Cosmos 122

El experimento de la cámara vidicón dual Kosmos 122 se diseñó para probar la capacidad de los satélites meteorológicos rusos para proporcionar imágenes diurnas de la distribución de la capa de nubes de la Tierra, tormentas locales y sistemas meteorológicos globales para uso del Servicio Hidrometeorológico Soviético. La instrumentación consistía en dos cámaras vidicón idénticas montadas en la base del satélite y orientadas hacia la Tierra. Cada cámara observaba un área de 500 kilómetros (310 millas) por 500 kilómetros (310 millas) —una a la izquierda y la otra a la derecha del nadir— con una resolución de 1,25 kilómetros (0,78 millas) en el nadir desde una altitud del satélite de 600 kilómetros (370 millas) a 700 kilómetros (430 millas) . Las cámaras tomaban una imagen de un solo fotograma de la capa de nubes de la Tierra con una ligera superposición de fotogramas sucesivos para proporcionar una cobertura continua. Las cámaras se encendían automáticamente siempre que el sol estuviera a más de 5° sobre el horizonte. Debido a la gran variabilidad de la iluminación terrestre, los sensores automáticos ajustaban las aperturas de la cámara para producir imágenes de alta calidad bajo diversas condiciones de iluminación. La imagen formada por cada tubo vidicón se transmitía directamente a tierra si el satélite estaba en contacto por radio con una de las dos estaciones terrestres, o se grababa en cinta magnética para su posterior transmisión si el satélite se encontraba fuera de la zona de comunicación por radio. ^{[ 6 ]}     

Las imágenes de televisión recibidas por estas estaciones terrestres se procesaron y transmitieron al Centro Hidrometeorológico de Moscú , donde se analizaron y utilizaron en diversos productos de pronóstico y análisis. Las imágenes se archivaron en el Centro Hidrometeorológico. Las cámaras del satélite Kosmos 122, aunque tenían 2,5 veces la resolución de las de los satélites ESSA , no podían proporcionar una cobertura global continua y superpuesta como las cámaras ESSA debido a la órbita más baja del satélite Kosmos 122 ( 650 kilómetros (400 millas) en comparación con 1400 kilómetros (870 millas) ). Por lo tanto, para cubrir las brechas en la cobertura, se requerían al menos dos satélites en el sistema de satélites meteorológicos. Además, en el Centro Hidrometeorológico se produjeron mosaicos de cobertura nubosa a partir de 10 o más imágenes individuales de cobertura nubosa para proporcionar una visión más completa de los sistemas meteorológicos globales. ^{[ 6 ]}  

Algunas de las imágenes individuales y los mosaicos de nubes se transmitieron a varios centros meteorológicos extranjeros como parte de un programa internacional de intercambio de datos meteorológicos. Estados Unidos recibió algunas de estas imágenes en el Servicio Nacional de Satélites Ambientales (NESS) en Suitland, Maryland, a través del enlace facsímil de "línea fría" con Moscú. Las imágenes se transmitieron al NESS desde el 11 de septiembre de 1966 hasta el 26 de octubre de 1966. Estas imágenes se archivaron en el NESS durante un año y luego, a menos que fueran de especial interés, se desecharon. ^{[ 6 ]}

El radiómetro infrarrojo (IR) de barrido de alta resolución fue diseñado para medir la distribución de nubes y la capa de nieve y hielo en las caras diurna y nocturna de la Tierra. El radiómetro medía la radiación saliente del sistema Tierra-atmósfera en la  ventana atmosférica de 8 a 12 μm. Las mediciones realizadas en esta región espectral permitieron construir patrones de brillo del relieve térmico y determinar las temperaturas de radiación equivalentes de la superficie terrestre y las cimas de las nubes. El instrumento era un radiómetro de barrido de ángulo estrecho con un ángulo de visión instantáneo de 1,5 x 1,5°. Estaba montado en la base del satélite en un compartimento sellado para instrumentos, con su eje óptico dirigido a lo largo de la vertical local y hacia el nadir. El radiómetro medía la intensidad de la radiación saliente comparando el flujo de radiación de la Tierra con el flujo de radiación del espacio. Cada tipo de radiación entraba al radiómetro a través de ventanas separadas, orientadas en direcciones mutuamente perpendiculares. La radiación del sistema Tierra-atmósfera incidió sobre un espejo plano de escaneo montado en un ángulo de 45° con respecto al vector de velocidad del satélite y escaneado en un ángulo de ± 50° desde el nadir. ^{[ 7 ]}

La radiación se reflejaba desde el espejo de exploración a través de un disco modulador fijo y una ventana de filtro hacia un espejo parabólico que enfocaba el haz paralelo mediante un disco modulador móvil hacia un bolómetro termistor . Los discos moduladores fijo y móvil proporcionaban la conmutación de canales, enviando primero la radiación de la atmósfera terrestre y luego la radiación espacial al espejo parabólico y finalmente al bolómetro. El bolómetro convertía el flujo radiante en voltajes eléctricos variables (de 0 a 6 V) cuya frecuencia era igual a la frecuencia del modulador y cuyas magnitudes eran proporcionales a las diferencias en las intensidades del flujo radiante entre la Tierra y el espacio desarrolladas en la salida del bolómetro. Durante el movimiento del espejo de exploración a través de un sector de ± 40°, se realizaba un escaneo lineal (40 líneas/min) del área objetivo en un plano normal al plano orbital mediante una trayectoria de ida y vuelta, mientras que el escaneo a lo largo de la trayectoria de vuelo se proporcionaba mediante el movimiento relativo del satélite con respecto a la Tierra. En cada escaneo, con los ángulos de visión y escaneo indicados desde la altitud orbital del satélite, el radiómetro registró las intensidades de radiación promedio de una banda de aproximadamente 1100 kilómetros (680 millas) de ancho con una resolución de aproximadamente 15 kilómetros (9,3 millas) en el nadir y de aproximadamente 24 kilómetros (15 millas) a 27 kilómetros (17 millas) en los bordes. El radiómetro era capaz de medir temperaturas de radiación con una precisión de 2 a 3 °C para temperaturas superiores a 273 K y de 7 a 8 °C para temperaturas inferiores a 273 K. ^{[ 7 ]}    

Las señales de vídeo se amplificaron y se enviaron a la unidad de memoria del satélite para su posterior transmisión o a la unidad de radiotelemetría para su transmisión directa a la Tierra, dependiendo de si el satélite se encontraba fuera o dentro de la zona de comunicación por radio con una estación receptora terrestre, respectivamente. Los receptores terrestres registraron los datos transmitidos en formato digital en cinta magnética y, simultáneamente, en película fotográfica de 80 mm, en forma de una imagen de brillo del relieve térmico del sistema Tierra-atmósfera. Los datos de la cinta magnética se procesaron mediante ordenador en el Centro Hidrometeorológico Soviético y se utilizaron para generar un mapa digital del campo de temperatura de radiación equivalente con una cuadrícula geográfica superpuesta. La película fotográfica se reveló y procesó para obtener una imagen infrarroja, también con una cuadrícula superpuesta. Las imágenes se archivaron en el Centro Hidrometeorológico. Algunas de estas imágenes se transmitieron a diversos centros meteorológicos extranjeros como parte de un programa internacional de intercambio de datos meteorológicos. Estados Unidos recibió estas imágenes en el Servicio Nacional de Satélites Ambientales (NESS), Suitland, Maryland, a través del enlace facsímil de "línea fría" con Moscú. Las imágenes se transmitieron a NESS desde mediados de septiembre hasta finales de octubre de 1966. Estas imágenes infrarrojas se conservaron en NESS durante un año y luego, a menos que fueran de interés excepcional, se desecharon. ^{[ 7 ]}

El experimento actinométrico Kosmos 122 fue diseñado para medir la radiación saliente de onda larga (3 a 30  μm) del sistema Tierra-atmósfera; la radiación solar saliente ultravioleta cercana (UV), visible e infrarroja cercana (IR) (0,3 a 3  μm) reflejada y retrodispersada por el sistema Tierra-atmósfera; y la temperatura de radiación efectiva de la superficie terrestre y las cimas de las nubes (8 a 12  μm). ^{[ 8 ]}

La instrumentación constaba de cuatro radiómetros: un par de radiómetros de barrido, de ángulo estrecho y dos canales, y un par de radiómetros de no barrido, de ángulo amplio y dos canales. Los radiómetros de ángulo estrecho (campo de visión (FOV) de 4 x 5°) medían la radiación en las tres bandas espectrales, mientras que los radiómetros de ángulo amplio (FOV de 136 a 140°) operaban únicamente en las bandas de 0,3 a 3  μm y de 3 a 30  μm. En el radiómetro de ángulo estrecho, la  banda de 0,3 a 3 μm se medía en un canal y las bandas de 8 a 12  μm y de 3 a 30  μm se combinaban en el segundo canal. En el segundo canal, las dos bandas se separaban mediante el intercambio de los filtros correspondientes a medida que el radiómetro barría en direcciones alternas. ^{[ 8 ]}

La radiación terrestre entraba al radiómetro de ángulo estrecho a través de una cubierta cilíndrica (cristal KRS-5) e incidía sobre un espejo de exploración cónico . La radiación se reflejaba en el espejo mediante un modulador de espejo giratorio trilobulado que modulaba el flujo de radiación a una frecuencia de 80  Hz. El modulador reflejaba alternativamente la radiación terrestre y la radiación espacial, que entraba a través de una ventana de cristal KRS-5 independiente, sobre una de las tres aberturas de una rueda de filtros de color, un filtro para cada banda espectral. La banda espectral específica que pasaba incidía entonces sobre un espejo parabólico fuera del eje que concentraba el flujo de radiación sobre un receptor bolométrico. La calibración periódica se realizaba cuando el espejo de exploración se movía a un ángulo de 90° con respecto al nadir, encendiendo y observando simultáneamente una lámpara estándar de silicio . ^{[ 8 ]}

El  canal de 0,3 a 3 μm no utilizaba el sistema de doble haz ni la conmutación de filtros. La salida del flujo de radiación modulado en el bolómetro se amplificaba, rectificaba, filtraba y se introducía en el sistema de radiotelemetría a través de ocho canales. Los radiómetros de gran angular tenían sistemas ópticos idénticos para ambos canales. La radiación terrestre entraba en el radiómetro a través de una cubierta hemisférica compuesta de cuarzo o cristal KRS-5 con un recubrimiento que determinaba la banda de paso. La radiación se modulaba a una frecuencia de 64  Hz e incidía sobre un receptor bolométrico. Al igual que en los radiómetros de ángulo estrecho, la salida del bolómetro se procesaba y se introducía en el sistema de radiotelemetría. El radiómetro de gran angular se estandarizaba simultáneamente con los radiómetros de ángulo estrecho mediante la introducción de una  frecuencia de calibración estándar de 64 Hz en el circuito de amplificación. ^{[ 8 ]}

El error cuadrático medio relativo de medición para ambos tipos de radiómetros fue de aproximadamente el 0,5 %. Para contar con capacidad de respaldo, se mantuvieron en reserva un radiómetro de gran angular y otro de ángulo estrecho, los cuales podían activarse por orden desde tierra. La orientación del satélite Kosmos 122 garantizó que los ejes ópticos primarios de los radiómetros estuvieran orientados verticalmente hacia abajo, hacia el nadir. El estudio de la superficie terrestre por ambos radiómetros se realizó mediante el movimiento del satélite con respecto a la Tierra. Además, el radiómetro de ángulo estrecho escaneó 66° a cada lado del nadir en un plano normal al plano orbital, mediante el movimiento oscilatorio del espejo de escaneo alrededor del eje óptico. Los radiómetros cubrieron una franja de aproximadamente 2500 kilómetros (1600 millas) de ancho en la superficie terrestre y tuvieron una resolución espacial de 50 kilómetros (31 millas) en el nadir. ^{[ 8 ]}  

Los datos se redujeron en las estaciones terrestres y se transmitieron en formato binario al Centro Hidrometeorológico de Moscú, donde se grabaron digitalmente en cinta magnética y se utilizaron para producir diversos productos de análisis, como gráficos de albedo Tierra-atmósfera y mapas de temperatura de radiación. Los datos se archivaron en el Centro Hidrometeorológico. Algunos de estos gráficos se transmitieron en formato gráfico a varios centros meteorológicos extranjeros, incluido el Servicio Nacional de Satélites Ambientales (NESS), Suitland, Maryland. Estos gráficos actinométricos se recibieron en el NESS a través del enlace facsímil de "línea fría" con Moscú desde mediados de agosto de 1966 hasta finales de octubre de 1966. Los gráficos se microfilmaron y archivaron en el Centro Nacional de Datos Climáticos (NCDC), Asheville, Carolina del Norte. ^{[ 8 ]}