Человечество вступило в фазу своего развития, которую следует характеризовать, как фазу борьбы за выживание. Стремительная индустриализация общества сопровождается столь же стремительным отрицательным воздействием на окружающую среду. Продолжают возрастать выбросы вредных веществ в атмосферу, гидросферу и на поверхность планеты. Повышающаяся концентрация вредных веществ в атмосфере оказывает существенное воздействие на здоровье людей, на биосферу планеты.
Трансграничные (через границы государств) переносы загрязнений в окружающей среде сделали проблему ее охраны главнейшей международной проблемой, успешное решение которой немыслимо без использования соответствующих средств мониторинга. При этом особое значение приобретают задачи мониторинга атмосферы и как среды обитания человека, и как основного переносчика загрязнителей в гидросферу и подстилающую поверхность.
Среди всех известных методов мониторинга атмосферы, включая всевозможные методы прямых контактных измерений ее параметров, а также методы активного и пассивного дистанционного зондирования, несомненным преимуществом обладают методы активного дистанционного зондирования с использованием лазерных источников излучения. Методы лазерного зондирования, и только они, обеспечивают получение профилей или полей различных параметров атмосферы с исключительно высоким временным и пространственным разрешением, обладая при этом рекордными концентрационными чувствительностями.
Лазерное зондирование основывается на принципе световой локации атмосферного аэрозоля при помощи прибора, который по аналогии с радаром называется лидар (аббревиатура английских слов Light Detection and Ranging). В обобщенном смысле лазер в лидаре используется как импульсный источник направленного светового излучения. В отличие от радиодиапазона, в световом диапазоне частот из-за малости длин волн особенно видимого и ультрафиолетового излучения отражателями локационного сигнала являются все молекулярные и аэрозольные составляющие атмосферы, т.е. по сути дела сама атмосфера формирует лидарный эхо-сигнал со всей трассы зондирования. Это позволяет осуществлять лазерное зондирование по любым направлениям в атмосфере.
В нашей обсерватории действуют два лидарных комплекса с аналогичными характеристиками: стационарный лидарный комплекс МВЛ-60, размещенный под куполом обсерватории, и мобильный лидарный комплекс МВЛ-60 МОБ, установленный в транспортном средстве (в фургоне-кунге автотракторного прицепа).
Многоволновой лидар МВЛ-60 (МОБ) предназначен для оперативного дистанционного анализа характеристик атмосферного аэрозоля и облачных образований в атмосфере с помощью лазера, работающего на длинах волн 1064 (ИК), 532 (зеленый) и 355 (УФ) нм.
Естественно, главным активным элементом лидара является источник лазерного излучения. Все основные энергетические, временные, пространственные, спектральные и поляризационные характеристики лазерного излучения, как правило, реализуются непосредственно в самом лазерном источнике. Они обычно контролируются на выходе с помощью блока контроля лазерного излучения. Чаще всего такой блок используется для измерения опорного сигнала и выработки сигнала запуска регистрирующей аппаратуры, а также для контроля длины волны лазерного излучения.
Для дополнительного уменьшения расходимости лазерного излучения используют оптические расширители пучка на основе зеркальных или линзовых, как в нашем лидаре, телескопов. Лазерный источник совместно с передающей антенной составляют лазерный передатчик лидара (или лидарный передатчик).
Приемная антенна лидара представляет собой телескоп, чаще всего зеркальный, построенный обычно по схеме Ньютона, когда фокус выводится плоским зеркалом под углом 90о к оптической оси главного параболического зеркала, или Кассегрена, когда фокус выводится вторичным гиперболическим зеркалом по оптической оси главного параболического зеркала через отверстие в центре последнего. В телескопе лидара МВЛ-60 (МОБ) с диаметром главного параболического зеркала 60 см реализованы обе эти схемы.
При работе в качестве приемной антенны лидара в телескопе реализуется схема Кассегрена, когда принятый отраженный сигнал лазера попадает вначале на главное параболическое зеркало, затем на вторичное гиперболическое зеркало, а далее через отверстие в центре параболического зеркала в блок анализатора, где затем разводится по разным фотоприемникам и регистрируется компьютером.
При работе в качестве обычного астрономического прибора в телескопе реализуется схема Ньютона: на оптическую ось главного параболического зеркала вводится плоское зеркало, при помощи которого принятое главным зеркалом изображение выводится под углом 90о вдоль поворотной оси телескопа. В этом фокусе Ньютона можно поместить окуляр либо видеокамеру и получать изображения объектов звездного неба.
Лидары подобного типа уже много лет используются в России и за рубежом для мониторинга загрязнений в атмосфере.
Аэрозольный лидар может быть успешно использован в образовательных целях. Работая с лидаром в процессе обучения, студенты знакомятся с основными принципами контроля качества воздуха и современными методами спектроскопии, применяемыми для измерения загрязнения атмосферы. Кроме того, используя телескоп лидара как астрономический прибор, студенты могут получать азы практической астрономии, знакомиться с наиболее интересными объектами звездного неба.
Лидар МВЛ-60 (МОБ) представляет также возможность наиболее подготовленным студентам и аспирантам участвовать в ряде научных программ в области исследований окружающей среды.
