Модели организации комплексных исследований

Комплексность исследований может быть обусловлена:

сложностью самой природы или масштабностью проявлений изучаемого объекта и связанной с этим широкой программой взаимосвязанных экспериментов (разнообразное одновременное проявление свойств изучаемого объекта, независимостьили функциональная связь его особенностей, последовательное развитие процесса в различных условиях (средах) с наблюдением новых эффектов приводят к необходимости использования отличающихся методов и средств исследования);

сложностью технического обеспечения и выполнения экспериментов, как натурных, так и вычислительных.

Автоматизация экспериментов в комплексных исследованиях может играть существенную, если не ключевую, роль в обеспечении и условиях выполнения работ. Затраты на разработку и создание автоматизированной системы могут составлять значительную долю стоимости исследований. Поэтому от правильности и своевременности постановки задачи автоматизации эксперимента, идеологического и технического уровня ее решения в большой степени зависит успех комплексных исследований.

В связи с этим неизбежно возникает необходимость в продуманной организации комплексных исследований, разработке модели самого эксперимента. Даже мысленное "проигрывание" программы исследований позволяет убедиться в степени подготовленности к ее выполнению, определить правильность или сомнительность отдельных ее фрагментов и т.д. Моделирование же эксперимента помогает окончательно определить логическую связь между участниками исследований, этапами работ, системами экспериментальных средств, проверить правильность выбора метода исследования, оценить его погрешности и т.п.

Следовательно, для успешного и эффективного выполнения современных сложных исследований еще в большей степени, чем раньше, необходима своевременная разработка методологииихвыполнения, путей и средств достижения ожидаемых результатов, концепции программы эксперимента, организации всех видов обеспечения. А это возможно лишь в случае заблаговременного системного подхода к подготовке и выполнению комплексных исследований, позволяющих достигнуть максимальной эффективности исследований, оптимальных (в определенном смысле) решений при минимальных затратах.

1.1 Комплексные исследования в солнечно-земной физике

Солнечно-земная физика сложилась в последние десятилетия в результате последовательного развития казавшихся ранее разрозненными исследований солнечной активности, межпланетной среды, электромагнитного поля, ионосферы и нейтральной атмосферы Земли.

Глобальные планетарные проявления геофизических процессов обусловили объединение отдельных станций и обсерваторий. Бурное развитие прямых исследований космического пространства привело к еще большей интеграции и целенаправленности геофизических наблюдений, поставило новые задачи и потребовало по-новому организовать их выполнение. Физика Солнца, развивавшаяся раньше как отрасль астрономии в целях детального изучения атмосферы ближайшей звезды, вследствие геоэффективности солнечной активности стала одновременно и неотъемлемой частью солнечно-земной физики. Это обстоятельство играет роль обратной связи и стимулирует целенаправленное изучение проявлений солнечной активности, приводящих к геофизическим эффектам. Вместе с тем солнечно-земная физика имеет дело с природной лабораторией, позволяющей изучать плазменные, магнитогидродинамические в газодинамические явления в естественных условиях. Это обстоятельство указывает на фундаментальную научную значимость как физики Солнца, так и солнечно-земной физики в целом.

Геоэффективные последствия солнечной активности довольно многочисленны. Их учет и предсказание становятся все более необходимыми, поскольку они связаны с разнообразными возмущениями окружающей среды. Так, мощное электромагнитное излучение, потоки заряженных частиц и ударные волны, возникающие во время солнечных вспышек, могут нарушить функционирование системы ориентации, связи и некоторых приборов на космических аппаратах. При пилотируемых полетах в космосе необходима радиационная защита экипажей. Магнитосферные и ионосферные возмущения, приводят к нарушениям работы средств связи, навигации, слежения и оповещения на Земле, возникновению экстремальных ситуаций в больших энергетических системах, ускорению коррозионных процессов в протяженных подземных трубопроводах. В последнее десятилетие учитывается непосредственное влияние солнечной активности на погодообразующие процессы. Имеются указания на заметное изменение солнечной постоянной после вспышек. Надежно установлена связь между солнечными вспышками и характером протекания некоторых биохимических процессов, обострениями сердечно-сосудистых заболевании, замедлениями скорости реакции живых организмов на внешнее раздражения. Имеются свидетельства о том, что возмущения в окружающей среде, обусловленные солнечными вспышками, могут приводить к нарушениям действия системы ориентации сложных живых организмов.

Поэтому изучение солнечной активности и солнечно-земных связей, прогнозированиеих развития связаны с повседневными практическими потребностями.

Прогнозирование солнечно-земных связей включает:

долгосрочные солнечные прогнозы (на несколько лет): 22-летнего цикла солнечной активности, солнечной активности с заблаговременностью 2-3 года;

солнечные прогнозы средней заблаговременности (на несколько месяцев):активных долгот на солнце, рекуррентной геомагнитной активности;

краткосрочные солнечные прогнозы (на несколько дней): геоэффективных индексов солнечной активности, зарождения и развития центров активности, корональных дыр, внезапных исчезновений волокон, мест возникновений вспышек, гомологических вспышек, предвестников вспышек, ускорения частиц во вспышке, радию- и рентгеновского излучения вспышек, доз облучения (особенно на спутниках), использования спутниковых экспериментов в прогностических целях, моделей солнечных прогнозов;

ионосферное прогнозирование: общих свойств ионосферы (модели, наблюдения, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение солнца, геоэффективные индексы солнечной активности), долгосрочных прогнозов (на несколько лет), среднеширотной ионосферы, ионосферных сцинтилляций, полного электронного содержания, ионосферного распространения радиоволн, ежесуточных прогнозов, магнитно-ионосферных связей (суббурьиих непосредственных эффектов);

прогноз радиационной обстановки в околоземном пространстве в связи с выбором времени и условий пилотируемых космических полетов.

Недостаточная однородность и непрерывность наблюдений, отсутствие единой палной теории солнечной активности делают пока невозможным однозначное прогнозирование повсемрассмотренным видам прогнозов. В связи с этим разрабатываются и принимаются к реализации специальные национальные программы комплексных исследований в области солнечно-земной физики:

Значительная изменчивость солнечной активности с различными характерными временами от секунд до десятков лет вынуждает регулярно следить за ее состоянием, объединяя обсерватории, расположенные в разных долготных интервалах, согласованными программами наблюдений.