ауа температурасының өзгерiсi (жүрiсi) тәулiк бойында айқын ажыратылады. Бiрақ ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы әрқашанда топырақ бетi температурасының тәулiктiк амплитудасынан кiшi болады. Ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы әртүрлi факторларға бағынышты. Маңызды факторлар: географиялық ендiк, ендiк өскен сайын ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы азаяды. Ең үлкен тәулiктiк амплитуда субтропиктiк ендiктерде байқалады.

Жыл бойында орташа алғанда тәулiктiк амплитуда тропиктiк облыстарда 12 0С шамасында, орта ендiктерде 8–90С, поляр шеңберiнде 3–40С, ал одан жоғары 1–20С құрайды; жыл мезгiлi, қоңыржай белдеуде тәулiктiк амплитуданың ең кiшi мәнi қыста, ең үлкен мәнi жазда орнығады. Көктемде олар күзгi маусымнан бiршама үлкен болады. Ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы түннiң ұзақтығына да бағынышты. Жоғарғы ендiктерде жазғы түн өте қысқа болатындықтан температура өте төмен түсiп үлгермейдi, сондықтан амплитуда кiшiрек болады.

Полярлық аудандарда жазда тәулiк бойы күн батпайтын кезде амплитуда 10С шамасында болады. Поляр түнi кезiнде температураның тәулiктiк тербелiсi тiптi байқалмайды, ал көктем мен күзде тәулiктiк амплитуда бiршама өседi (Диксон аралында 5–60С құрайды). Тропиктiк ендiктерде температураның тәулiктiк амплитудасы жыл маусымдарына онша бағынбайды, жыл бойы 20–22 0С шамасында болады; төселме беткейдiң сипаты, су бетi үстiндегi ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы құрлық үстiндегiден кiшi болады. Мұхит және теңiз үстiнде ол 2–30С құраса, құрлық iшiнде 20–220С -ға дейiн өседi. Құрғақ дала мен шөлдерде температураның орташа жылдық тәулiктiк амплитудасы 30 0С-ға дейiн жетедi; бұлттылық, ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы бұлттылық өскен сайын азая түседi.

Бұлт қабаты күндiз күннен көлеңкелеп температураны азайтса, түнде жер бетiнiң сәулешашуын атмосфераға жiбермей ауаның салқындауына кедергi жасайды; жер бедерi (рельеф), ойпаң жерлерде (жыра, шұңқыр, аңғар) ауа күндiз тұрып қалатындықтан қатты қызады, ал түнде керiсiнше салқын ауа биiк жерлерден ойпаңға ағып түседi. Сондықтан тегiс жерге қарағанда ойпаң жерлерде температураның тәулiктiк амплитудасы жоғары болады. Дөңес рельефтердiң (тау, төбе, шоқылар) шыңында тәулiктiк амплитуда тегiс жердiкiнен кiшi болады; теңiз деңгейiнен биiктiк, теңiз деңгейiнен биiктеген сайын ауа температурасының тәулiктiк амплитудасы азаяды, ал максимум және минимумы байқалатын уақыт кешiгiп орнығады. Тропопаузаның биiктiгiнде де амплитудасы 1–20С құрайтын температураның тәулiктiк жүрiсi байқалады. Бiрақ ол, бұл биiктiкте озонның күн сәулесiн жұтуымен байланысты.

Ауа температурасының жылдық жүрiсi негiзiнен төселме беттiң температурасының жылдық жүрiсiмен анықталады. Температураның жылдық амплитудасы, ең жылы және ең салқын айлардың орташа айлық температураларының айырмашылығы болып табылады. Солтүстiк жартышарда құрлықта орташа айлық максимальдi температура шiлдеде, минимальдi – қаңтарда байқалады. Мұхиттар мен құрлық жағалауында экстремальдi температуралар кешiгiп орнығады: максимумы – тамызда, минимумы – ақпан-наурызда. Су бетi үстiнде ауа температурасының жылдық амплитудасы құрлық үстiндегiден бiршама кiшi болады.

Ендiк өскен сайын ауа температурасының жылдық амплитудасы да өседi. Ең кiшi мәнi экваторлық аймақта, ең үлкен мәнi полярлық ендiктерде байқалады. Теңiз деңгейiнен биiктеген сайын жылдық амплитуда азаяды.

Амплитуданың мөлшеріне және экстремальдiк температуралардың орнығу уақытына байланысты ауа температурасының жылдық жүрiсiнiң төрт түрi ажыратылады [5].

2. Физика географиялық сипаттамасы

2.1 Алматы облысы

Алматы облысы Қазақстан Республикасының оңтүстік-шығыс бөлігінде (42º15ʹ - 47º16ʹс.е. және 74º05ʹ - 82º31ʹш.б.) орналасқан. Солтүстіктен оңтүстігіне 500 км-ге және батыстан шығысқа 570 км-ге созылып жатыр.

Алматы облысы шығысында Қытай Халық Республикасымен (Синьцзян ауылы), солтүстік-шығысында Шығыс Қазақстан облысымен, солтүстік-батысында Қарағанды облысымен, батысында Жамбыл облысымен, оңтүстігінде Қырғыстан Республикасымен шекараласады.

Жерінің аумағы 224,0 мың км2. Алматы облысы орналасқан Қазақстанның оңтүстік-шығыс бөлігінің табиғаты Қазақстанның басқа территориясының табиғатынан қатты өзгеше болып табылады. Облыстың солтүстігінде байтақ жызық Балқаш-Алакөл ойпаты созылып жатыр. Оңтүстік, оңтүстік-шығысында және шығысында байтақ тауаралық аңғарлармен араласып биік тау жоталары Тянь-Шянь орналасқан.

Оңтүстігінде және оңтүстік – шыгысында Іле Алатауы, Күйген Алатауы, Кетмен, Хан Тәңірі ауданындағы Теріскей Алатауы және шығыстағы Жоңғар Алатауы тау жүйесы жоталары орналасқан. Рельеф бойынша бұл облыстың ең қиын бөлігі болып табылады. Іле Алатауы биіктігі 3200-3400 м және Жоңғар Алатауы биіктігі 2900-3000 м-ге жететін тау массивтері мұздықтар мен мәңгі қармен жамылған.

Іле Алатауы ендік бойымен үзілмей созылып орналасқан. Батысы мен шығысына қарай таудың биіктігінің төмендеуі байқалады. Ол Турген ауданынан шығысқа қарай бірнеше паралельді жоталарға бөлшектеніп кетеді, ал солтүстік-шығысында Қызылтөбе, Бала-Бағұты және т.б. төмен биікті тауларға ауысады және оларға паралельді оңтүстікте Тұрайғыр тауы созылып жатыр. Іле Алатауы батысқа қарай Шу аңғарында күрт үзіледі да, солтүстік-батысқа қарай Шу-Іле таулары атымен Балқаш маңы жазығына кіреді.

Алматы облысының шығысында ендік бағытымен орналасқан Тянь-Шаньның ең солтүстік бөлігі Жоңғар Алатауы орналасқан. Көксу өзенімен ол Солтүстік және Оңтүстік болып екі негізгі жоталарға бөлінеді. Жоталардың ең биік нүктелері 5066 м (пик Тышкан) және 5060 м (пик Сарқан) жетеді. Жоңғар Алатауы рельефі Іле Алатауы рельефінен үстірт тәрізді тік беттермен ерекшеленеді.

Алматы облысы территориясында өзен желісі әркелкі орналасқан. Өзеннің көбісі тау жақта орналасқан, ал жазықта өте аз. Ең ірі өзен Балқаш көліне құйылатын Іле өзені болып табылады. Сонымен қатар бұл көлге Қаратал, Лепсі, Ақсу өзендері де құяды.

Климаты. Алматы облысының климаттық ерекшеліктерінің әртүрлілігі солтүстік бөлігі Балқаш көлі бойында құмтөбе орналасқаны және тізбектелген жазық бар, ал оңтүстігінде және оңтүстік шығысында кескінделген тулы жоталардың болуы. Негізінен климты континентальді, бірақ Іле Алатауының жеткілікті ылғалды болуынан жазы қатты ыстық емес және қысы жұмсақ. Облыстың жазық бөлігінде ауа температурасының тәуліктік және жылдық үлкен тербелмелілігінен, сәйкесінше суық қыс пен ыстық және құрғақ жаз қалыптасады.

Облыс территориясында орташа жылдық ауа температурасы шамамен 5 - 10ºC тербелісі солтүстіктен оңтүстікке қарай көтеріледі. Үлкен биіктіктегі тауларға көтерілген сайын температура мәні түсіп, тіпті теріс таңбалы мәнге ие болады (-3ºC және төмен).

Температураның жылдық амплетудасы тербемелілігі жазық аудандарда 35ºC-ден бастап 40ºC-ге дейін, таулы аудандарда ол көрсеткіш 25ºC-ге тең және төмен.

Облыс бойынша ең суық айдың (қаңтар) орташа көрсеткі -16ºC-дан - 5-6ºC-ге дейін өзгереді. Облыстың климатана дамыған инверсия температурасы тән. Яғни температураның биіктікпен өсуі. Жазық жерлерге қарағанда іргелес орналасқан, шамамен 1500 м биіктіктегі, тау бөктерінде біршама жылы.

Оңтүстікте орналасқанына қарамастан облыста қыс мезгілінде аяз бөлек жылдары - 42º, -45ºC жетеді, ал жазық аудандарда -35, -40ºC барады.

2.2 Алматы, БГМС станциясы

Станция тарихы. Алматы станциясында метеорологиялық бақылаулар 1935жылы қазанда екінші разрядты метеостанция программасы бойынша жүргізіле бастаған.

Метеостанция 1947-1953 жылдар аралығында екі рет аз арақашықтыққа көшірілді. Бірақ, станция атауы, биіктігі және координаттары өзгерген жоқ.

Третьяков жауын өлшегіші 9 сәуір 1953 жылы, ауыр тақтасымен флюгер 1954 жылы орналастырылды.

Алматы қаласы станциядан 12-15 километр солтүстік–солтүстік- шығыста, Тяньшань тау массивінің етегінде Іле Алатау жотасында орналасқан. Жотаның кейбір шыңдары теңіз деңгейінен 3500-4500 м жетеді және мұзбен жабылған. Солтүстік беткейі тасты, шатқалдармен кесілген, беткейінің ортаңғы бөлігінде ағаш тектес өсімдіктер көп өседі, жоғарғы бөлігінде тяньшань шыршасы, төменіректе жеміс-жидек ағаштары: өрік, шие, алма ағаштары өседі.

Қоршаған аймақ оңтүстіктен солтүстікке қарай аз ғана ылдилы, тегіс төбелермен кесілген болып келеді, олардан кішкентай өзендер тау жылғалары ағады. Батыстан 1-1.5 км арақашықтықта терең емес Кіші Алматы өзені ағып өтеді, оның артында 2-4 км-де елді мекен орналасқан.

Батыс пен солтүстік - батыста ағаш тектес өсімдіктер отырғызылған өрістер бар, 2 км жерде кішкентай Қатыр - Бұлақ өзені ағады.

Топырағы - ашық қоңыр. Өсімдік жамылғысы- жусанды өсімдіктер. Ағаш тектес өсімдіктер суармалы жерлерде өседі, терек және жеміс - жидек бақтары жасанды отырғызылған.

Метеорологиялық алаң тегіс жерде орналасқан, жан-жақтан 10-15 м-ге жететін ағаштар мен құрылыспен қоршалған.

Ең жақын құрылыс оңтүстік және оңтүстік - шығыста 20 метр, биіктігі 10 м ағаш аллеялары солтүстік және солтүстік- шығыста созылып жатыр.

Топырағы – ашық қоңыр, ашық сұр гумус қабаты анық бөлінген. Топырақ беткейі дәнді өсімдіктермен, ағаш тектес өсімдіктермен жабылған. Алма, шие, терек ағаштары өседі.

Грунтты су 6 м тереңдікте орналасқан.

2.3 Құйған станциясы

Станция тарихы. Метеорологиялық бақылаулар Үлкен Құйған ауылында 1929 жылдың мамыр айында басталып, қазіргі уақытқа дейін үздіксіз жұмыс істеп келеді. Станция жұмыс атқарған уақыт ішінде орналасуы ауысқан емес және аты өзгертілмеген.

12.09.1950 жылы ауыр тақтайлы флюгер, ал 30.06.1953 жылы Третьеков жауын-шашын өлшегіш орнатылды.

Физика-географиялық сиапаттамасы. Үлкен Құйған ауылы Балқаш көлнің оңтүстік-шығыс жағалауында орналасқан. Жергілікті жердің рельефі жазықтық.

Балқаш көлі 3 км батыста орналасқан. Ауылдан шығыстан батысқа қарай ені 100 метрден жоғары болатын Іле өзені ағып өтеді.

Ауыл аймағында шалғынды топырақ кездеседі. Оңтүстікке қарай қатты тұзданған сұр топрақты бола бастайды. Өсімдік өсуі нашар, алайда улкен аудандағы қамыстар кездеседі. Жеке ағаштар сирек кезеседі.

1929 жылдың мамыр айында ашылған метеорологиялық алаң Үлкен Құйған ауылының солтүстіктегі шет жағында тегіс жерге орнатылған.

Ең жақын құрылыс оңтүстік-шығыс 30 м қашықтықта қызмет үйі орналасқан. Басқа құрылыстар айтарлықтай алыс орналасқан. Солтүстігінде 200 метр қашықтықта жағалауында қамыс өсетін Іле өзені орналасқан.

50 жылдардың соңына қарай шығысынан 50 м қашықтықта жаңа құрылыстар салынған. Солтүстігінен 25 м қашықтықта биіктігі 3 м болатын ағаш қоршаумен қоршалған қызметтік құрылыс орналасқан.

Топырақ қимасы келесідей сипатталады:

0-30 см – - өзеннің қалдықтарынан пайда болған сұр топырақ

30-60 см – шалымдар мен құм аралас

60 см және одан терең – жұмсақ құм

Топырақ беті шөл сипатты сирек кездесетін шөппен жамылған.

Грунтты су 3-4 метр тереңдікте орналасқан.

2.4 Талдықорған станциясы

Станция тарихы. Метеорологиялық бақылаулар Талдықорған қаласында 1929 жылы ұйымдастырылған.Метеорологиялық станция ІІ разрядта үзіліссіз жұмыс істеп келеді.

Ешқандай орын ауыстыру,өзгертулер болмаған.Ауыр тақтайшалы флюгер 1932-1938 жылдары болып,кейіннен 1938 жылдары жеңіл тақтайшалы флюгерге ауыстырылды.Ал 1958 жылдың қараша айынан бастап бүгінгі күнге дейін ауыр тақтайшалы флюгер қолданылады.

Третьяков жауын-шашын өлшегіші 1951 жылдың мамыр айында орнатылған.

Физика-географиялық сипаттама. Талдықорған қаласы Солтүстік Тянь-Шаньның етегінде, таудан ағатын көптеген өзендердің қиылысатын аумағында орналасқан. Аталған кішігірім өзендер Қаратал салаларын құрайды.Қала аумағында Қаратал оңтүстіктен солтүстікке қарай, қаланың шығыс бөлігінде ағады.Қала аумағынан аса бере, өзен батысқа қарай бағытын бұрады. Егістік аумақтарын суғару мақсатында өзен суы пайдаланылатындықтан, жаз маусымында өзен суы азаяды.

Аңғар солтүстік-батысқа қарай елеулі түрде еңкейген тегіс жазықты болып келеді.Жан-жағында Жоңғар Алатауы тау жотасының кішігірім таулары орналасқан. Бұл таулардың абсолютті биіктігі 1000 м-ден аспайды. Бірақ ол таулардың шығыс және оңтүстік шығысына 20 км-ге қарай негізгі тау жотасының 2000 м-ден жоғары биіктікте таулары орналасқан.

Топырағы ашық сарғылт түсті, құмды саздақ, суландыру жұмыстары мен егіске қолайлы.Бұл жерде қант қызылшасы және күріш өсіріледі.

Метеорологиялық алаң ең алғаш ұйымдастырылғанда қала орталығындағы алаңда орналастырылған болатын. 1930 жылы қаланың солтүстік-батыс бөлігіне көшірілді. Метеорологиялық алаң ашық алаңқайда, ағаш және құрылыс ғимараттарынан алшақта, бау-бақша және егістің арасында орналасқандықтан, жаз айларындағы суғару жұмысы кезінде метеорологиялық алаңды су жайлайды. Кейіннен оңтүстікке қарай 200 м-ге көшірілді. Метеорологиялық алаң өсімдік жамылғысымен сирек жабылған.

2.5 Айдарлы станциясы

Айдарлы елді-мекені Қазақстанның Шу-Іле таулы-қыратты ауданының шөлейтті аумағында орналасқан. Батыс бағыттан оңтүстік-шығысқа қарай Жусаңдала жазығы созылып жатыр.

Шығыс және солтүстігінде Саты-Тау-Құм құмдары орналасқан, ал солтүстік батысында Тау-Құм шөлі созылып жатыр. Елді-мекеннің оңтүстік және оңтүстік-батысына қарай жерлігікті рельеф ірі төбешіктерге айналады. Елді-мекеннен 50 км шығысқа қарай Күрті өзені (Іле өзенінің саласы) оңтүстіктен солтүстік-шығыс бағытқа қарай ағып жатыр. Одан басқа ауылға жақын маңда су көзі жоқ.

Айдарлы тоғайлысы топырақтардың сипаты бойынша белдік тасты-шөлдерінің аймағына жатады. Топырағы бурыл шөлді-сахаралық. Өсетін өсімдіктер түрі: жусан, бетеге тағы да басқа түрлері кездеседі. Ірі ағаш текті өсімдіктер жоқ. Өсімдіктер күзгі, қысқы және көктемгі уақыттарға мал шаруашылығында қорек ретінде пайдаланылады. Мәдени өсімдіктер өсірілмейді.

Метеорологиялық алаң станцияның ұйымдастырылуымен 1947 жылы желтоқсан айында ашық жіне тегіс аймақта орналастырылды. Айдарлы метеостанциясына ең жақын құрылыс аймақтар: метеоалаңнан 50 м солтүстік-батысқа қарай, биіктігі 5 м болып келетін метеостанциялық үй орналасқан. Солтүстік-шығысқа қарай 10 м қашықтықта 3 м-ге дейін тасты дуалмен қоршалған отарлы мал шаруашылығының штабының ауласы үйлерімен орналасқан. 1948 жылы метеостанция алғашқы орнынан 200 м шығысқа қарай көшірілді. Ал 1958 жылы метеоалаң батыс-солтүстік-батыс бағытқа қарай 120 м жерге, бұрынғы орнынан биіктеу жерге көшірілді. Метеоалаңнан батыс және солтүстік батысқа қарай 20-30 м қашықтықта 3-5 м болатын биік ағаштар, бақшалар орналасқан. Үйлер мен дүкендер 50-60 м арақашықтықта орналасқан. Метеоалаңнан оңтүстікке қарай 100 м қашықтықта құдық бар.

Метеоалаңның беткі қабатына биіктігі 10-15 см шөлейтті өсімдік өседі, олар жазғы маусымда күйіп кетеді.

Топырақ қабаттары келесідей:

1. 0-40 - құм және қиыршық тастың түбегейлі қоспасы саз;

2. 40-100 - тасты құм және қиыршық там;

3. 100-130 - әк пен тас қабаттарының қоспасы;

4. 130-240 - қиыршықты құм;

5. 240 - одан төмен қиыршықты құмды тасты қабат.

Грунт суларының деңгейі біркелкі емес. Метеоалаңда 8 м-ден төмен болса, алаңнан 100-200 м оңтүстікке қарай құдық орналасқан аймақта 4-5 м көктемгі қар еру мерзімінде грунт суларының деңгейі көтеріліп, құдықтарлың бетіне дейін көтеріледі.

2.6 Үлкен Алматы Көлі

Үлкен Алматы Көлі метеостанциясы 1915 жылы ашылды. Бұл метеостанция 2-разрядты. Ол 14.01.1916 жылдан 14.07.1925 жылдар аралығында қадағаланбады. 1925 жылдан бастап көңіл бөлінді. Метеостанцияның биіктігі 2516,456 м, барометрі 2506,455 м. Желді өлшегіш және М-63 құралы бойынша бақылайды, ол 1980 жылы құрылған. М-63 құралы орналастырылған биіктік 8,8 м, ал желді өлшегіш бойынша 9,9 м биіктікте орналастырылған. Третьяков жауын-шашын өлшегіші 2 м жоғарыда орналасқан. 2007 жылдан бастап құрылды және автоматты метеорологиялық станцияда тәжірибелі режимде жұмыс істеп тұр.

Метеостанция Үлкен Алматы Көлі Қазақстанның Іле-Күнгей-Алатау таулы ауданында, Алматы қаласынан оңтүстікке 20 км Іле-Алатауының жота сызығымен жоғары 7-8 км солтүстікте орналасқан. Ауданы жіңішке үлкен емес, таулы шұңқырлы, үлкен таулармен қоршалған және Үлкен Алматы өзенінің солтүстік бойымен, солтүстік–солтүстік-шығыстан оңтүстік-батысқа қарай шығып кетеді. Өзен ағып өтетін таулы шатқалда солтүстіктен оңтүстікке ағып өтетін ұзын көлді Сүлекті өсімдік - тау баурайындағы шыршалы орман.

Метеостанцияның ауданында өсімдіктердің түрлері - альпі жуасынан бастап таулы-жуалы әртүрлі өсімдіктер кездеседі. Топырақтың үлгісі – тасты, қатпарлы, топырақтың тілігі - 0-15 см, таулы чернозем, 15-30 см құм, 30-50 см галька, 50 см тұрғылықты тұқымдар.

Топырақ суының терңдігі - 10-15 см.

Өзен ағып өтетін таулы шатқалда солтүстіктен оңтүстікке ағып өтетін ұзын көл. Көлдің ауданы 1 км-ден үлкен, тереңдігі 40 м. Балдыр және балық жоқ. Шығыс және солтүстік жағалауы 50-жылдары Гидрологиялық республикалық электрлік станция (ГРЭС) құрылыс кезінде бетонмен қапталған.

Батыс беткейден өзенге жағалауында шыршалы орман, оңтүстігіндегі тауда - тасты-тасқорымдар болып келеді. Батыстан өзенге қарай Серке - Бұлақ жалғасы құлап ағады. Көлден шығаберісінде өзен екі сарқырамаға бөлінеді, бірі көлге жақын, екіншісі ағыс бойымен 15 км төменде. Көлден батысқа қарай, 3 км-де теңіз деңгейінен 3584 м биіктікте Алматы шоқысы орналасқан. Іле-Алатауы шоқысы бойымен 5-8 км оңтүстік-батысқа, оңтүстік және оңтүстік-шығыста, жеке шыңдары 4000 м-ге жетеді. Осы бағытта тау аралықтарында көптеген өзеншелер мен жылғаларды қоректендіретін шатқалдар және мұзды, қарлы жондар орналасқан.

Метеостанция стандартты 20х20 м. Метеостанция шағын ғана күншығыс баурайда, батыстан шығысқа қарай қиыстау, 15-20 м теңіз деңгейінен биікте орналасқан. Метеостанциядан 50 м қашықтықта оңтүстік және оңтүстік-батыста ұзындығы 15 м-ге жететін шыршалар бар. Метеостанция беті альпі жуасы тектес тығыз шөптермен жабылған.

3. Оңтүстік – Шығыс Қазақстанда күн радиация таралуларының климаттық сипаттамалары

3.1 Тіке радиация

Жердiң бетiне Күн дискiсiнен параллель сәулелер түрiнде келетiн сәулелi энергияны тiке радиация дейдi. Атмосфераның жоғарғы шекарасына күн радиациясы тек тiке радиация түрiнде келедi. Жерге келетiн тiке радиацияның шамамен 30 % керi космостық кеңiстiкке шағылып кетедi де, қалған 70 % атмосфераға енедi.

Күн сәулесiне перпендикуляр беткейге келетiн күннiң тiке радиациясын S әрiпiмен, ал горизонталь төселме беткейге келетiн тiке радияцияны S¢ әрiпiмен белгiлейдi және олар өзара былайша байланыста болады.

S¢ = S sinh0 (3.1.1)

мұнда,

h0 – күннiң бұрыштық биiктiгi.

Тiке радияцияның күн сәулесiне перпендикуляр бiрлiк беткейге келетiн мөлшерi, бiрлiк горизонталь беткейге келетiн мөлшерiнен жоғары болатыны белгiлi (S ³ S¢). Горизонталь беткейге келетiн тiке радиация ағынын инсоляция деп те атайды.

Күннiң аспан әлемiндегi орны – оның биiктiк бұрышы (h0) және азимуттық бұрышымен (АК), яғни меридиан жазықтығы мен күн сәулесi арқылы өтетiн вертикальдi жазықтық арасындағы бұрышпен сипатталады.

Тiке радиация ағыны және оның спектрлiк құрамы күннiң биiктiгi мен атмосфераның мөлдiрлiгiне байланысты өзгерiп тұрады. Күн биiктiгi өскен сайын және атмосферада су буы мен әртүрлi қоспалар азайған сайын тiке радиация мөлшерi өседi. Негiзiнен, жоғарғы ендiктерге қарай тiке радиация ағыны азая бастайды, себебi күннiң талтүстiк биiктiгi азаяды. Тiке радиацияның мөлшерiне атмосфераның мөлдiрлiгiнiң әсерi де өте жоғары.

Мөлдiрлiк коэффициентi – атмосфераның жоғарғы шекарасына келген күн радиациясының жер бетiне жететiн бөлігін көрсететiн сан. Ол орташа алғанда теңiз деңгейiнде аэрозольдар мен су буының мөлшерiне байланысты P = 0,60 – 0,85 аралығында өзгерiп тұрады. Құрамында су буы мен аэрозольдары жоқ идеальдi атмосфера үшiн P = 0,90.

Бұлыңғырлық факторы (Т) деп нақты атмосфераның оптикалық қалыңдығының (t) идеальдi атмосфераның оптикалық қалыңдығына (tи) қатынасын айтады:

T = t / tи (3.1.2)

Яғни, бұлыңғырлық факторы - күн радиациясын нақты атмосфера сияқты әлсiрету үшiн қанша идеальдi атмосфера қажеттігін көрсететін сан және ол әрқашан бiрден үлкен болады. Ол атмосфераның бұлыңғырлығын, ластығын сипаттайды.

Бұлыңғырлық факторын бiле отырып жер бетiне жететiн тiке радиация мөлшерiн былайша анықтауға болады:

(3.1.3)

Бұлыңғырлық факторы атмосфераның мөлдiрлiк коэффициентi сияқты ауа массаларының физикалық қасиеттерiне бағынышты. Қоңыржай белдеу ендiктерiнде орташа алғанда бұлыңғырлық факторы T = 3, таза және арктикалық мөлдiр ауада T = 2, ал су буы мен шаң-тозаңы жоғары тропиктiк ауада T ³ 3,5. Iрi қалаларда бұлыңғырлық факторы өте жоғары болады (T ³ 4).

Сонымен Күн зенитте тұрғанда жер бетiне жететiн тiке радиация мөлшерi анықталады:

S1 = S0 P (3.1.4)

Ал, Күн басқа биiктiктерде тұрғанда жер бетiне келетiн тiке радиация (S) мөлшерi былайша анықталады (Буге теңдеуi):

S= S0 Pm (3.1.5)

мұнда,

S0 – күн тұрақтысы, оның мәні 1,367 кВт/м2;

S – тіке радияция ағынының тығыздығы;

P – атмосфераның мөлдiрлiк коэффициентi;

m – атмосфераның оптикалық салмағы, Бембарт кестесі арқылы анықталады.

Алматы облысы бойынша ашық аспан кезіндегі тіке радиацияның айлық суммасының жүрісін қарастыру үшін 4 станцияны алдық. Станциялардың орографиялық орналасу ерекшелігіне байланысты биік тауда орналасқан станцияны, орташа биіктікте орналасқан және Алматы облысының солтүстік-шығысындағы, тау бөктерінен алыс орналасқан жазық жердегі станцияларды қарастырдық.

Енді 4 станцияны салыстыра кететін болсақ максималды көрсеткіштер Құйған станциясында, ал минимум мән Алматы, агро станциясында байқалған. Максимум көрсеткіш шілде мен тамыз айларында 21,4 кВт/м2 ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 1,8 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы шілде мен тамыз айларына сәйкес келеді, көбінесе шілде айын ерекше айтуға болады. Ал енді минимумына келетін болсақ, ол көбінесе желтоқсан айларына сәйкес келеді.

Максимумның Құйған станциясында болуының бір себептерінің бірі орографиясына байланысты және Балқаш көлінің суы улкен буланушылыққа жететіндіктен тіке радиацияның түсуіне ешқандай кедергілер байқалмайды. Ашық аспан кезіндегі тіке радиацияның айлық суммасы (2 - сурет).

2-сурет. Ашық аспан кезіндегі тіке радиацияның айлық суммасы

Тіке радиацияның горизонтальді беттікке түсу көрсеткіші тіке радиация көрсеткішінен біршама аз мөлшерді көрсетеді. Бірақ жылдық жүрісінің үлкен ұқсастығы бар. Ол минимум мәндер мен максимум мәндердің станция және айларымен сәйкес келуі болып табылады.

Максималды көрсеткіштер Құйған станциясында, ал минимум мән Алматы, агро станциясында байқалған. Максимум көрсеткіш шілде айында 14,6 кВт/м2 ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 0,3 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы шілде мен тамыз айларына сәйкес келеді, көбінесе шілде айын ерекше айтуға болады. Ашық аспан кезінде горизонтальді беткейге түсетін тіке радиацияның айлық суммасы (3 - сурет).

3–сурет. Ашық аспан кезінде горизонтальді беткейге түсетін тіке радиацияның айлық суммасы

а)

ә)

б)

4 – сурет. Ашық аспан кезінде тіке радиацияның тәуліктік жүрісі

а) Айдарлы станциясы; ә)Алматы, БГМС; б) Алматы, агро

а)

ә)

б)

5–сурет. Ашық аспан кезінде горизонтальді бетке түсетін тіке радиацияның тәуліктік жүрісі

а) Айдарлы станциясы; ә)Алматы, БГМС; б) Алматы, агро

Енді тіке радиация мен горизонтальды беткейге түсетін тіке радияцияың ашық аспан кезіндегі тәуліктік жүрісін қарастыру үшін Алматы облысы бойынша 3 станцияны таңдап алынды. Олар физико-географиялық орографиясы бойынша жазықтықта орналасқан станция және тау бөктеріне жақын орналасқан екі станциялар болып табылыды.

Ашық аспан кезіндегі тәуліктік жүрісті қарастыру үшін графикке әр мезгілдің ортаңғы айларының көрсеткіштері таңдалып алынды.

Сол барлық станциялардың көрсеткіштері бойынша максималды мән Айдарлы станциясы бойынша сәуір айы мен шілде айларының 11-12 сағаттарына сәйке келеді. Ал минимум мән Алматы агро станциясында шілде айында таңғы 04 сағатта және кешкі 19 сағатта байқалған. Сонымен қатар Алматы БГМС станциясы бойынша осы айда сағат кешкі сағат 19-да байқалған. Нақтырақ айта кететін болсақ максимум 34,4 МДж/м2 тең, ал минимум 0,24 МДж/м2 тең. (4 – сурет,а, ә, б)

Ал ендігі кезекте горизонтальді беткейге түсетін тіке радиацияның тәуліктік жүрісінің мәнін тіке радиацияның тәуліктік жүрісінің мәнімен салыстыра отырып қарастырамыз. Горизонтальді бетке түсетін радиацияның максимум жүрісі шілде айна сәйкес келеді, жазғы мезгілде қарқынды. Минимумына келетін болсақ қыс мезгіліне сәйкес келеді. Тіке радиация бойынша салыстыратын болсақ көрст сәуір айынан шілде айына дейін тәуліктік жүрісі бір қалыпты, ал қыс мезгілінде минимумдары байқалған.

Нақтырақ айта кететін болсақ горионтальді беткейге түсетін тіке радиацияның тәуліктік жүрісі көрсеткіштерінің максимумы Айдарлы станциясында шілде айында 11 сағатта 2,43 МДж/м2 байқалған, ал тәулік бойынша минимумы Айдарлы станциясында қаңтар айында 16 сағатта 0,01 МДж/м2 көрсеткіші байқалған. (5 – сурет,а, ә, б)

3.2 Шашыранды радиация

Шашыранды радиация (D, кВт/м2) деп, радиусы 50 Күн аймағынан басқа барлық аспан әлемiнен жер бетiне келетiн радиацияны айтады, яғни ол атмосферадағы барлық газдар молекулалары мен аэрозольдар арқасында жан-жаққа шашыраған радиация.

Шашыранды радиацияның мөлшерi келесi факторларға бағынышты:

1) күн биiктiгi неғұрлым үлкен болса шашыранды радиация ағыны да соғұрлым жоғары болады, себебi Күннен келетiн радиацияның қарқындылығы өседi.

2) атмосфера неғұрлым бұлыңғыр болса шашыранды радиация ағыны да соғұрлым жоғары болады, себебi шашыратушы бөлшектердiң саны көбейедi.

3) ондай бұлттар жақсы шашыратушы орта болып табылады. Ал, аспанды тұтас жабатын қалың төменгi қабат бұлттары кезiнде шашыранды радиация мөлшерi ашық аспан жағдайымен салыстырғанда аз болады.

4) шашыранды радиация мөлшерi төселме беткейдiң сипатына, әсiресе оның шағылдыру мүмкiндiгiне де бағынышты. Жер бетiнен шағылған радиацияның атмосферада екiншi мәрте шашырап жер бетiне қайтып келуi салдарынан шашыранды радиация мөлшерi бiршама артады.

5) теңiз деңгейiнен биiктеген сайын (ашық аспан кезiнде) шашыранды радиация мөлшерi азаяды. Себебi атмосфераның қалыңдығы да азаяды.

Шашыранды радиацияның негiзгi бөлiгi спектрдiң көрiнетiн облысында жатады. Инфрақызыл облысында байқалатын шашыранды радиацияның 96% 0,7–1,7 мкм аралығында болады. Шашыранды радиацияның спектрiнде максимальдi энергия шамамен 0,43–0,45 мкм-де байқалады. Шашыранды радиацияның спектрлiк құрамы атмосфераның мөлдiрлiгiне байланысты өте өзгермелi келедi. Ашық аспан кезіндегі шашыранды радиацияның жылдық жүрісі

Ашық аспан кезінде шашыранды радиацияның айлық суммасын қарастырамыз. 4 станцияны салыстыра кететін болсақ максимум көрсеткіштер Үлкен Алматы көлі станциясында, ал минимум мән Алматы, агро станциясында байқалған. Нақтырақ айтқанда максимум көрсеткіш мамыр айында 7,3 кВт/м2 ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 1,6 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы мамыр айына сәйкес келеді. Ал енді минимумына келетін болсақ, ол көбінесе желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді.

6–сурет Ашық аспан кезінде шашыранды радиацияның айлық суммасы

Көріп тұрғандарыңыздай 4 станцияның жылдық жүрісінде теңіз деңгейінен биік таулы аумақта максималды мәндер сәйкес келеді. Ал жылдық жүрістің минимумы Алматы агро мен Алматы БГМС танцияларына сәйкес келеді. (6 – сурет).

а)

ә)

б)

7 – сурет.Ашық аспан кезінде шашыранды радиацияның тәуліктік жүрісінің көрсеткіші

а) Айдарлы станциясы; ә)Алматы, БГМС; б) Алматы, агро

Ашық аспан кезіндегі тәуліктік жүрісті қарастыру үшін графикке әр мезгілдің ортаңғы айларының көрсеткіштері таңдалып алынды.

Сол барлық станциялардың көрсеткіштері бойынша максималды мән Айдарлы станциясы бойынша сәуір айы 11-12 сағаттарына сәйке келеді. Ал минимум мән барлық станцияларда таңғы 5-6 сағаттарда және кешкі 17-19 сағаттарда байқалған. Нақтырақ айта кететін болсақ максимум 0,98 МДж/м2 тең, ал минимум 0,04 МДж/м2 тең.

Шашыранды радиацияның максимум жүрісі сәуір айна сәйкес келеді, яғни көктем мезгілінде қарқынды болып табылады. Минимумына келетін болсақ қыс мезгіліне сәйкес келеді. (7 – сурет,а, ә, б)

3.3 Жиынтық радиация мен радиациялық баланс

Горизонталь беткейге келетiн тiке радиация мен шашыранды радиацияның қосындысын жиынтық радиация (Q) дейдi:

Q = S¢ + D немесе Q = S sinh + D (3.3.1)

Жиынтық радиацияның құрамы, яғни тiке және шашыранды радиациялардың үлестерi күннiң биiктiгiне, атмосфераның мөлдiрлiгiне және бұлттылыққа байланысты өзгермелi келедi.

1) Күн шыққанға дейiн жиынтық радиация түгелдей шашыранды радиациядан тұрады, ал күннiң төменгi биiктiктерiнде шашыранды радиацияның үлесi басым болады.

2) Атмосфера неғұрлым мөлдiр болса, шашыранды радиацияның үлесi соғұрлым аз болады.

3) Бұлттылықтың мөлшерiне, биiктiгiне және пiшiнiне байланысты шашыранды радиацияның үлесi әртүрлi болады.

Ашық аспан кезінде жиынтық радиацияның максимумы шілде айда Құйған станциясында 19,8 кВт/м2, ал минимум желтоқсан айында Алматы станциясында 1,9 кВт/м2 тең.

8 – сурет. Ашық аспан кезінде жиынтық радиация таралуы

а)

ә)

б)

9 – сурет Ашық аспан кезінде жиынтық радиацияның тәуліктік жүрісі

а) Айдарлы станциясы; ә)Алматы, БГМС; б) Алматы, агро

Жиынтық радиацияның тәуліктік жүрісінің мәнін қарастырамыз. Жиынтық радиацияның максимум жүрісі шілде айна сәйкес келеді, жазғы мезгілде қарқынды. Минимумына келетін болсақ қыс мезгіліне сәйкес келеді. Нақтырақ айта кететін болсақ жиынтық радиацияның тәуліктік жүрісі көрсеткіштерінің максимумы Айдарлы станциясында шілде айында 11 сағатта 3,16 МДж/м2 байқалған, ал тәулік бойынша минимумы Айдарлы станциясында қаңтар айында 4-5 сағаттар мен 18-19 сағаттарда 0,05 МДж/м2 көрсеткіші байқалған (9 – сурет,а, ә, б)

Төселме бетке келiп түскен жиынтық радиацияның бiр бөлiгi жұтылады да бiр бөлiгi керi шағылып кетедi. Күн радиациясының шағылып кеткен бөлiгiнiң (Rк) келген жиынтық радиацияға (Q) қатынасын беткейдiң шағылдыру мүмкiндiгi немесе Альбедо (А) деп атайды:

. (3.3.2)

Альбедо сан мәнмен (0 – 1) немесе пайызбен (0 – 100 %) есептеледi.

Беткейдiң альбедосын және жиынтық радиацияны бiле отырып 7 теңдеу бойынша төселме беттен шағылып кеткен қысқа толқынды күн радиациясын – шағылған радиация (Rк) мөлшерiн анықтауға болады:

Rк = (S sinh0 + D) * A (3.3.3)

Төселме беткейдiң қысқа толқынды радиацияны жұту коэффициентi ретiнде (1–А) мәнi алынады. Ол коэффициент төселме беткейге келiп түскен радиацияның қанша бөлiгiнiң жұтылғанын көрсетедi. Беткейдiң альбедосы мен жиынтық радиацияны бiле отырып, оның жұтатын қысқатолқынды радиациясын – жұтылған радиация (Вж) мөлшерiн анықтауға болады:

Вж = S¢ + D – Rк = (S sinh0 + D)*(1 – A) (3.3.4)

Жер бетiнiң радиациялық балансы (төселме беткейдiң) деп – берiлген бiрлiк беткейге келетiн және кететiн барлық сәулелi энергия ағындарының алгебралық қосындысын айтады. Төселме беткейдiң радиациялық балансы (В) оған келетiн (S¢, D, Ea) және кететiн (Rқ, Еж, RҰ) радиациялардың айырмашылығына тең болады.

В = (S¢+ D + Ea) – (Rқ + Еж + RҰ) (3.3.5)

Егер келетiн радиацияларды оң таңбамен, кететiн радиацияларды терiс таңбамен алсақ, ұзынтолқынды радиациялар балансы (ВҰ) былай есептелiнедi (мұндай жағдай түнде байқалады):

ВҰ = Ea – Еж – RҰ = dЕа – Еж = –Ен (3.3.6)

Яғни, ол терiс таңбамен алынған нәтижелi сәуле шашуға тең болады.

Қысқатолқынды радиациялар балансы (Вқ) төмендегідей теңдiкпен есептелiнедi:

Вқ = S¢ + D – Rқ = Вж (3.3.7)

яғни, ол жұтылған радиацияны сипаттайтындықтан, оны былай да жазуға болады:

Вқ = (S sinh0 + D) * (1 – A) (3.3.8)

Сонда төселме беткейдiңтолық радиациялық балансы жұтылған қысқатолқынды радиация мен ұзынтолқынды нәтижелi сәулешашудың айырмашылығына тең болады:

В = (S sinh0 + D) * (1 – A) – Ен (3.3.9)

Жер-атмосфера жүйесiнiң радиациялық балансы (Вж-а) деп, төселме беттен атмосфераның жоғарғы шекарасына дейiнгi ауданы 1 см2 ауа бағанындағы сәулелi энергия балансын айтады. Оның келетiн бөлiгi атмосфера мен төселме беткейдiң жұтқан радиацияларынан, ал кететiн бөлiгi жер бетi мен атмосфераның шашатын ұзынтолқынды радиацияларының кеңiстiкке кететiн бөлiгiнен тұрады:

Вж-а = (S sinh + D) * (1-Aк) + q¢ – Е¥ (3.3.10)

мұнда: q¢ – атмосфераның жұтқан қысқатолқынды радиациясы;

Е¥ – жер бетi мен атмосферадан кеңiстiкке кететiн ұзынтолқынды радиация.

Радиациялық баланстың басқа күн радиацияларының басқа параметірлерінен айырмашылығы тәуліктің барлық барлық уақытында қарастырылады. Соған сәйкесінше, яғни, теріс таңбалы көрсеткіштер бере алады.

Ашық аспан кезіндегі тәуліктік жүрісті қарастыру үшін графикке әр мезгілдің ортаңғы айларының көрсеткіштері таңдалып алынды.

Радиациялық баланстың тәуліктік жүрісінің мәнін қарастырамыз. Радиациялық баланстың максимум жүрісі шілде айна сәйкес келеді, жазғы мезгілде қарқынды. Минимумына келетін болсақ қыс мезгілінде қарқынды болып келеді. Нақтырақ айта кететін болсақ радиациялық баланстың тәуліктік жүрісі көрсеткіштерінің максимумы Алматы БГМС станциясында шілде айында 12 сағатта 1,96 МДж/м2 байқалған, ал тәулік бойынша минимумы Айдарлы станциясында қаңтар айында 1-4 сағаттар мен 21-24 сағаттарда -2,3 МДж/м2 көрсеткіші байқалған (10 – сурет,а, ә, б)

а)

ә)

б)

10 – сурет Ашық аспан кезінде радиациялық баланстың тәуліктік жүрісі

а) Айдарлы станциясы; ә)Алматы, БГМС; б) Алматы, агро

Ашық аспан кезінде радиациялық баланстың айлық суммасын қарастырамыз. 4 станцияны салыстыра кететін болсақ максимум көрсеткіштер Құйған станциясында, ал минимум мән Алматы агро станциясында байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимум көрсеткіш шілде айында 14,3 кВт/м2, ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 0,5 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы шілде айына сәйкес келеді. Ал енді минимумына келетін болсақ, ол көбінесе желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді.

11 – сурет. Ашық аспан кезінде радиациялық баланстың жүрісінің суммасы

Ашық аспан кезіндегі радиациялық баланстың жүрісі жазық және шөлді аймағында максималды мәнге ие. Ал жалпы алғанда минимум жүрісі таулы аймақтарда байқалады. Себебі ол жердегі су буының ылғалдануы көп болуымен және бұлттылықтың түзілуіне ыңғайлы процестер орын алуымен түсіндіріледі. (11 – сурет)

4. Қазақстан Республикасының күн ресурстарының бастапқы мәліметтері ретінде климаттық базалары

Аэронавтика және ғарыш кеңістігін зерттеу жөніндегі ұлттық басқарма (ағылш. National Aeronautics and Space Administration, қыс. NASA) аэронавтика және ғарышқа ұшу саласында зерттеулер жасау үшін 1958 жылы құрылған АҚШ үкіметінің агенттігі. НАСА-ның штаб-пәтері Вашингтон қаласында орналасқан. Негізгі алаңы - Флорида шатының Кеннеди ғарыш орталығындағы Канавералмүйісінде орналасқан. НАСА-ның алғашқы ғарыш бағдарламасы 1958 жылы «Пионер» ғарыш кемесінің ұшыруынан басталды. Ол кейінгі басқарылатын ұшуларға арналған мәліметтерді жинау үшін құрастырылған еді. [7]

NASA X-43 - әлемдегі ең жылдам ұшатын әуе көлігі. Бұл ұшақты 10 жыл көлемінде NASA, Orbital Sciences Corporation, MicroCraft Inc құрастырушылары мен инженерлері жасаған. Және оның құрастырылуына 250 миллион АҚШ доллары жұмсалған. Егер дыбыс жылдамдығы 340, 29 м/с деп есептесек, одан X-43A 9,6 есе артық жылдамдықпен ұшқан.

X-43A ұшағы әуе кеңістігінде 2001 жылдың 2 маусымында тексерілген. Алайда, ұшақтан қателіктер табылып, ұшу кезінде апатқа ұшыраған, оның қалдықтары Тынық мұхитының түбіне кеткен. 2004 жылы 27 наурыз күні сынақ алаңынан X-43A сәтті өтті. 2004 жылы 16 қарашада Николай аралынан Тынық мұхитына дейін 11230 км/сағ жылдамдықпен ұшып өткен. Нәтижесінде, жаңа рекорд орнатылып, Гиннес рекордтар Кітабы NASA ғарыш агенттігіне Guinness World Records сертификатын табыстаған.

Ұшақ қанаттарының құлашы – 1,5 метр болса, ұшақтың жалпы ұзындығы – 3,6 метр. Scramjet (Supersonic Combustion Ramjet) атты тәжірибелік тура нүктелі әуе қозғалтқышы арқылы жұмыс істейді. Оның артықшылығы: қозғалтқышта үйкелетін бөлшектер жоқ, сутегі мен оттегінің қоспасы қозғалтқышты оталдыратын отын ретінде қолданылады. Өзге ұшақтардың жанармайлары секілді бұл ұшақтың отыны арнайы бактарда сақталмайды, отын ретінде қолданылатын оттегіні атмосферадан алады. Атмосферадан алынған оттегі өзінен улы қалдықтар шығармайды, ол су буына айналып отырады. X-43A ұшағын жасаудағы мақсат – гипердыбысты, турбореактивті қозғалтқыштың баламасы негізінде жаңа технологиялардың мүмкіндігін анықтау. Ғалымдардың ойынша, бұндай гипердыбысты ұшақтар келешекте Жер шарының кез келген нүктесіне 3-4 сағатта жетіп алады екен.

X-43A ұшағына қысқаша сипаттама: Түрі – тәжірибелі ГҰА (гипердыбысты ұшу аппараты) Қанаттарының құлашы – 150 мм. Ұшақтың ұзындығы– 366 мм. Биіктігі – 60 мм. Салмағы – 1270 кг. Қозғалтқыш саны – 1. Ұшу қашықтығының шегі – 30 км.

«Хаббл» ғарыштық телескопы (ағылш. Hubble Space Telescope, HST, КТХ, обсерватория коды «250») — Жерді айналып орбитамен ұшатын автоматты обсерваториясы, Эдвин Хаббл құрметіне аталған. «Хаббл» телескопы — НАСА мен Еуропа ғарыш агенттігі бірлескен жобасы; НАСА үлкен обсерваториялары тізіміне кіреді.

Телескоптың ғарышта орналасуы жер атмосферасы мөлдір емес диапазондарда электромагниттік сәулелерді тіркеуге мүмкіндік береді; ең алдымен — инфрақызыл диапазонын. Атмосфера әсерінің жоқтығынан телескоптың айыру қабілеттілігі дәл сондай жер бетіндегі телескоптікінен 7—10 есе үлкен. Тарихы Алғысөз, концепциялар, алғашқы жобалар Орбиталды телескоп ұғымы алғашқы рет 1923-жылы шыққан Герман Оберттың «Ғаламшараралық кеңістіктегі зымыран» (нем. «Die Rakete zu den Planetenraumen») атты кітабында айтылады. 1946 жылы америкалық астрофизик Лайман

Спитцер «Жерден тыс орналасқан обсерватория ерекшеліктері» атты мақала жариялайды (ағылш. Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory). Мақалада осындай телескоптың екі негізгі ерекшелігі көрсетіледі. Біріншіден, оның бұрыштық ажыратуы, атмосферадағы турбуленттік ағынмен емес, тек қана дифракциямен шектеледі; сол кезде жердегі телескоптардың ажыратулары 0,5 тен 1,0 бұрыштық секундты құрайтын, ал ажыратудың теоретикалық шегі дифракция бойынша айнасы 2,5 метр болатын телескоп үшін шамамен 0,1 секунд болды. Екіншіден, ғарыштық телескоп бақылауды инфрақызыл және ультракүлгін диапазондарда жүргізе алатын еді, ол жағдайда жер атмосферасының сәулелерді жұтуы әжептәуір.

Спитцер өзінің ғылыми мансабының басым бөлігінде осы жобаны іске асыруға тырысып бақты. 1962 жылы АҚШ ұлттық ғылым академиясы жариялаған докладта (баяндамада) орбиталды телескопты жасауды ғарыштық бағдарламаға қосуға кеңес береді, осылайша 1965 жылы Спитцер ірі ғарыштық телескоптың ғылыми тапсырмалары мен орнын анықтайтын комитет басшысы болып тағайындалады. Ғарыштық астрономия екінші дүниежүзілік соғыстан кейін қарқынды дами түсті. 1946-жылы күннің ультракүлгін спектрі алғашқы рет алынды. Орбиталды телескопты «Ариэль» бағдарламасы аясында Күнді зерттеу мақсатында Ұлыбритания 1962-жылы ұшырған, 1966-жылы НАСА алғашқы орбиталды

OAO-1 обсерваториясын жіберген (ағылш. Orbiting Astronomical Observatory). Бірақ бұл миссия электрлік аккумулятордың старттан кейін үш күннен соң істен шыққандықтан сәтсіздікке ұшырайды. 1968 жылы OAO-2 ұшырылды, ол 1972|-жылға дейін, есептелген жарамды мерзімінен бір жыл артық қызмет істеп, жұлдыздар мен галактикалардың ультракүлгін сәулелерін бақылады. OAO миссиялары айқын түрде орбиталды телескоптор маңызын көрсетіп берді, сондықтан 1968 жылы НАСА 3 м диматерлі рефлектор-телескопының құру жоспарын мақұлдады. Жобаны шартты түрде LST (ағылш. Large Space Telescope) деп атады. Ұшыру 1972-жылы жоспарланды. Бағдарлама қымбат құрылғының ұзақ мерзім жұмыс істеуін қамтамыз ету үшін телескопқа қызмет көрсету мақсатында тұрақты түрде пилотты экспедициялар жіберіліп тұруына екпін жасады. Сонымен қатар дамытылып жатқан «Спейс шаттл» бағдарламасы сәйкес мүмкіндіктер қамтамасыз етуге үміт берді. Жобаны қаржыландыруға күрес ОАО сәттілігі арқасында астрономиялық қоғамдастықта ірі орбиталды телескоп салу керек деген тұжырым қалыптасты.

1970 жылы НАСА техникалық жақтарын зерттеу мен жоспарлау және ғылыми зерттеулер бағдарламасын құрайтын екі комитет ашады. Келесі қиындық қаржыландыруға кеп тірелді, бұл кез келген жер бетіндегі телескоптан әлде қайда көбірек қаражатты қажет етедін еді. АҚШ конгрессі келтітірілген сметада ұсынылған көп бөлігіне күмән келтіріп, бастапқыда екі ауқымды зерттеу жасауға мүмкіндік беретін құрылғылары мен обсеватория ішкі құрылысына кететін әжептәуір қаржысын кесіп тастайды. 1974 жылы, Форд бастаған, бюджет шығындарын қысқарту бағдарламасы аясында Конгресс жобаны қаржыландырудан толықтай бас тартады. Бұған жауап ретінде астрономдар кең ауқымды лоббилық компания ұйымдастырды. Көптеген ғалымдар тікелей сенаторлары мен конгрессмендерімен кездескен, сонымен қатар ірі хаттар да жіберілді.

Ұлттық Ғылым Академиясы орбиталды телескоп маңызы көрсететін баяндама жасайды, нәтижесінде сенат Конгресс бастапқыда жоспарлаған қаражаттың жартысын беруге келіседі. Қаржылық таршылығынан шығынды азайтып, кішіректеу құрылғы жасақтау үшін жобаны да қысқартуға тура келеді, соның ішінде айна диаметрін 3-тен 2,4 метрге дейін қысқарту болды. Сонымен бірге, тест жасау мен жүйені жетілдіру мақсатындағы біржарым метрлік телескоп жобасынан да бас тартылды, әрі Еуропалық ғарыш агенттігімен әріптестік құру шешілді. ЕҒА қаржыландыруға қатысуға келісті, әрі обсерваторияға керек бірнеше өз құрылғылары мен күн батареясын да беретін болды, ал НАСА осы үшін еуропалық астрономдарға кемінде 15 % обсерватория бақылау уақытын беретін болды. 1978 жылы Конгресс 36 млн доллар көлеміндегі қаржыландыруды мақұлдады, осыдан кейін бірден толыққанды ауқымды жобалау жұмыстары басталып кетті. Ұшыру уақыты 1983 жылға жоспарланған. 1980-жылдар басында телескопқа Эдвина Хаббл есімі берілді.

Жобалау мен құрылысын ұйымдастыру Ғарыштық телекопты жасау жұмысы көп компаниялар мен мекемелерге бөлініп берілді. Маршалл ғарыш орталығы жобалау, құрастыруға жауап берсе, Гаддард ғарыштық ұшу орталығы ғылыми құрылғыларды жасауды жалпы басқаруды қолға алды, әрі жердегі басқару орталығы ретінде таңдалды. Маршалл орталығы телескоптың оптикалық жүйесін жобалау мен жасау (ағылш. Optical Telescope Assembly, OTA) және дәл бағдарлау датчиктерін жасауға «Перкин-Элмер» компаниясымен контракт жасады. «Локхид» корпорациясы телескоп үшін ғарыштық аппарат жасауға контракт алды.

Оптикалық жүйесін жасау Телескоптың негізгі айнасын жылтырату, «Перкин-Элмер» компаниясы лабораториясы, мамыр, 1979 жыл. Айнасы мен оптикалық жүйесі телескоптың ең маңызды бөлігі болды, сондықтан оларға ерекше қатал талап қойылды. Әдетте телескоп айналарының өтімдігі көрінетін жарықтың толқын ұзындығы шамамен оннан бірі болып дайындалса, бірақ ғарыштық телескоп ультракүлгін немесе инфрақызылға дейін дерлік диапазонда бақылауға арналғандықтан, айыру қабілеттілігі жердегі құрылғылардікінен он есе үлкен болуы керек, оның негізгі айнасы өтімдігі көрінетін жарық толқын ұзындығының 1/20, немесе шамамен 30 нм болатын болды.

«Перкин-Элмер» компаниясы белгілі пішінді айналар жасау үшін сандық бағдарламалық басқарулы станокты пайдалануға ниетті болған. «Кодак» компаниясы дәстүрлі жылтырлату технологияларын пайдаланып қосымша айна жасау үшін контракт алған, егер әлі іс жүзінде тексерілмеген технологиялармен анау-мынау болып қалған жағдайлар үшін («Кодак» компаниясы жасаған бұл айна қазіргі кезде Смитсон институты мұражайында тұр). Негізгі айнаны жасау жұмыстары 1979 жыл басталды, жасауға жылулық ұлғаю коэффициенті өте төмен әйнек пайдаланылды. Салмағын азайту үшін айна екі бөліктен — ұялы торлы құрылыммен қосылған төменгі және жоғарғы бөлімдерден тұрды.

Айнаны жылтырату жұмыстары 1981 жыл мамырына дейін жалғасты, алғашқы мерзімінен ұзақ, оның үстіне бюджеті де бастапқы межеден әжептәуір асып кетеді. НАСА сол мерзімдегі өз есеп-қисаптарында «Перкин-Элмер» компания басшыларының біліктілігі мен осындай маңызды жобаны сәтті аяқтауына күмән тудырады. НАСА қаражатты үнемдеу мақсатында қосымша айнаға тапсырынан бас тартып ұшыру уақытында 1984 жылдың қазан айына шегереді. Жұмыстар толықтай 1981-жыл аяғында алюминийден шағылдыру қабатын қалыңдығы 75 нм етіп боялған соң және магний фторидынан жасалған қалыңдығы 25 нм қоғаныс қабатын жаққаннан кейін бітеді.

Осыған қарамастан, «Перкин-Элмерге» күмән әлі болды, себебі оптикалық жүйенің басқа бөлшектерінің жасалып біту мерзімі ылғи шегеріліп, ал бюджеті өсіп отырды. Компаниның жіберіп отырған жұмыс кестесін НАСА «анықталмаған және күнде өзгеріп тұратын» деп сипаттап телескоп ұшырылу уақытын 1985 жылдың сәуір айына созды. Соған қарамастан мерзімдері созыла берді, орта есеппен әр тоқсанда бір айға шегерілді, ал бітуге жақындағанда күн сайын бір күнге шегерілді. НАСА тағы екі мәрте ұшыру мерзімін созуына тура келді, басында наурызға, артынша 1986 жылдың қыркүйекке. Сол уақытта жобаның жалпы бюджеті 1,175 млрд долларға дейін өсіп үлгерді.

Ғарыштық аппарат. Келесі күрделі инженерлік жұмыс телескоп пен басқа құрылғыларын ғарыштық кеме жасау болды. Құрылғыларды күннің тікелей жарығындағы ыстықтан және жердің көлеңкесіндегі суық салдарынан тұрақты түрде температураның құбылуынан қорғау және телескопты ерекше дәл бағыттау негізгі талаптарды құрады. Телескоп жеңіл алюминий капсулына орнатылды, бұл капсула тұрақты температура қамтасыз ететіндей көп қабатты термоизоляциямен қапталды. Көмірпластиктен тұратын ішкі кеңістіктік рама капсула қаттылығы мен құралдардың нық орнатылуын қамтамасыз етті.

Ғарыштық аппарат дайындау оптикалық жүйеге қарағанда сәттірек өткенімен «Локхид» та кестеден ауытқып, бюджеттен де асып кетуге мәжбүр болды. 1985 жылы мамырда алғашқы бюджеттік межеден 30 % асып кетті, ал жоспарлық мерзімнен кешігу — 3 ай. Маршалл ғарыш орталығы мәлімдемесінде компания жұмыс істеу барысында өзі бастама жасамай, НАСА кеңесіне ғана құлақ асатын деп атап көрсетті.

Зерттеулерді үйлестіру және ұшуды басқару. 1983 жылы НАСА мен ғылыми қоғамдастық арасындағы кикілжіңнен кейін Ғарыштық телескоп ғылыми институты құрылды. Институтты Университеттердің Астрономиялық зерттеулер ассоциациясы басқарады, ол Балтимор, Мэриленд штатындағы Джон Хопкинс университетінің кампусында орналасқан. Хопкинс университеті — ассоциацияға мүше 32 АҚШ университеттері мен шетелдік ұйымдардың бірі. Ғарыштық зерттеулер ғылыми институты ғылыми жұмыстарды ұйымдастыру мен астрономдардың осы білімдерге қол жетімдігін қамтасыз етуге жауап берген; бұл функцияларды НАСА өз бақылауында қалдырғысы келген, бірақ ғалымдар оларды академиялық мекемелерге беруді жөн көрд.

Еуропа ғарыштық телескоп үйлестіру орталығы 1984 жылы Гархинг, Германия, қаласында құрылып дәл сондай мүмкіндіктерді еуропалық астрономдарға беруді қамтамасыз ететін болады. Ұшуды басқару Гринбелт қаласында (Мэриленд штаты), ғарыштық телескоп ғылыми институтынан 48 шақырымда орналасқан Годдард ғарыштық ұшыру орталығына жүктелді. Телескоп жұмысын тәулік бойы төрт топ мамандар кезекпен бақылайды. Техникалық қолдау НАСА мен контакттік-компаниялармен Годдард орталығы арқылы іске асады. Ұшыру және жұмыстың басталуы Бастапқыда телескопты орбитаға жіберу 1986 жыл қазан айына жоспарланған еді, бірақ «Челленджердің» қаңтардың 28 апатынан кейін «Спейс шаттл» бағдарламасы бірнеше жылға тоқтатылғандықтан ұшыруды басқа уақытқа шегеруше тура келді.

Осы уақыт кезінде телескоп жасанды түрде тазаланған атмосфералы бөлмеде сақталды, ал борттық жүйелері кей бөлшектері қосылып тұрды. Сақтауға да айына 6 млн доллар шығын кетті, сәйкесінше жоба бюджеті де одан ары аса берді.

Мәжбүрлік дер кезінде ұшуды шегеру бірқатар жетілдіруді енгізуге ықпал етті: күн батареялары одан да эффективтісіне ауыстырылса, борттық есептеу кешені, байланыс жүйесі де жетілдіріле түсті, сонымен бірге жемдік қорғаныс қаптамасы құрылымы да телескопқа орбитада қызмет көрсетілуін жеңілдету мақсатында өзгертілді. Оның үстіне, телескопты басқару үшін бағдарламалық қамтамасыздандыру 1986-жылы дайын болмады және іс жүзінде толықтай ұшыру алдында ғана 1990-жылы жазылып бітті.

Шаттлдар қайта ұша бастағанда 1988 жылы ұшыру біржола 1990 жылға көзделді. Ұшыру алдында айна бетінде жиналған шаңды сығылған азотпен тазартылды, ал барлық жүйелері толықтай бір тексеріліп шығады.

Шаттл «Дискавери» STS-31 1990 жылдың сәуірдің 24 ұшырылып, ал келесі күні телескоп есептелген орбитаға шығарылады.

Жобалау барысында алғашқы бюджеті 400 млн болғанымен ақыры жалпы 2,5 млрд доллар кетті. Жобаның жалпы құны 1999 жылғы есеп бойынша АҚШ жағынан 6 млрд доллар және ЕҒА жағынан 593 млн еуро шыққан.

Ұшу кезінде орнатылған құрылғылар. Ұшу кезінде бортқа алты ғылыми құрылғылар орнатылды: Кеңбұрышты және ғаламшарлық камера (Wide Field and Planetary Camera). Камера НАСА-ның реактивті қозғалыс лабораториясында жасалды. Ол астрофизикалық бақылауға маңызды болатын спектр бөліктерін шығаратын 48 светофильтрлерден тұратын жиындармен жабдықталған. Құрылғы әрқайсысы 4 матрицаны қолданатын екі камерамен бөлінген 8 ПЗС-матрицалардан тұрады. Кеңбұрышты камераның шолу бұрышы үлкен болса, ғаламшарлық камераның фокустық арақашықтығы үлкен болған, сондықтан үлкейту мүмкіндігі зор болды.

Жоғарғы ажыратылымды Годдард спектрографы (Goddard High Resolution Spectrograph). Спектрограф ультракүлгін диапазонда жұмыс істеуге арналған. Құрылғы Годдард ғарыштық ұшулар орталығында жасалды және спектралдық ажыратылымдар шамалары 2000, 20 000 және 100 000 болатын арада жұмыс істей алады.

Көмескі объектілерді түсіру камерасы (Faint Object Camera). Құрылғыны ЕҒА жасады. Камера мақсаты объектілерді ультракүлгін диапазонда жоғарғы ажыратылымда 0,05 с дейін түсіру болып табылады.

Көмескі объектілер спектрографы. Мақсаты - Аса көмескі объектілерді ультракүлгін диапазонда түсіру.

Жоғарғыжылдам фотометр. Жобалауы мен қаражаты НАСА-дан, ал жасаған Висконсин университеті. Айнымалы жұлдыздар мен жарықтығы өзгеріп тұратын басқа да объектілерді бақылауға арналған. Секундына 10 000 өлшем шамамен 2 % дәлдікпен жасай алады.

Дәлдік сенсоры (Fine Guidance Sensors), сонымен қатар ғылыми мақсаттарда пайдалануға болады, астрометрияны миллисекундтық дәлдікпен қамтамасыз етеді. Бұл параллаксты табуға мүмкіндік береді және объектілердің бұрыштық 0,2 миллисекундқа дейін өзіндік қоғалысы мен бұрыштық диаметрі 12 миллисекундқа дейінгі қос жұлдыздың орбитасын анықтауға көмектеседі.

Телескоп жұмысының алғашқы аптасында ақ оптикалық жүйесінің ірі ақауы бар екені белгілі болды. Бейнелердің сапасы жердегі телескоптардыкінен жақсырақ болғанымен «Хаббл» берілген ашықтықты қамтамасыз ете алмай, бейнелер ойдағыдан нашар болды. Нүктелік қайнар көздердің бейнесі радиустары бір секундтық доғадан көбірек болды, ал құрылғы сипаттамасы бойынша фокустыгі 0,1 секундтық диаметрлі шеңбер болуы керек еді.

Бейнелердің саралау көрсеткендей ақаудың негізгі себебі негізгі айнаның пішінінің дұрыс еместігі болды. Бұл осы уақытқа дейінгі жасалған барлық айналар ішіндегі ең дәл есептелген айна болғанына қарамастан, ал өтімдігі көрінетін жарықтың 1/20 толқын ұзындығы болған, оның шет жақтары өте жазыңқы болып дайындалыпты. Берілген бет пішінінен ауытқуы не бары 2 мкм болған, дегенмен нәтижесі өте нашар болды — зор сфералық аберрация, оптикалық ақау (айна шетінен шағылған жарық айнаның ортасынан шағылған жарық фокустелген нүкте емес, басқа жерге фокустелді).

Ақаудың әсері берілген астрономиялық зерттеу түріне байланысты болды — жоғарғы ажыратылымдық мүмкіндігі бар жарық объектілердің шашыраулары бірегей бақылауларды көруге жеткілікті болды, әрі спектроскопиялары да сонша бұзылған жоқ. Дегенмен, дұрыс фокустелмегендіктен әжептәуір жарық ағынының жоғалуы телескоптың көмескі объектілерді бақылауда қолдану аясын кәдімгідей төмендетті және жоғары сапалы бейне алуға кедергісі болды. Бұл іс жүзінде барлық ғарыштану бағдарламаларын орындау мүмкін болмай қалды деген сөз, себебі аса көмескі объектілерді бақылауды талап еткен.

Нүктелі жарық көздерінің бейнелерін саралай келе астрономдар айнаның коникалық тұрақтысы талап етілген −1,00229 мәнінің орнына −1,0139 шамасына тең болып шыққан. Дәл сол санды «Перкин-Элмер» компаниясы пайдаланған нөл-корректорледі (жылтырату бетінің қисықтығын жоғары дәлдікпен анықтайтын құралдар) тексеру арқылы да, сонымен қатар жердегі тексеруден алынған интерферограммаларды саралаудың да нәтижелері осы санды берді.

Hеактивті қоғалыс лабораториясының директоры Лю Аллен (Lew Allen) басқарған комиссия көрсеткендей, ақау негізгі нөл-корректорды монтаждау барысында, өрістік линзасы өз дұрыс орнынан 1,3 мм ауытқып кеткенде пайда болған. Бұл ауытқу құрылғы орнатқан техниктің күнәсінен болды. Ол құрылғының оптикалық элементтерін дәл орнатылуына арналған лазерлік өлшегіш құралмен жұмыс істегенде қателескен, барлығын біткенде ол ойламаған жерден линза мен оны ұстайтын құрылым арасындағы бос саңлауды байқап қалады, ол бұл саңлауға металл шайбаны қоя салады.

Айнаны жылтырату процесі кезінде оны беті екі нөл-корректорлармен тексерілгенде әр қайсысы сфералық аберрацияны дұрыс көрсеткен. Бұл тексерулер әдейі маңызды оптикалық ақауларды табуға жасалған. Сапаны бақылаудан анық нұсқауларға қарамастан, компания өлшеулер нәтижесіне назар аудармай, екі нөл-корректорларден де айнаның идеал пішінін көрсетіп тұрған негізгіге ғана сенген.

Комиссия кінәнің барлығын атқарушыға аударған. Оптикалық компания мен НАСА арасы телескопты жасау барысында, мерзімі шегеріле беретіндіктен және шығыны да көбейе берген соң, қатты суып кетіп еді. НАСА-ның көрсетуінше компания айнамен жұмысын өзінің негізгі бизнесі ретінде қарамай, жұмыс басталғаннан кейін тапсырысты НАСА басқаларға бермейтініне сенімді жүрген. Комиссия компанияны жойқын сынға алғанымен жауапкершіліктің бір бөлігі НАСА-ның өзінде де жатқан, ең алдымен — атқарушының сапасын бақылауын тексеру мен процедураларды бұзуларын дер кезінде тексере алмауда.

Телескоп құрылымы о баста орбитада қызмет көрсетіле алатындай жасалғандықтан ғалымдар 1993 жылы жоспарланған техникалық миссияда іске асырыла алатындай жедел шешім іздей бастады. Қосымша екінші айнаны дайындап үлгергенімен, ғарышта оны ауыстыру мүмкін болмады, ал телескопты орбитадан шешіп Жерде айнасын ауыстыру өте қымбат әрі ұзақ болар еді. Айна жоғары дәлдікпен бұрыс пішінге жылтыратылған ақиқат - сол қатеге керісінше, баламалы оптикалық компонент жасап шығару ойын тудырды. Жаңа құрылғы сфералық аберрацияны түзеп телескоп үшін көзәйнектің рөлін атқарар еді.

Құрылғылардың құрылымының айырмашылығына байланысты екі бөлек түзегіш құрылғылар жасау керек болды. Біреуі кеңформатты және ғаламшарлық арнайы айнасы бар, жарықты өзінің сенсорына бағыттайтын камераға арналды, коррекция аберрацияны толықтай компенсация жасайтын басқа пішінді айна арқылы іске асар еді. Сәйкес өзгеріс жаңа ғаламшарлық камераның құрылымына да өзгеріс қарастырылған. Басқа құрылғылар аралық шағылдырғыш беттері болмағандықтан сыртқы түзеткіш құрылғыны талап етті.

Сфералық аберрацияны түзету жүйесі COSTAR деп аталды және екі айнадан тұрды, оның бірі ақауды түзеді. COSTAR жүйісін орнату үшін телескоптан құрылғылардың бірін алып тастау керек болды, ғалымдар аса жылдам фотометрды құрбан етуге шешім қабылдады.

Алғашқы үш жыл ішінде түзеуші құрылғылар қойылмай тұрып телескоп көптеген бақылаулар жасады. Соның ішінде, ақау спектроскопиялық өлшеулерге көп әсер етпеді. Ақау салдыранан бас тартылған эсксперименттерге қарамастан, көптеген ғылыми нәтижелерге қол жеткізілді, соның ішінде деконволюция көмегімен бейне суреттер сапасын жақсартатын жаңа алгоритмдер ашылған.

«Хабблға» қызмет көрсету ашық ғарышқа шығу арқылы «Спейс шаттл» тәрізді көп мәртелік ғарыш кемесімен іске асырылады.

Барлығы төрт рет «Хаббл» телесопына қызмет көрсетілді, оның бірі екі рет ұшу арқылы іске асты. Ашылған айна ақауы себебінен алғашқы саяхат өте маңызды болып еді, өйткені ол телескопта оптикалық түзету құрылғысын орнатуы керек еді. «Индевор» STS-61 желтоқсанның 2—13 1993 жылы ұшырылды, телескоптағы жұмыс он күн жалғасты. Экспедиция тарихтағы ең күрделі болып табылды, оның аясында бес ұзақ ашық ғарышға шығу іске асты.

Асажылдам фотометр оптикалық түзету жүйесіне алмастырылды, кеңбұрышты және ғаламшарлық камера — жаңа (кеңбұрышты ғаламшарлық камера 2) ішкі оптикалық түзету жүйесі бар модель. Камерада үш квадраттық бұрышпен байланысқан, әрі төртінші бұрышындағы жоғарғы айырымды кіші «ғаламшарлық» матрицасы бар, ПЗС-матрицалары болды. Сондықтан камера суреттері бұдырланған квадратты өзіндік пішінді болды.

Одан басқа, күн батареялары мен батарея жетегін басқару жүйесі, бағдарлау жүйесінің төрт гироскоптары, екі магнитометрлер мен борттық есептеу кешені жаңаланды. Сонымен қатар атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы ауадағы үйкеліс салдарынан биіктігін жоғалтқаны үшін орбитасына түзету жасалды.

1994 жылы қаңтардың 31 НАСА миссия сәттілігі жайлы мәлімдеп, әлдеқайда сапасы жақсырақ алғашқы телескоппен алынған суреттермен таныстырды. Экспедицияның сәттілігі НАСА үшін де, толыққанды маңызды құралға ие болған астрономдар үшін де үлкен жетістік болды.

Екінші техникалық қызмет көрсету 1997 жылы ақпанның 11—21 арасында «Дискавери» STS-82 миссиясы аясында іске асты. Годдард спектрографы мен көмескі объектілер спектрографы ғарыштық телескоп тіркеуші спектрографына (ағылш. Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) және NICMOS камера және жақын инфрақызыл диапазонының мульти-объектілі спектрометріне (ағылш. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, NICMOS) ауыстырылды.

NICMOS 0,8-ден бастап 2,5 мкм-ге дейінгі инфрақызыл диапазонда бақылау мен спектрометрия жасай алады. Қажет төменгі температура алу үшін құрылғының детекторы Дьюар ыдысына салынған және сұйық азотпен суытылады.

STIS жұмыс диапазоны 115—1000 нм және екіөлшемді спектрография алуға мүмкіндік береді, яғни көру нысанындағы бірнеше объектілердің спектрін бір уақытта алуға болады деген сөз.

Сонымен қатар борттық регистратор ауыстырылды, жылу изоляциясы қайта жөндеуден өтті және орбита коррекциясы жасалды.

3A экспедициясы («Дискавери» STS-103) желтоқсанның 19—27 1999 жылы, үшінші сервистік қызметтің жұмыстарын жедел істеу туралы шешім қабылданғаннан кейін іске асырылды. Бұл алты гироскоптың үшеуі істен шыққандықтан болды. Төртінші гироскоп ұшу алдында бірнеше апта бұрын істен шығып телескопқа бақылау жұмысын істеткізбей жарамсыз етті. Экспедиция барлық алты гироскопты, дәл бағыттау датчигі мен борттық компьютерді ауыстырды. Жаңа компьютер Intel 80486 процессорының арнайы қолданымын —радиацияға жоғары төзімдісін пайдаланды. Бұл борттық жүйенің көмегімен алдында жерде істелетін есептеулердің біразын ғарышта іске асыруға мүмкіндік берді.

3B экспедициясы, «Колумбия» STS-109 ұшуымен, (төртінші миссия) 2002 жылы наурыздың 1—12 аралығында өтті. Экспедиция барысында көмескі объектілерді түсіретін камера жетілдірілген бақылау камерасына (Advanced Camera for Surveys) (ағылш. Advanced Camera for Surveys, ACS) ауыстырылды және инфрақызылаймақ диапазонды Камера мен 1999 жылы сұйық азоты біткен спектрометр жұмысы қайта қалпына келтірілді.

Күн батареялары екінші рет ауыстырылды. Жаңа панелі үштен бірге ауданы бойынша кішірек болып атмосферадағы үйкелістік шығынды әлдеқайда азайтты, оның үстіне 30 % көбірек энергия өндіріп обсерватория бортындағы барлық құрылғылармен бір уақытта жұмыс істей алатын болды. Сонымен қатар энергия үлеструші де ауыстырылды, бұл ұшырылғалы алғашқы рет бортта электрді толықтай бірінші рет өшіруге алып келді.

Жасалған жұмыстар телескоп мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтті. Екі жаңа құрылғылар — ACS пен NICMOS терең ғарыштың суретін алуға мүмкіндік берді.

Төртінші экспедиция барысындағы қайта жөндеу жұмысы.

Бесінші әрі соңғы техникалық қызмет (SM4) 2009 жылы мамырдың 11—24 «Атлантис» STS-125 миссиясы аясында жүзеге асты. Жөндеу жұмыстары үш дәл бағыттау датчиктерінің біреуін, барлық гироскоптарды ауыстыру, жаңа аккумуляторларды, мәліметтерді форматтау блогын орнату мен жылуизоляцияны жөндеуді қамтыды. Сонымен бірге жетілдірілген бақылау камерасы мен тіркеуші спектрографтың жұмыс істеу қабілеттері қалпына келітіріліп, жаңа құрылғылар орнатылды.

Келесі экспедиция 2005 жылғы ақпанға жоспарланған, бірақ «Колумбия ғарыш кемесінің» 2003 жылы наурыздағы апатынан кейін белгісіз уақытқа дейін шегеріліп «Хабблдың» ары қарай жұмыс істеуін неғайбыл етті. Тіпті шаттлдердің ұшырылуы қайта жанданғанның өзінде миссиядан бас тартылған, себебі ғарышқа ұшқан әр кеме ақау болып қалған жағдайда ХҒС-на жету мүмкіндігі болуы шарт деген шешім қабылданған, ал орбиталарының көлбеулігі мен биіктіктеріндегі үлкен айырмашылықтарынан шаттл телескопқа барғаннан кейін станцияға келе алмаушы еді.

Конгресс пен қоғамның телескопты құтқару шараларын іске асыру талаптарының қысымынан 2004 жылы қаңтардың 29 О’Киф Шон (Sean O'Keefe), сол кездегі НАСА администраторы телескопқа деген экспедицияны болдырмауды қайта зерттейтінін мәлімдеді.

2004-жылы шілденің 13 АҚШ ұлттық ғылым академиясы ресми комиссиясы айқын қауіпке қарамастан телескопты құтқару керек деген кеңес береді, сөйтіп тамызыдң 11 О’Киф Годдард орталығына робот арқылы телескопқа қызмет көрсету жайлы нақты ұсыныс жасауды бұйырады. Жоспар зерттелгеннен кейін «техникалық жүзеге асырыла алмайтын» деп мойындалады.

2006 жылы қазанның 31 НАСА жаңа администраторы Майкл Гриффин телескопты жетілдіру мен жөндеуге соңғы миссияға дайындық басталғанын мәлімдеді.

Жөндеу басталмай тұрып бортта телескпоқа бармай жөнделмейтін көптеген ақаулар жиналып қалған еді: тіркеу спектрографтың (STIS) қосымша қуатпен қамтасыз етер жүйесі істен шыққан, соның нәтижесінде STIS 2004 жылы өз жұмысын тоқтатқан еді, ал ACS тек жартылай жұмыс істеген. Ориентация жүйесінің алты гироскоптарының төртеуі ғана істеп тұрды. Оның үстіне телескоп никель-сутекті аккумуляторларының ауыстырылуын талап етті.

Жөндеу нәтижесінде ақаулар толықтай жойылды, ал «Хабблда» екі мүлдем жаңа құрылғы қойылды: Ғарыштық Спекрограф (Cosmic Origin Spectrograph) (ағылш. Cosmic Origin Spectrograph, COS) COSTAR жүйесінің орнына орнатылды. Борттағы сол кездегі құрылғыларға негізгі айнаның дефекттерін түзегіш құралдары іштей орнатылғандықтан жүйе керек болмай қалды. Кеңауқымды камера WFC2 жаңа — WFC3 моделіне (ағылш. Wide Field Camera 3) ауыстырылды, ал ол үлкен айырымдық пен сезімталдықпен ерекшеленеді, әсіресе инфрақызыл және ультракүлгін диапазондарда.

Осы миссиядан кейін телескоп «Хаббл» орбитада өз жұмысын кем дегенде 2014-жылға дейін жұмыс істеуі керек деп күтілген.

Жаратылыс тіректері —телескоп түсірген әйгілі суреттердің бірі. Бүркіт тұмандығындағы жаңа жұлдыздардың пайда болуы.

15 жыл бойғы жұмысы барысында жер маңы орбитасындағы «Хаббл» 22 мың аспан денелерінің — жұлдыздар, тұмандықтар, галактикалар мен ғаламшарлардың 1 млн суреттерін түсірген. Бақылау барысындағы күн сайынғы ақпарат ағыны 15 ГБ құрайды. Телескоптың жалпы жұмысы кезіндегі барлық ақпарат көлемі 20 терабайттан асып жығылады. 3900-дан астам астрономдар оны зерттеуге падалануға мүмкіндік алды, 4000 мақала ғылыми журналдарда жарық көрді. Орташа алғанда, астрономиялық мақалардың цитаттау индексі басқа деректерге негізделгендердікінен екі есе артық екені анықталған. Жыл сайынғы ең көп дәйектелетін 200 мақалалардың кемінде 10 %-і Хаббл мағлұматына негізделіп жасалған мақалалар. Нөлдік цитаттау индексі бар астрономиядағы 30 % еңбектерінің тек қана 2 % ғарыштық телескоп ақпаратына негізделіп жарық көрген еңбектер.

Әйтсе де, «Хаббл» жетістіктері үшін төлетін құны орасан зор: әр түрлі телескоптардың астрономия дамуына әсерін зерттеу көрсеткендей ғарыштық телескоп негізіндегі еңбектер цитаттау индексі жердегі 4 метрлі айнасы бар рефлектордікінен 15 есе көбірек болғанымен ғарыштық телескопты ұстауға 100 еседен де артық қаражат керек екен.

Бикеш шоғырындағы Цефеидке дейінгі қашықтықты өлшеу арқылы Хаббл тұрақтысының мәні айқындалды. Орбиталдық телескоп бақылауына дейін бұл тұрақтының мәнінің дәлсіздігі 50 % деп есептелсе, бақылаудан кейінгі дәлсіздігі 10 % болды.

«Хаббл» жоғары сапалы Шумейкеров — Леви 9 кометасы мен Юпитер ғаламшарымен соқтығысуының суретін 1994 жылы түсіріп берді.

· Алғашқы рет Плутон және Эрида бетінің картасы жасалды.

· Алғашқы рет Сатурндағы, Юпитер мен Ганимедтегі полярлық шұғыла ультракүлгін сәулесі бақыланды.

· Күн жүйесінен тыс ғаламшарлар жайлы қосымша деректер алынды, соның ішінде спектрометриялық мағлұматтар да.

Ориона тұмандығындағы жұлдыздар айналасынан көптеген проғаламшарлық дисктер табылды. Біздің галактикадағы жұлдыздардың басым бөлігінде ғаламшарлар түзілу процесі жүріп жатқандығы дәлелденді.

Жоғарымассивті галактикалардың орталықтарындағы қара тесіктер жайлы теория жартылай құпталды, осы бақылаулар негізінде қара тесіктер массасы мен галактикалар қасиеттерін байланыстыратын гипотеза ұсынылды.

Квазарларды бақылау нәтижесінде қазіргі үдеумен кеңейетін, қара энергиямен толы ғаламның космологиялық моделі алынды, әрі ғаламның жасы дәлірек анықталды — 13,7 млрд жыл.

Гамма-жарқылдың оптикалық диапазондағы эквиваленті бар екендігі табылды. [9]

1995 жылы «Хаббл» бірнеше мың көмескі галактикасы бар аспанның өлшемі аспанның 30 миллионнан бірі болатын (Hubble Deep Field) бөлігін бақылады. Осыны аспанның басқа жеріндегі бөлікпен (Hubble Deep Field South) салыстырғанда ғаламның изотроптығы жорамалы қуатталды.

2004 жылы эффективті үзіндісі шамамен 106 секунд (11,3 тәулік) болатын аспанның (Hubble Ultra Deep Field) бөлігі түсірілді, бұл өз кезегінде алыс галактикаларды алғашқы жұлдыз пайда болған дәуірге дейін одар әрі зерттеуге мүмкіндік берді. Алғашқы рет протогалактикалардың, Үлкен жаралыстан кейін миллиард жылдан аз уақытта пайда болған алғашқы материя ұйытқылары бейнелері түсірілді.

Кез келген адам немесе ұйым телескоппен жұмыс істеуге арыз бере алады — ұлттық немесе академиялық шектеу жоқ. Бақылау уақытында бәсеке өте жоғары, әдетте барлық арыз берілген уақыт қосындысы шынымен мүмкін болатын уақыттан 6—9 есе артық.

Hubble Ultra Deep Field бағдарламасы аясында алынған суретте жүздеген галактикалар, ең қызыл және көмескілері үлкен жарылыстан 800 млн жылдан кейін түзілген. Бақылауға сайыс шамамен жылына бір рет орындалады. Арыздар бірнеше санаттарға бөлінеді:

Жалпы бақылаулар (ағылш. General observer). Бұл санатқа кәдуілгі процедулар мен ұзақ бақылауларды талап ететін арыздардың басым көпшілігі жатады.

Блиц-бақылаулар (ағылш. Snapshot observations), телескопты бағыттауды есептегенде 45 минуттан аспайтын бұл бақылаулар жалпы бақылаулар арасын толтыруға мүмкіндік береді.

Шұғыл бақылаулар (ағылш. Target of Opportunity) шектеулі, алдын ала белгілі уақыт аралығында бақылана алатындар.

Сонымен қатар, бақылаулардың 10 % уақыты «Ғарыштық телескоп ғылыми институтының директорының резервті уақыты» болып бекітілген. Астрономдар резервті пайдалануға кез келген кезде арыз бере алады, әдетте ол жоспарланбаған қысқа мерзімді Су жаңа жұлдыз жарылысы сияқты құбылыстарды бақылауға пайдаланылады. Терең ғарышты Hubble Deep Field және Hubble Ultra Deep Field бағдарламары бойынша түсіру сол директорлық резервпен іске асты. Алғашқы бірнеше жылдарда резерв уақытының бір бөлігі астроном-әуесқойларға берілді. Олардың арыздарын ең танымал астроном-бейкәсіпқойлардан тұратын комитет қарастырды. Арыздарға негізгі талаптар зерттеудің ерекшеліктігі мен кәсіпқой астрономдардың зерттеу тақырыптарымен беттеспеулігі. Жалпы алғанда, 1990 жыл мен 1997 жыл арасында астроном-әуесқойлардың бағдарламаларымен 13 бақылау іске асқан. Бірақ кейінірек институт бюджеті азаюына байланысты бейкәсіпқойларға бақылау уақытын беру тоқтатылды.

Бақылауларды жоспарлау өте қиын тапсырма болып табылады, себебі көптеген факторларды есепке алу керек:

Телескоп қызмет көрсетілу талабы үшін төменгі орбитада болғандықтан телескоптың айналу уақытының жартысына жуық уақыт аралығында астрономиялық нысандардың басым көпшілігі Жердің көлеңкесінде қалып қояды. Орбита жазықтығына 90° бағытталған «ұзақ көріну аймағы» бар, бірақ орбитаның прецессиясы салдарынан дәл бағыты сегіз апталық периодпен өзгереді

Аса жоғары радиация себебінен телескоп Оңтүстік-Атлантикалық аномалия үстімен ұшқанда бақылау жасай алмайды.

Оптикалық жүйеге күн жарығы тікелей тимеу үшін ең аз Күннен алшақтау шамамен 50° құрайды, әйтпегенде, мысалы Меркурийді бақылау мүмкін емес болар еді, ал тікелей Айды және Жерді бақылау дәл бақыттау құрылғыларын өшіргенде ғана мүмкін болады.

Телескоп орбитасы тығыздықтары уақытпен бірге өзгеріп отыратын атмосфераның жоғарғы қабаттарында болғандықтан телескоптың орнын дәл есептеу мүмкін емес.

Алтыапталық есептеу болжамы қатесі 4 мың шақырымға дейін жетеді. Сондықтан бақылау нысаны белгіленген уақытта көрінбей қалмау үшін бақылаулар дәл кестесі небәрі бірнеше күн бұрын ғана жасала алады. [10]

4.1 NASA SSE базасының және жергілікті метеотанциялардың мәліметтері

NASA SSE базасында Алматы облысы бойынша 1985 – 2005 ж.ж. аралығындағы барлық радиациялық көрсеткіштердің мәліметтері алынды. NASA SSE бойынша жеке – жеке станцияларды қаратыру мүмкін болмады. Себебі бұл база бойынша координаттар 1º х 1º алынатын болғандықтан жалпы Алматы облысы бойынша ғана қарастырылды.

Алматы облысындағы күн радиациасы бойынша 20 жылдық көрсеткіш мәндерінің орташа квадраттық ауытқуы есептелді. Орташа квадраттық ауытқу варияцияның маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Орташа квадраттық ауытқу ол дисперсияның квадраттық түбіріне тең болады және келесі формуламен анықталады:

(4.1.1)

Бұл көрсеткіш дисперсияға қарағанда қолайлы болып келеді, себебі ол орташа ауытқудың шамасымен беріледі. Бұл шама варияциялық қатарда сандардың орташа арифметикалық мәнінен қандай ауытқуда болып жатқанын көрсетеді.

Жалпы түрде қарастыратын болсақ NASA SSE базасы бойынша күн радиация көрсеткіштерінің мәндері аз екенін анық көруге болады.

Горизонтальді беткейге түсетін тіке радиация бойынша орташа ауытқудың суммаларын қарастырсақ максимумы Айдарлы станцияциясында байқалған, ал минимумы NASA SSE көрсеткіші бойынша байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимумы сәуір айында 81 МДж/м2 тең, ал минимумы желтоқсан айында 18 МДж/м2 тең.

Ал жылдық жүрісін қарастыратын болсақ барлық станциялардың максимум мәндері сәуір айына, яғни көктем мезгіліне сәйкес келеді. Сәйкесінше сәуір айындағы мәліметтердің орташа квадраттық ауытқуы жоғары болып табылады.

Сонымен қатар орташа квадраттық ауытқудың жылдық минимум көрсеткіші желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді. (12 – сурет)

12 – сурет. Горизонтальді беткейге түсетін тіке радиация бойынша квадраттық ауытқу мәні

Шашыранды радиация бойынша орташа ауытқудың суммаларын график бойынша қарастыратын болсақ максимумы Айдарлы станцияциясында байқалған, ал минимумы NASA SSE көрсеткіші бойынша байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимумы сәуір айында 27 МДж/м2 тең, ал минимумы 6 МДж/м2 желтоқсан айында байқалған.

Ал жылдық жүрісін қарастыратын болсақ барлық станциялардың максимум мәндері сәуір айына, яғни көктем мезгіліне сәйкес келеді. Сәйкесінше көктем айларындағы мәліметтердің орташа квадраттық ауытқуы жоғары болып табылады.

Сонымен қатар орташа квадраттық ауытқудың жылдық минимум көрсеткіші қыс айларына, нақты айтатын болсақ желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді. (13 – сурет)

13 – сурет. Шашыранды радиация бойынша орташа квадраттық ауытқу мәні

Радиациялық баланс бойынша орташа ауытқудың суммаларын қарастырсақ максимумы Айдарлы станцияциясында байқалған, ал минимумы NASA SSE көрсеткіші бойынша байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимумы сәуір айында 36 МДж/м2 тең, ал минимумы 9 МДж/м2 тең желтоқсан айында.

Ал жылдық жүрісін қарастыратын болсақ барлық станциялардың максимум мәндері сәуір мен маусым айына, яғни көктем мен жаз мезгіліне сәйкес келеді. Сәйкесінше көктем мен жаз айларындағы мәліметтердің орташа квадраттық ауытқуы жоғары болып табылады.

Сонымен қатар орташа квадраттық ауытқудың жылдық минимум көрсеткіші желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді. (14 – сурет)

14 – сурет. Радиациялық баланс бойынша орташа квадраттық ауытқу мәні

Жиынтық радиация бойынша орташа ауытқудың суммаларын қарастырсақ максимумы Алматы агро станцияциясында байқалған, ал минимумы NASA SSE көрсеткіші бойынша байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимумы сәуір айында 73 МДж/м2 тең, ал минимумы 20 МДж/м2 желтоқсан айында байқалған.

15 – сурет. Жиынтық радиация бойынша орташа квадраттық ауытқу мәні

Ал жылдық жүрісін қарастыратын болсақ барлық станциялардың максимум мәндері сәуір айына, яғни көктем мезгіліне сәйкес келеді. Сәйкесінше көктем айларындағы мәліметтердің орташа квадраттық ауытқуы жоғары болып табылады.

Сонымен қатар орташа квадраттық ауытқудың жылдық минимум көрсеткіші желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді. (15 – сурет)

Қорытынды

Алматы облысы бойынша күн радиациясы параметрлерінің жүрісін NASA SSE база мәліметтері мен жергілікті метеорологиялық станцияларды салыстыра қарастырғанда максимум көрсеткіштері көбінесе Құйған станциясына сәйкес келді. Ал NASA SSE мәліметтерінің аз мәнді беретіні айқын көрінді. Яғни, жер бетіндегі өлшеулер, спутниктік беретін өлшеулерден біршама жоғары болады.

Тіке радиация бойынша ашық аспан кезіндегі айлық суммасы жүрісі мәндерінің максимумы Алматы, агро станциясында байқалған. Максимум көрсеткіш шілде мен тамыз айларында 21,4 кВт/м2 ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 1,8 кВт/м2 тең. Ашық аспан кезіндегі тіке радиацияның тәуліктік жүрісінің максималды мәні Айдарлы станциясы бойынша сәуір айы мен шілде айларының 11-12 сағаттарына сәйке келеді. Ал минимум мән Алматы агро станциясында шілде айында таңғы 04 сағатта және кешкі 19 сағатта байқалған. Сонымен қатар Алматы БГМС станциясы бойынша осы айда сағат кешкі сағат 19-да байқалған. Нақтырақ айта кететін болсақ максимум 34,4 МДж/м2 тең, ал минимум 0,24 МДж/м2 тең.

Шашыранды радиацияның ашық аспан кезінде айлық суммасы. Нақтырақ айтқанда максимум көрсеткіш мамыр айында 7,3 кВт/м2 ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 1,6 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы мамыр айына сәйкес келеді.

Жиынтық радиация мен радиациялық баланс бойынша максимум жүрісі шілде айна сәйкес келеді, жазғы мезгілде. Жиынтық радиацияның тәуліктік жүрісі көрсеткіштерінің максимумы Айдарлы станциясында шілде айында 11 сағатта 3,16 МДж/м2 байқалған, ал тәулік бойынша минимумы Айдарлы станциясында қаңтар айында 4-5 сағаттар мен 18-19 сағаттарда 0,05 МДж/м2 көрсеткіші байқалған. Радиациялық баланстың максимум жүрісі тәуліктік жүрісі көрсеткіштерінің максимумы Алматы БГМС станциясында шілде айында 12 сағатта 1,96 МДж/м2 байқалған, ал тәулік бойынша минимумы Айдарлы станциясында қаңтар айында 1-4 сағаттар мен 21-24 сағаттарда -2,3 МДж/м2 көрсеткіші байқалған.Құйған станциясында, ал минимум мән Алматы агро станциясында байқалған. Нақтырақ айтатын болсақ максимум көрсеткіш шілде айында 14,3 кВт/м2, ал минимум көрсеткіш желтоқсан айында 0,5 кВт/м2 тең. Ал негізі жалпылама қарастырып өтетеін болсақ әр станцияның максимумы шілде айына сәйкес келеді. Ал енді минимумына келетін болсақ, ол көбінесе желтоқсан мен қаңтар айларына сәйкес келеді.

Алматы облысы бойынша балама күн энергиясын алу үшін, жоғарыда айтылған және көрсетілген нақты мәліметтер бойынша Құйған мен Айдарлы станцияларына күн батареяларын орнату өте тиімді болып табылады.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Бахтияр Б.Т., Бергенжанова Г.Р. – Күн энергиясының қарқындылығын есептеу жолдары // диссертация жұмысы.

2. Утешов А.С. Климат Казахстана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1959. – 366 б.

3. Чередов В. О., Каримов А. М., Ақылбекова А. Ж. // Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан – Алматы. – 2016. – Национальная академия наук РК - № 1. – Б. 40-50.

4. Кобышева Н. В., Костин С. И, Струнников Э. А. Климатология. – Гидрометоеиздат.-1980. – 276 б.

5. Воробьев В.И. – Синоптическая метеорология. – Л.: Гид-издат. – 1991. – 168 б.

6. Хромов С.П, Петросянц М.А. Метеорология и Климатология. – М: ГУ, 1994. – 524 б

7. Турулина Г.К., Полякова С.Е. – Общая и физическая метеорология. – Қазақ университеті. – 2004. – 41б.

8. Климотическая база NASA SSE [электонные ресурсы] – https://kk.wikipedia.org/wiki/NASA

9. Климотическая база [электонные ресурсы] –https://prezi.com/m/xwqgkba6gio2/presentation

10. Попель О.С., Фрид С.Е., Киселева С.В., Коломиец Ю.Г., – Климатические данные для возобновляемой энергетики России (база климатических данных). Учебное пособие. – М.: Изд-во МФТИ, 2010. – 56 б.

Источник: портал www.KazEdu.kz

Другие материалы

Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:

Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info