Get documents about "arma mephi - DOC
Document Sample
Аннотация
Данная выпускная квалификационная работа посвящена рассмотрению и
структурному анализу программ различных стран в области дистанционного
зондирования Земли. Целью работы является изучение основных видов
бортового оборудования спутников ДЗЗ, рассмотрение характеристик
спутников и анализ перспективных технологий ДЗЗ ведущих стран мира.
Abstract
Given field study report is devoted to the consideration and the structural
analysis of the programs of different countries in the field of Earth remote sensing .
The aim of the work is to study basic kinds of onboard equipment of the satellites,
consideration of technical features of the satellites and analysis of perspective
technologies of leading countries in the field of Earth remote sensing.
4
Оглавление
Аннотация .......................................................................................................................................... 4
Abstract ................................................................................................................................................ 4
Введение ............................................................................................................................................. 7
1 Основы рассматриваемой области ........................................................................................... 8
1.1 Определения ........................................................................................................................ 8
1.2 Виды ДЗЗ ............................................................................................................................. 9
1.3 Области применения ДЗЗ ................................................................................................... 9
1.4 Классификация стран, обладающих ресурсами ДЗЗ ..................................................... 11
1.4.1 Мировые лидеры по использованию систем ДЗЗ .................................................. 11
2 Оборудование спутников ДЗЗ ................................................................................................. 12
2.1 Камеры ............................................................................................................................... 12
2.2 Радиометры........................................................................................................................ 14
2.3 Лидары ............................................................................................................................... 16
2.4 Микроволновые радиометры (СВЧ радиометр) ............................................................ 18
3 Анализ перспективных технологий........................................................................................ 20
3.1 Лидары с синтезированной апертурой ........................................................................... 20
3.2 Ультрафиолетовое зондирование .................................................................................... 21
3.3 Оптическое зондирование на принципе «запутанности» фотонов .............................. 22
4 Программы реализации ДЗЗ различных стран ...................................................................... 24
4.1 Оптико-электронные КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового поколения ........... 24
4.1.1 Worldview-2 ................................................................................................................ 24
4.1.2 Pleiades ........................................................................................................................ 25
4.2 Оптико-электронные КА ДЗЗ высокого и среднего разрешения. ................................ 26
УФИКТ ...................................................................................................................................... 26
4.2.1 SPOT 6/AstroTerra ...................................................................................................... 28
5
4.3 Оптико-электронные КА ДЗЗ среднего и низкого разрешения ................................... 28
4.3.1 NPOESS ...................................................................................................................... 28
4.4 Радарные КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового поколения ............................... 29
4.4.1 TanDEM-X .................................................................................................................. 30
4.4.2 Cosmo-SkyMed ........................................................................................................... 31
4.5 Ведущие страны ................................................................................................................ 33
4.5.1 США............................................................................................................................ 33
4.5.2 Франция ...................................................................................................................... 37
4.5.3 Индия .......................................................................................................................... 38
4.5.4 Россия ......................................................................................................................... 41
4.5.5 Канада ......................................................................................................................... 48
4.5.6 Германия ..................................................................................................................... 49
4.5.7 Китай ........................................................................................................................... 50
5 Экономические аспекты деятельности ключевых разработчиков технологий ДЗЗ .......... 53
5.1 Финансирование ............................................................................................................... 53
5.2 Разработка и сборка .......................................................................................................... 53
5.3 Международные космические программы и комплексы .............................................. 57
Заключение....................................................................................................................................... 60
Список использованных источников............................................................................................. 62
6
Введение
Выбор темы данного исследования обусловлен важностью применения
космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, как глобального,
постоянного и надежного средства мониторинга окружающей среды, включая
атмосферу, сушу и мировой океан. Создание и развитие космических средств и
технологий ДЗЗ является в настоящее время одним из важнейших направлений
применения космической техники для социально-экономических и научных
целей.
Актуальность темы обуславливается:
высокой технологичностью данной отрасли;
высокой значимостью данных дистанционного зондирования Земли
при решении задач, в том числе связанных с мониторингом
чрезвычайных ситуаций, разведкой природных ресурсов и
обеспечения национальной безопасности;
неодинаковой коммерческой эффективностью существующих
технологий и методов дистанционного зондирования Земли;
Целью является изучение основных видов бортового оборудования
спутников ДЗЗ и рассмотрение перспективных технологий ведущих стран мира.
В рамках поставленной цели были выделены следующие задачи:
Описать существующие технологии ДЗЗ и спутники, их реализующие;
Выявить наиболее перспективные технологии из приведенных;
Описать существующие программы различных стран по реализации
перспективных технологий ДЗЗ.
Проанализировать экономические аспекты деятельности ключевых
разработчиков технологий ДЗЗ.
7
1 Основы рассматриваемой области
1.1 Определения
Под дистанционным зондированием Земли понимают получение
информации о состоянии земной поверхности по измеренным на расстоянии,
без непосредственного контакта датчиков с поверхностью, характеристикам
электромагнитного излучения. Датчики могут быть установлены на
космических аппаратах, самолетах и других носителях. Диапазон измеряемых
электромагнитных волн - от долей микрометра (видимое оптическое излучение)
до метров (радиоволны). Методы ДЗЗ могут быть пассивные, т.е. использовать
естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на
поверхности Земли, обусловленное солнечной радиацией, и активные -
использующие вынужденное излучение объектов, инициированное
искусственным источником направленного действия. Сама возможность
идентификации и классификации объектов по информации ДЗЗ основывается
на том, что объекты разных типов - горные породы, почвы, вода,
растительность и т.д. - по-разному отражают и поглощают электромагнитное
излучение в том или ином диапазоне длин волн. Дистанционное зондирование
проводят с поверхности суши или моря, с воздуха или из космоса в различных
зонах электромагнитного спектра.[1]
Апертура - 1) в оптике - диаметр отверстия, определяющего ширину
светового пучка в оптической системе; апертура определяется размерами линз
или диафрагмами; от апертуры зависит разрешающая сила прибора 2) в
антенной технике - излучающая или принимающая излучение поверхность
сложных антенн.[2]
Пространственное разрешение - величина, характеризующая размер
наименьших объектов, различимых на изображении.[2]
8
Радиометрическое разрешение - величина, характеризующая количество
градаций серого на полученном изображении; определяется количеством
спектральных каналов сенсора.[2]
Спектральное разрешение - величина, характеризующая
спектрочувствительность сенсора; определяется шириной спектрального канала
сенсора.[2]
1.2 Виды ДЗЗ
В зависимости от фиксируемого диапазона электромагнитного излучения
различают следующие виды ДЗЗ: ультрафиолетовый, видимый, ближний,
средний и дальний (тепловой) инфракрасные диапазоны, микроволновый
радиодиапазон. При одновременном использовании нескольких диапазонов
говорят о многозональной съемке, а при большом числе используемых
диапазонов (20 и более) - о гиперспектральной. По виду применяемой
съемочной аппаратуры различают фотографические, телевизионные,
фототелевизионные, сканерные, радиолокационные, гидролокационные,
лазерные, лидарные съемки. Отдельно выделяют аэроспектрометрирование,
представляющее собой регистрацию с помощью спектрографов спектральной
яркости какой-либо поверхности вдоль направления движения летательного
аппарата.[3]
1.3 Области применения ДЗЗ
В соответствии с составом и характеристиками задач ДЗЗ можно
выделить следующие основные области применения космической информации
(КИ) ДЗЗ и кратко сформулировать их особенности:
1. гидрометеорология, для решения конкретных задач которой
необходимо высокопериодичное получение в глобальном масштабе
космических данных об облачном и снежно-ледовом покровах,
трехмерных полях ветра, температуры и влагосодержания атмосферы,
температуре и других физико-химических параметрах поверхности
9
Земли, зонах и интенсивности осадков, крупномасштабных и опасных
процессах в атмосфере и на поверхности Земли (циклоны,
антициклоны, тропические штормы и ураганы), всех составляющих
элементов для изучения эволюции климата (альбедо Земли, малые
газы, аэрозоль, вариации солнечного излучения и т.д.);
2. экологический мониторинг на глобальном, региональном и локальном
уровнях за распространением загрязнений во всех трех основных
природных сферах (атмосфера, поверхность суши, водная среда),
развитием эрозионных и др. процессов деградации природной среды;
обнаружение факта и адресная локализация крупных промышленных и
иных источников загрязнения окружающей среды; экологический
мониторинг районов добычи полезных ископаемых, транспортировки
углеводородного топлива и других химических продуктов (аммиак и
т.д.) и крупнейших скоплений промышленных предприятий и
мегаполисов;
3. мониторинг чрезвычайных ситуаций, включая обнаружение факта ЧС,
оценку масштабов и характера разрушений; прогнозирование
землетрясений и других разрушительных природных явлений;
4. создание и обновление широкого спектра общегеографических и
тематических картографических материалов (топографические карты,
карты в цифровом виде, географические информационные системы
(ГИС) разного назначения и многие другие);
5. информационное обеспечение деятельности по землеустройству,
прокладке транспортных магистралей, строительству промышленных
объектов и градостроительству, составлению кадастров земельных и
иных природных ресурсов;
6. информационное обеспечение хозяйственной деятельности в ведущих
отраслях социальной экономики, связанных с использованием и
10
переработкой возобновляемых и невозобновляемых природных
ресурсов, включая сельское, рыбное, лесное, водное хозяйство,
геологию и разработку месторождений полезных ископаемых;
7. океанография и океанология (зондирование водных поверхностей с
целью определения их температуры, солености, цветности,
прозрачности, биопродуктивности, загрязнений, течений, ледовой
обстановки, волнения, приводного ветра, а также изучение шельфа);
8. фундаментальное изучение закономерностей и тенденций изменения
глобальных и крупнейших региональных процессов в атмосфере и
других оболочках нашей планеты (гидросфера, криосфера, биосфера,
околоземный космос и магнитосфера).[4]
1.4 Классификация стран, обладающих ресурсами ДЗЗ
Совсем недавно собственными ресурсами ДЗЗ обладали всего несколько
стран. На фоне удешевления и все большей доступности современной
технологической и элементной базы, необходимой и достаточной для создания
космических систем ДЗЗ, все большее количество стран обзаводится своими
спутниками ДЗЗ. Также следует отметить тенденцию к созданию и развитию
многочисленных национальных космических программ ДЗЗ.[5]
1.4.1 Мировые лидеры по использованию систем ДЗЗ
К мировым лидерам сейчас можно отнести три страны – это, в первую
очередь, США, а также Франция и Индия. Эти три государства обладают
новейшими технологиями и постоянно участвуют в разработке новых и
улучшении существующих систем ДЗЗ. Основной упор идет на спутники
высокого разрешения, а США сейчас разрабатывают новую систему, основу
которой составят спутники ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового
поколения.[5]
11
2 Оборудование спутников ДЗЗ
2.1 Камеры
Класс камер составляют два типа сенсоров – мультиспектральные (М) и
панхроматические (П), оба работающие в видимом и ИК (ближний, средний,
дальний) спектрах. Свет от источника проходит сквозь светофильтры,
фокусирующие линзы, дисперсирующее устройство и попадает на прибор с
зарядовой связью, имеющий ячеистое строение (ПЗС-матрица). Интенсивность
излучения в каждом участке спектра оцифровывается, преобразуется в
растровое изображение и передается на наземные станции приема, где оно
записывается в архивы (в фотоаппаратах изображение записывается на
имеющееся в устройстве ПЗУ).[9]
Панхроматические сканеры измеряют интенсивность всего видимого
диапазона в одном спектральном канале и поэтому их снимки являются черно-
белыми. Зато чем шире спектральная полоса, тем выше интенсивность сигнала,
что позволяет сделать пространственное разрешение панхроматических
снимков чуть более высоким, чем при синтезе отдельных спектральных
каналов.[9]
Для создания мультиспектрального (цветного) изображения
регистрируемый спектр искусственно разбивают на несколько спектральных
полос, называемых каналами, в каждой из них получают снимки одного и того
же объекта, которые затем синтезируют в одно изображение. От выбора
каналов зависит цветовая гамма снимков, бывающая ложной или естественной.
Естественная передает цвет объектов, как их видит человеческий глаз, и
используется она только для видимого диапазона. Для ее получения обычно
совмещают синий, зеленый и красный каналы (это цветовая система RGB [red-
green-blue]; иногда применяют альтернативную – YMC [yellow-cyan-magenta] –
12
голубой, пурпурный, желтый). Вторая является условной и используется для
передачи диапазонов, не воспринимаемых человеческим глазом (для
мультиспектральных сенсоров это разные диапазоны ИК спектра; она также
используется в радарных и лидарных снимках). Мультиспектральные (или
спектрозональные) изображения также могут быть представлены в виде
отдельных спектральных каналов, не подвергнутых синтезу.[9,11,12]
Спектральные каналы бывают двух типов (широкие и узкие) и
характеризуются спектральным разрешением. Широкополосные сенсоры
собирают электромагнитный спектр из относительно большого количества
длин волн в каждом канале, узкополосные (гиперспектральные) – из гораздо
меньшего. Ширина спектральной полосы (непрерывный диапазон длин волн),
которая может быть выделена сенсором из спектра, называется спектральным
разрешением. Для ширококанальных сенсоров ширина полосы равная 0.2 мкм
считается низким спектральным разрешением, а 0.1 мкм – высоким.[9]
Наилучшие показатели спектрального разрешения демонстрируют
данные, получаемые гиперспектральным способом – развитием технологии
мультиспектрального зондирования, ставшим возможным с ростом
светочувствительности материалов (в частности, для VNIR-диапазона
используются кремниевые микрочипы, а для SWIR – ПЗС из сплава индия и
сурьмы). Ширина спектральных полос гиперспектральных сенсоров составляет
примерно 0,01мкм, что на порядок лучше показателей широкополосных
мультиспектральных сенсоров. Это означает, что мы можем разделить диапазон
от 0,38 до 2,55 мкм примерно на 217 узких спектральных полос, получить
значение интенсивности для каждой полосы, а потом по 217 точкам на графике
зависимости интенсивности от длины волны построить гораздо более точную
характеристическую кривую, несущую больше информации о составе и
физических свойствах различных материалов.[9]
13
Рисунок: Качественное сравнение разных типов спектрального разрешения одного и того же объекта:
панхроматическое (а), широкополосное (б) и гиперспектральное (в); I - интенсивность сигнала, λ - длина
волны. Деление λ соответствуют ширине спектральной полосы и отражает спектральное разрешение
сенсора.
Большим плюсом данного класса сенсоров является возможность
передачи естественного цвета объектов. Однако их применение сильно зависит
от погодных условий ввиду большой доли рассеяния электромагнитного
излучения данных длин волн атмосферными составляющими.[9]
Панхроматические и мультиспектральные камеры – самые
распространенные виды сенсоров, установленных на спутниках ДЗЗ. А сделало
их лидерами на рынке оборудования ДЗЗ высокое пространственное
разрешение. В классе съемочных приборов видимой области спектра
панхроматические камеры и мультиспектральные камеры выполняют до 45%
задач.[9]
2.2 Радиометры
Радиометр – это общий термин, обозначающий группу инструментов,
которые количественно измеряют электромагнитное излучение в некотором
интервале спектра. Есть несколько видов радиометров, и они установлены на
многих спутниках дистанционного зондирования Земли [9]
Спектрометр – сенсор, который содержит призму или дифракционную
решетку, дисперсирующую луч, несущий непрерывный участок спектра, на
отдельные лучи с разными длинами волн и отклоняющую их на разные углы,
чтобы они попадали на разные части детектора.[14]
14
Основное назначение спектрометра — количественная интерпретация
получаемого спектра с целью получения аналитических данных. В
большинстве случаев аналитические программы сравнивают полученный
спектр со спектром вещества, чей состав известен.[14]
Благодаря своему пространственному разрешению и рабочему диапазону,
спектрометры не заменимы при получении снимков больших площадей,
особенно при зондировании мирового океана.[14]
Спектрорадиометром называют спектрометр, собирающий дисперсное
излучение в диапазоны и измеряющий интенсивность спектральных полос, а не
отдельных длин волн. Спектрорадиометры являются наиболее
распространенными датчиками ДЗЗ, использующимися на океанографических
спутниках для измерения цвета поверхности океана. Они предназначены для
построения изображений в диапазонах спектра, оптимизированных с учетом
необходимости определения различных характеристик. Как правило,
диапазоны выбираются в видимой и ближней инфракрасной областях спектра
(0.4—0.8 мкм) и имеют ширину порядка нескольких нм. Пространственное
разрешение радиометров для изучения поверхности океана чаше всего бывает
невысоким (более 1 км), благодаря чему удается обеспечить необходимую
обзорность снимков (ширина полосы обзора колеблется от 1000 до 3000 км).
Кроме изучения поверхности океана, используются для
картографирования и исследования суши, а также атмосферы.[13]
Инфракрасный радиометр - сканер, измеряющий интенсивность
излучения, испускаемого морем в инфракрасном диапазоне в полосе
сканирования по направлению полета спутника. Измерения представляют
собой изображения распределений температур на морской поверхности.[14]
15
2.3 Лидары
Лидар (LIDAR, Laser Imaging raDAR) – активное устройство
дистанционного зондирования. Импульсный или длительный лазерный луч
проходит сквозь коллиматор, в то время как на детектор принимающей
оптической системы приходит сфокусированное линзами отраженное
излучение. Сканирующий режим луча достигается поворотным элементом
(зеркалом). Время отклика обратно пропорционально расстоянию до цели
(принцип, применяемый также в радарных системах). Так работают лидарные
альтиметры, являющиеся простейшими представителями класса лидаров
(рис.1).[15]
Рисунок 1: Принцип действия лидаров
«Атмосферные» лидары способны не только определять расстояния до
непрозрачных отражающих целей, но и анализировать свойства прозрачной
среды, рассеивающей свет. Разновидностью атмосферных лидаров являются
доплеровские лидары (или лидарные датчики ветра), определяющие
направление и скорость перемещения воздушных потоков в различных слоях
атмосферы путем измерения доплеровского сдвига частоты сигнала обратного
рассеивания.[15]
Дифференциально-абсорбционнные лидары (differential absorption lidar,
DIAL) зондируют пространство с помощью двух лучей на разных частотах, по-
16
разному поглощаемых газами, например озоном. Концентрацию озона в
пространстве вычисляют по разнице амплитуд двух разнесенных по времени
отраженных сигналов, которые собираются одним или несколькими
телескопами. В таких лидарах особенно важно правильно выбрать частоты
излучения, которые, кроме различного поглощения в озоне, должны иметь
минимальное молекулярное и партикулярное поглощение.[16]
В отличие от радиоволн, эффективно отражающихся только от
достаточно крупных металлических целей, световые волны подвержены
рассеиванию в любых средах, в том числе в воздухе, поэтому возможно не
только определять расстояние до непрозрачных (отражающих свет) дискретных
целей, но и фиксировать интенсивность рассеивания света в прозрачных
средах. Возвращающийся отражённый сигнал проходит через ту же
рассеивающую среду, что и луч от источника, подвергается вторичному
рассеиванию, поэтому восстановление действительных параметров
распределённой оптической среды — достаточно сложная задача, решаемая как
аналитическими, так и эвристическими методами. [17]
Множественное рассеивание лазерного луча в вертикальной плоскости
даёт данному классу сенсоров особую нишу в сфере исследования и
мониторинга атмосферы. Если оптические системы снимают верхний слой
облаков, а радары способны регистрировать лишь плотные ливни, лазерный луч
частично рассеивается на каждом слое атмосферы в зависимости от
взвешенных веществ и их плотности. Измеряя длительность ожидания и
интенсивность отклика от каждого слоя, лидары могут давать информацию о
вертикальной организации атмосферных слоев в каждой исследуемой
точке.[17]
Современные космические лидарные проекты разделились на два
направления — совершенствование «атмосферных» систем и геодезические
лидары, способные сканировать рельеф земной поверхности с приемлемой
17
разрешающей способностью. Особое направление, применяемое на практике в
сейсмоопасных районах США — дифференциальное измерение высот с целью
выявления локальных подвижек земных масс в районе разломов.[17]
2.4 Микроволновые радиометры (СВЧ радиометр)
Микроволновый радиометр – сканер, измеряющий интенсивность
излучения, испускаемого объектом в микроволновом диапазоне (5-100 ГГц).
Важное достоинство спутниковых микроволновых методов перед
оптическими и инфракрасными методами состоит в возможности проводить
круглосуточные всепогодные измерения. Способность микроволновых методов
получать информацию о природных объектах в любое время суток и при любой
погоде объясняет значительное внимание, которое уделяется этим методам в
программах исследования Земли из космоса, в том числе в космических
программах изучения океана.[26]
Микроволновой радиометр представляет собой радиоприемник тепловых
электромагнитных волн, которые излучаются всеми без исключения нагретыми
телами: почвами, растениями, облаками, воздушными массами, водными
поверхностями и даже льдами. К микроволнам или, что то же самое,
сверхвысокочастотным (СВЧ) радиоволнам относят электромагнитные волны с
длиной примерно от 1 см до 1 м. Более короткие волны принадлежат
миллиметровому диапазону, а более длинные - УКВ-диапазону.[26]
Микроволновые радиометрические методы широко используются при
дистанционном зондировании суши атмосферы и океана. Главное применение
радиометрических методов - всепогодные круглосуточные измерения
температуры поверхности океана. Это важно для многих целей: для оценки
биопродуктивности океана, для целеуказания рыболовным судам, для
выявления гидрологических фактов. Другая важная задача микроволновых
18
радиометров - определение профилей температуры и влажности в
атмосфере.[26]
Микроволновый радиометр “AMSR-E” ("Advanced Microwave Scanning
Radiometer"), установленный на борту спутника “Aqua” был создан японским
космическим агентством NASDA. Его задачи – измерение температуры
поверхности океана и исследование влажности почвы. Для расчета влажности
почв, кроме температурной яркости используется также диэлектрическая
постоянная и температура поверхности почвы. Оптимальным диапазоном
исследования влажности почвы является диапазон 1–10 ГГц. AMSR-E имеет
канал на частоте 6.9 ГГц с грубым пространственным разрешением (около 50
км). Такое разрешение дает общую картину пространственного распределения
влажности почвы, но не позволяет вести мониторинг этого показателя на
относительно небольших территориях.[26]
Также типичными микроволновыми радиометрами являются
американские SSM/I, SMMR и MIMR, созданные для метеорологических
наблюдений. Если первый работает в четырех диапазонах частот, то последние
два работают в шести. Все используют и вертикальную, и горизонтальную
поляризацию во всех диапазонах. Каждая частота нужна для разных целей.
Если на одной измеряется соленость воды, то на другой, например,
определяется суммарная концентрация паров воды в атмосфере.[26]
19
3 Анализ перспективных технологий
3.1 Лидары с синтезированной апертурой
В 2006 г компания Northrop Grumman разработала и успешно испытала
одну из первых в мире лазерных радарных систем (лидар) с синтезированной
апертурой. До сих пор принцип синтезирования апертуры применялся только в
радиолокационных системах. Технология позволяет объединить преимущества
дальней дневной и ночной съемки, присущие принципу синтезирования
апертуры, хорошие дешифровальные качества высокодетальных оптических
изображений и наглядность трехмерных изображений лидаров.
Программа под наименованием SALTI (Synthetic Aperture Ladar for
Tactical Imaging – лидар с синтезированной апертурой для тактической съемки)
финансируется управлением перспективных разработок министерства обороны
США DARPA. Она предназначена для внедрения принципов и технологий
синтезирования апертуры, отработанных в радиотехнике на РЛС, в оптический
диапазон электромагнитного спектра в целях получения беспрецедентно
высокого пространственного разрешения видовой разведки поля боя на
больших дальностях.
До сих пор пространственное разрешение всех оптических и лазерных систем
было ограничено физическими размерами их апертуры. Теперь возможно
достижение более высокого разрешения, дифракционный предел преодолен.
Результаты испытаний доказали, что принцип синтезирования апертуры
действует и в оптическом диапазоне электромагнитного спектра и позволяет
получать изображения фотографического качества на расстояниях, намного
превышающих дальность съемки всех существующих оптикоэлектронных
систем.[8]
20
3.2 Ультрафиолетовое зондирование
В отличие от видимого и (ИК) диапазона – в УФ-области очень низка
интенсивность излучения. Участок вакуумного ультрафиолета 0.1-0.2 мкм – это
область спектра, которая полностью поглощается молекулярным кислородом
атмосферы и не проходит ниже 60 километров к поверхности Земли. УФ
излучение в диапазоне от 0,2 до 0,4 мкм опускается до озонного слоя (высота от
15 до 25 километров), который защищает все сущее на Земле от губительного
воздействия УФ-лучей. Однако, малая часть длинноволнового УФ все же
достигает поверхности Земли, поэтому УФ сенсоры на КА должны усиливать
яркость изображения не меньше, чем в 100 раз, то есть фактически дойти до
физического предела, когда с квадратного сантиметра регистрируемого объекта
излучается всего несколько фотонов. [19]
УФ-диапазон еще только осваивается для мониторинга верхних слоев
атмосферы и самой Земли. С 2006 года проходят испытания таких сенсоров на
МКС. В частности, крайне интересны его перспективы при гиперспектральном
зондировании. В УФ-диапазоне можно увидеть заражение почв и
сельскохозяйственных культур, состояние урожая, и при узких спектральных
каналах можно определить само загрязняющее вещество.
Рассмотрим недавние успехи в освоении нового метода.
Исследование взаимодействия выхлопов разных двигателей с
верхней атмосферой Земли (высота 300–400 километров).
Наблюдение объектов и их фрагментов, которые опускаются на
Землю из верхних слоев атмосферы. Ультрафиолет реагирует на
сильное излучение от ударных слоев, которые определяются
21
скоростью и размером космического аппарата или входящего
осколка.
Изучение атмосферных возмущений. Грозовые явления,
возникающие на высоте 10 километров, могут доходить до уровня
90 километров, т.к. все пространство от поверхности Земли до
ионосферы является единой системой. Реакции, сопровождающиеся
ночным свечением, приводят к образованию молекул
возбужденного кислорода, который высвечивается в УФ-диапазоне.
Уже выявилось большое расхождение концентрации кислорода над
некоторыми участками Земли с данными нейтрального состава по
известным моделям атмосферы.
Над местами разломов земной коры, т.е. над сейсмоопасными
регионами, образуется второй слой атомарного кислорода на
высоте примерно 115 километров, который наблюдаем
исключительно в УФ.[7]
Исследования в УФ-диапазоне позволяют получить большой объем новой
космической информации о Земле и атмосфере, особенно важной при учете
современных глобальных изменений климата на планете.
3.3 Оптическое зондирование на принципе «запутанности» фотонов
Исследования в области передачи изображений с использованием
эффекта квантовой связи между фотонами проводятся исследовательской
группой Мэриледнского университета и Национального института стандартов и
технологий США (NIST).
Новая технология получения изображений-«призраков» ("ghost-imaging")
основывается на использовании квантово-механического эффекта сохранения
особого рода связи между фотонами (т.н. entangled photons, фотоны в
связанном, или «спутанном», состоянии). Эффект позволяет уже сейчас
22
получать достоверные изображения объекта при помощи фотонов, ни один из
которых не вступал во взаимодействие с изображаемым объектом. [17]
Получение изображения с помощью квантово связанных между собой, но
разнесенных в пространстве источников света, внешне подобно регистрации
светового излучения от объекта фотодетектором – за тем исключением, что в
данном случае формирующий образ световой поток не взаимодействует с
отображаемым объектом. Последний освещается иным пучком – возможно,
удаленным большое расстояние от первого, но находящегося в состоянии
квантовой связи с ним.
Внешне эффект проявляется в том, что на детекторе, освещаемом вторым
пучком и никоим образом не взаимодействовавшим с «фотографируемым»
объектом, начинает «проявляться» изображение последнего – оно становится
отчетливо различимым уже после регистрации нескольких тысяч пар фотонов.
В отличие от стандартных детекторов, фиксирующих интенсивность
светового излучения в каждом пикселе и его спектральные характеристики, и
голографических детекторов, дополнительно регистрирующих информацию о
фазе излучения, новый метод позволяет регистрировать также квантовые
особенности светового излучения.
В частности, учет «квантового шума», неизбежно присутствующего в
излучении, позволяет произвольным образом снижать его влияние на
определенный аспект изображения. Например, можно значительно снизить
шум информации об интенсивности излучения за счет повышения шумов в
информации о его фазе, и т.д. Также ВВС США надеется обеспечить этим
методом криптозащиту при передаче больших массивов изображений со
спутников разведки.
23
4 Программы реализации ДЗЗ различных стран
4.1 Оптико-электронные КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового
поколения
Основными отличительными особенностями оптико-электронных КА
нового поколения являются их беспрецедентная производительность, в том
числе и в режиме стереосъемки, а также возможность получения данных с
пространственным разрешением не хуже 50 см с точностью без наземных
опорных точек не хуже 5 м (среднеквадратичное отклонение, СКО). К таким
аппаратам относятся спутники WorldView-2 и Pleiades. [16]
4.1.1 Worldview-2
Космический аппарат WorldView-2 компании DigitalGlobe (США) был
запущен в конце 2009 года. В проекте создания спутников участвуют такие
компании как Ball Aerospace (платформа, интеграция), Eastman Kodak
(оптическая камера), ITT (интеграция), BAE Systems (система обработки).
Спутник WorldView-2 был выведен на солнечно-синхронную орбиту
высотой 770 км, обеспечивающую его прохождение над любым районом Земли
каждые 1–2 дня (в зависимости от широты). WorldView-2 позволяет получать
цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением
46 см в панхроматическом режиме и 1,8 м в мультиспектральном режиме при
съемке в надир. По сравнению с КА QuickBird и WorldView-1 кардинально
улучшены возможности по получению мультиспектральных изображений,
количество спектральных каналов увеличено до восьми. [10]
Области применения спутника WorldView-2:
Создание и обновление топографических и специальных карт и
планов вплоть до масштаба 1:2 000.
24
Создание цифровых моделей рельефа с точностью 1-3 метра по
высоте.
Инвентаризация и контроль строительства объектов
инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа.
Выполнение лесоустроительных работ, точная автоматизированная
инвентаризация и оценка состояния лесов.
Широкий круг задач в области охраны окружающей среды.[22]
4.1.2 Pleiades
Программа Pleiades High Resolution является составной частью
европейской спутниковой системы зондирования Земли и ведется под
руководством французского космического агентства CNES, начиная с 2000
года. Программа предполагает создание двух спутников Pleiades-HR1 и
Pleiades-HR2. Запуск первого космического аппарата серии Pleiades намечен на
конец 2010 года. Аппаратура, установленная на спутнике, позволит получать
цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением
порядка 0,6 м в панхроматическом режиме и с разрешением порядка 2,8 м в
мультиспектральном режиме при ширине полосы охвата не менее 20 км.
Предположительный срок пребывания на орбите будет составлять не менее 5
лет. [28]
Области применения:
Создание и обновление топографических и специальных карт и
планов вплоть до масштаба 1:20 00.
Инвентаризация и контроль строительства объектов
инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа.
Выполнение лесоустроительных работ, инвентаризация и оценка
состояния лесов.
25
Инвентаризация и мониторинг состояния транспортных,
энергетических, информационных коммуникаций.
4.2 Оптико-электронные КА ДЗЗ высокого и среднего разрешения.
УФИКТ
В 2006 году закончились проектные работы по оснащению малой
унифицированной космической платформы «Нева» (разработка ФГУП КБ
«Арсенал») маломассогабаритным бортовым оптико-электронным комплексом
нового поколения (разработка ФГУП «ГОИ им. С.И. Вавилова») «УФИКТ»
(ультрафиолетовый и инфракрасный телескоп). Главной его отличительной
чертой является применение нового метода ДЗЗ в ультрафиолетовом диапазоне.
В данный момент разработан бизнес-план, ведется поиск инвесторов. Срок
окупаемости проекта – 5 лет.
«УФИКТ» удовлетворяет следующим поставленным требованиям:
съемка в нескольких диапазонах спектра электромагнитного
излучения (ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном);
использование принципиально новых методов обработки и
интерпретации данных ДЗЗ, обеспечивающих получение
информации о глубинных слоях земной коры;
предоставление потребителю, помимо снимков земной
поверхности, тематических карт наблюдаемых участков, в
частности, с прогнозами месторождений полезных ископаемых,
параметрами экологической обстановки и т.д.;
выведение МКА на орбиту ракетой-носителем легкого класса на
базе конверсионной баллистической ракеты;
максимальное использование существующих пунктов приема и
обработки информации с необходимым их дооснащением.]
При этом он обладает следующими конкурентными преимуществами
26
более низкая, чем у конкурентов, удельная стоимость снимков;
предоставление более разнообразных информационных продуктов;
использование принципиально новых методов обработки и
интерпретации данных ДЗЗ, обеспечивающих получение
информации о глубинных слоях земной коры;
максимальное использование существующих пунктов приема и
обработки информации.
Таблица
1:
Основные
характери
стики
спутника
УФИКТ
Основные целевые задачи КС
поиск полезных ископаемых;
контроль добычи и использования природных ресурсов;
контроль лесного хозяйства;
контроль сельскохозяйственных угодий;
27
контроль судоходства и рыболовства;
контроль загрязнений акваторий и суши;
контроль обстановки на месте происшедших природных или
техногенных катастроф;
контроль ледовой обстановки;
контроль загрязнений атмосферы;
контроль параметров ионосферы. [24Error! Reference source not
found.Error! Reference source not found.]
4.2.1 SPOT 6/AstroTerra
В 2007 году доход компании SpotImage составил порядка 95 миллионов
евро (это на 30 процентов больше, чем в 2006 году). В 2008 году компания
получила доход порядка 100 миллионов евро. Эти средства позволят компании
продолжить работу над новым проектом спутника, финансирующийся, в
основном, из частных источников. Разработка будет проходить совместно с
Astrium Satellites и произвести запуск планируется уже в 2012 году. Рабочее
название нового спутника - Spot 6/AstroTerra. Он будет основан на технологиях
AstroTerra компании Astrium. Постройка и запуск спутника, по
предварительным подсчётам, обойдётся Spot Image в 200 миллионов евро. Spot
6, как и его предшественник Spot 5, запущенный в мае 2002 года, будет иметь
разрешающую способность 2 метра и 60-километровый формат кадра
изображения. Эксплуатационный срок спутника на орбите будет составлять от
7-ми до 10-ти лет. Не удивительно, что Spot Image делают главную ставку на
свою новую разработку.[0]
4.3 Оптико-электронные КА ДЗЗ среднего и низкого разрешения
4.3.1 NPOESS
Сейчас в США разрабатывается под руководством Министерства
обороны США, NASA и Национального управления по океанам и атмосфере
28
(NOAA) Национальная спутниковая система по наблюдению за окружающей
средой NPOESS (National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite
System). Система NPOESS должна объединить военную и гражданскую
программы США в единую систему, что поможет улучшить прогнозы погоды и
предсказания изменения климата, а также повысит оперативность оповещения
об угрозе стихийных бедствий в 4-5 раз. Аппаратура, установленная на борту
NPOESS, будет собирать данные о состоянии океанов, атмосферы, земной
поверхности, климата и космической среды. Одним из инструментов должен
стать сенсор OLI (Operational Land Imager), который позволит получать
цифровые изображения земной поверхности с разрешением от 30 до 800 м.
Другим – гиперспектральный сенсор среднего разрешения VIIRS.
6 спутников серии NPOESS придут на смену спутникам серии Landsat. В
данный момент на орбите находятся два спутника этой серии – Landsat 5 и
Landsat 7. Landsat 7 является проектом трех крупнейших американских
правительственных организаций: уже упомянутых выше NASA и NOAA, а
также USGS (United States Geological Survey). Спутник был запущен в 1999
году и, несмотря на установленный расчетный срок пребывания на орбите – 7
лет, работает до сих пор. Срок реализации программы NPOESS рассчитан до
2018 года. Все 6 спутников обойдутся Конгрессу в 9.8 млрд долл. Первый
запуск экспериментального спутника NPP (NPOESS Preparatory Project)
назначен на 2012 г. [23]
4.4 Радарные КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения нового поколения
Основными отличительными особенностями радарных КА сверхвысокого
разрешения нового поколения являются пространственное разрешение до 1 м,
возможность съемки с различной поляризацией, возможность последующей
интерферометрической обработки для получения высокоточных цифровых
моделей рельефа (ЦМР) и выявления подвижек земной поверхности. К таким
аппаратам относятся спутники TerraSAR-X и Cosmo-SkyMed.
29
4.4.1 TanDEM-X
В 2009 году планируется дальнейшее развитие немецкой системы
TerraSAR-X за счет запуска КА Tandem-X, которые позволит осуществлять
интерферометрическую съемку на одном проходе. Это позволит получать
цифровую модель местности (ЦММ) с очень высокими точностными
характеристиками, которые возможны только на основе обработки данных
авиационной съемки как фундаментального источника высокоточной
геопространственной информации для целей крупномасштабного
картографирования. Уже сейчас данные, получаемые с КА TerraSAR-X,
позволяют создавать базовые картографические материалы. Однако в связи с
тем, что TerraSAR-X не имеет возможности поучения интерферометрической
съемки на одном проходе, дешифрирование данных для целей
картографирования требует наличия внешней цифровой модели рельефа
(ЦМР). До 2010 года, то есть до того момента, когда начнется коммерческая
эксплуатация комплекса в составе TerraSAR-X и Tandem-X, будут
использоваться ЦММ-ЦМР из других источников.[32]
Интерферометрические (INSAR) технологии могут использоваться только
в случаях хорошей связи/схожести между 2-мя изображениями (например
пустыни, скалистая местность). В данный момент используют снимки с
повторных проходов одиночного спутника TerraSAR-X, период которых
составляет 11 дней. INSAR технологии с 11 дневным циклом не применимы для
тропического климата: период – слишком длинный, состояние атмосферы,
влажность отличаются и связей/схожести недостаточно для работы с
интерферометрией. Намного легче будет получать INSAR после начала миссии
TanDEM-X.
В конце 2009 года планируется запуск второго космического аппарата
TerraSAR – Х, это позволит проводить радиолокационную съёмку в режиме
TanDEM – X. Совместная работа двух КА (TanDEM – X миссия) позволит в
полной мере использовать интерферометрические (INSAR) технологии.
30
Интерферометрические измерения будут проводиться по одиночному
изображению с каждого КА, а совместная работа двух КА за три года позволит
обеспечить глобальное покрытие земной поверхности высокоточной ЦМР с
расчётной точностью по высоте менее 2 м.
4.4.2 Cosmo-SkyMed
Национальная программа Италии основана на формировании на орбите
группировки радарных КА ДЗЗ сверхвысокого поколения COSMO-SkyMed.
Этот проект успешно реализуется компанией Telespazio, совместно с
Итальянским Космическим Агенством (ASI). Предпологается, что на орбите
будет сформирована группировка в составе 4 спутников, которые позволят
осуществлять съемку с разрешением лучше 1 м в Х-дипазоне с возможностью
получения на одном витке исходных данных для последующей
интерферометрической обработки и создания высокоточных ЦММ. В
настоящее время на орбиту выведено 3 аппарата серии COSMO-SkyMed.[5]
Серия космических аппаратов двойного назначения Cosmo-SkyMed 1-4
(Constellation of Small Satellites for Mediterranean basin Observation – Созвездие
малых спутников для наблюдения за Средиземноморским бассейном),
разрабатывается по запросу министерства обороны Италии, поэтому, несмотря
на "мирное" название группировки, спутники будут пролетать не только над
Средиземным морем. Первые два спутника были запущены с авиабазы
Вандерберг (США) соответственно 8 июня и 9 декабря 2007 года и выведены на
орбиту с высотой 619,6 км. Спутник Cosmo-SkyMed 3 был успешно выведен на
орбиту 24 октября 2008 года ракетой носителем Delta II также с космодрома
авиабазы Ванденберг. Ввод в эксплуатацию третьего спутника группировки
позволит увеличить количество получаемых ежедневно радарных изображений
с нынешних 900 до 1350. Расчетный срок пребывания на орбите каждого
аппарата Cosmo-SkyMed 1-3 составляет около 5 лет. Запуск последнего,
четвёртого спутника группировки намечен на начало 2010 года.
31
Все спутники группировки будут оснащены радаром с синтезированной
апертурой, позволяющим выполнять интерферометрическую съемку земной
поверхности с беспрецедентным пространственным разрешением (лучше 1 м на
местности). Активный радар, в отличие от пассивных систем дистанционного
зондирования в оптическом и ИК-диапазонах, позволяет вести непрерывную
всепогодную съёмку местности. Потенциальная область съёмки – полоса
шириной 1300 км (углы бокового обзора от 20 до 60 градусов). Ширина полосы
съёмки – от 10 до 200 км, с разрешением от субметрового до нескольких
десятков метров на пиксель соответственно.
32
4.5 Ведущие страны
4.5.1 США
В настоящее время в США при серьезной государственной поддержке
формируется новая система ДЗЗ, основу которой составят спутники ДЗЗ
сверхвысокого разрешения нового поколения. С одной стороны сделана ставка
на конкуренцию двух основных игроков на рынке ДЗЗ – компаний DigitalGlobe
и GeoEye, с другой – каждая из компаний разрабатывает КА, в значительной
степени дополняющие по своим характеристикам друг друга, при этом каждый
обладает уникальными возможностями. Общим для всех космических оптико-
электронных систем ДЗЗ нового поколения является их беспрецедентная
точность, позволяющая получать данные со среднеквадратичным отклонением
(СКО) до 2-3 м без наземных точек привязки. Тем не менее, каждый из
создаваемых спутников нового поколения уникален.[5] В США государство не
только поддерживает компании, но и определяет политику в области ДЗЗ,
нормы и правила игры, обеспечивающие лидерство американских операторов
программ ДЗЗ в мире. Основные усилия государственного регулирования
отрасли ДЗЗ в США направлены на поощрение развития рыночных
механизмов. Развитие коммерческих систем ДЗЗ поддерживается
государственными контрактами на закупку космической информации.
Основополагающим документом является космическая политика в области
коммерческих систем ДЗЗ (U.S. Commercial Remote Sensing Space Policy),
утвержденная президентом США 25 апреля 2003 года. Новая политика
направлена на дальнейшее укрепление лидирующего положения в мире
американских компаний - операторов космических систем (КС) ДЗЗ и
охватывает следующие области:
лицензирование деятельности и функционирование КС ДЗЗ;
законодательно закрепляется, что ресурсы американских КС ДЗЗ
будут в максимальной степени использоваться для решения
33
оборонных, разведывательных задач, обеспечения внутренней и
международной безопасности и в интересах гражданских
пользователей;
создание условий, обеспечивающих промышленности США
конкурентные преимущества в области предоставления услуг ДЗЗ
иностранным правительственным и коммерческим потребителям,
доступ иностранных заказчиков (государственных и коммерческих) к
ресурсам ДЗЗ, экспорт технологий и материалов ДЗЗ;
установление и развитие долговременного сотрудничества между
правительственными органами и аэрокосмической промышленностью
США, обеспечение оперативного механизма лицензионной
деятельности в области функционирования операторов систем ДЗЗ и
экспорта технологий и материалов ДЗЗ;
межправительственное сотрудничество в области военной и
коммерческой космической видовой съемки.
Новый документ гарантирует господдержку развития рынка ДЗЗ, а также
устанавливает, что новые коммерческие проекты промышленность будет
разрабатывать с учетом потребностей в видовой продукции, определенных
гражданскими и оборонными ведомствами. Другой важный аспект -
государство становится "международным толкачом" коммерческой
информации ДЗЗ.
Ключевая роль в обеспечении национальной безопасности и
международного сотрудничества в области ДЗЗ отводится Национальному
управлению картографической и видовой информации NIMA (National Imagery
and Mapping Agency), входящему в состав Разведывательного сообщества
США. В соответствии с документом, NIMA отвечает за сбор и распределение
34
видовой информации от КС ДЗЗ среди госзаказчиков и иностранных
потребителей (после согласования с Госдепом США
Гражданские потребности в области ДЗЗ определяют министерства
торговли, внутренних дел и космическое агентство NASA. Они же выделяют
соответствующие средства для реализации проектов в этой области.
Сейчас в секторе коммерческих средств высокого разрешения
международного рынка господствуют американские компании - операторы КС
ДЗЗ: крупнейшие в мире GeoEye, DigitalGlobe и американо-израильская
Imagesat Int (оператор КА EROS-A1). GeoEye образовалась в результате
слияния компаний Space Imaging и Orbital Imaging Corp.
В 1999 году компанией Space Imaging (сейчас GeoEye) был запущен КА
Ikonos, предназначеннный для получения цифровых изображений земной
поверхности с пространственным разрешением 1 м в панхроматическом
режиме и 4 м в мультиспектральном режиме. А в 2001 году был запущен КА
QuickBird. Владельцем спутника является компания DigitalGlobe. Спутник был
выведен на околоземную солнечно-синхронную орбиту высотой 450 км,
обеспечивающую его прохождение над любым районом Земли каждые 1–5
дней (в зависимости от широты). Спутник QuickBird предназначен для
получения цифровых изображений земной поверхности с пространственным
разрешением 61 см в панхроматическом режиме и 2,44 м в мультиспектральном
режиме при съемке в надир. Сейчас в центре внимания находятся оптико-
электронные КА нового поколения. Их основными отличительными
особенностями являются беспрецедентная производительность, том числе и в
режиме стереосъемки, а также возможность получения данных с
пространственным разрешением не хуже 50 см с точностью без наземных
опорных точек не хуже 5 м (СКО). К таким аппаратам относятся спутники
WorldView-1 и GeoEye-1.
35
Космический аппарат WorldView-1 успешно выведен на орбиту 18
сентября 2007 году. Владелец - DigitalGlobe. Спутник WorldView-1 выведен на
орбиту высотой 480 км, обеспечивающую его прохождение над любым
районом Земли каждые 1–2 дня. WorldView-1 может выполнять съемку только
в панхроматическом режиме с пространственным разрешением до 0.5 м (то есть
сделана ставка на маневренность и производительность, но потеряна
возможность получения мультиспектральных изображений). Расчетный срок
пребывания на орбите составит не менее 7 лет.
Космический аппарат GeoEye-1 был запущен 6 сентября 2008 года.
Спутник выведен на полярную солнечно-синхронную орбиту высотой 684 км,
обеспечивающую его прохождение над любым районом Земли каждые 1–3 дня.
Спутник GeoEye-1 предназначен для получения цифровых изображений земной
поверхности с пространственным разрешением 41 см в панхроматическом
режиме и 1.65 м в мультиспектральном режиме при съемке в надир. Обладает
высокой маневренностью, что позволяет получать большой объем данных за
один пролет. Отличительной особенностью аппарата является возможность
получения высокоточных изображений (до 2 м СКО) без наземных точек
привязки. Расчетный срок пребывания на орбите составляет не менее 7 лет. В
настоящее время идут разработки следущего спутника компании – GeoEye-2.
Необходимо заметить, что все оптико-электронные КА нового поколения
несмотря на то что будут конкурировать друг с другом, занимают каждый свою
нишу. У WorldView-1 ставка сделана на достижение наивысшей
производительности и возможности выполнения съемки больших территорий.
Данные, получаемые с КА GeoEye-1, обладают самыми высокими точностными
характеристиками без наземных точек привязки, хотя по производительности
он немного уступает WorldView-1.
36
4.5.2 Франция
Национальным оператором ДЗЗ Франции является компания SPOT Image.
Компания осуществляет поставку на рынок данные, получаемые системами
ДЗЗ среднего и высокого разрешения SPOT-2/4 и SPOT-5, а также владеет
эксклюзивными правами по распространению данных с тайваньского спутника
FORMOSAT-2 и корейского KOMPSAT-2.
Спутниковая система наблюдения за поверхностью Земли SPOT (Satellite
Pour L’Observation de la Terre) спроектирована Национальным космическим
агентством Франции совместно с Бельгией и Швецией. Оператором спутников
является компания Spot Image. То есть все спутники системы SPOT-2, -4, -5
созданы на средства французского космического агентства CNES и инвесторов,
продажами данных занимается компания SPOT Image (агентство CNES — один
из ее акционеров). Владельцем SPOT Image является европейский
аэрокосмический консорциум Astrium, который обладает 81% акций этой
компании.
Космический аппарат SPOT-2 был запущен 21 января 1990 года.
Несмотря на рассчитанный период работы 3 года, функционирует до сих пор.
Космический аппарат SPOT-4 был запущен 24 марта 1998 года. Спутник
был выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 822 км. SPOT-4
отличается от предыдущих спутников серии SPOT тем, что имеет
дополнительный коротковолновый инфракрасный (ИК) диапазон для
выделения различных видов земной поверхности. Спутник SPOT-4 несет на
своем борту дополнительную полезную нагрузку в виде прибора
VEGETATION 1 (оптико-электронная аппаратура для более детального
изучения растительности), совместно разработанного Европейским Союзом,
Бельгией, Италией и Швецией. Функционирует до сих пор.
Космический аппарат SPOT-5 был запущен 3 мая 2002 г. Спутник был
выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 822 км. Спутник оснащен
37
высокоточным стереоскопическим детектором, позволяющим получать
стереопары для построения глобальной модели рельефа SPOT-DEM, а также
двумя камерами высокого разрешения, позволяющими получать черно-белые
изображения с разрешением 5 м (в режиме SuperMode – до 2,5 м) и цветные – с
разрешением 10 м. Кроме того, на SPOT-5 установлена камера VEGETATION
2, позволяющая получать практически ежедневно снимки всей поверхности
Земли с разрешением 1 км. Спутник должен был провести на орбите 5 лет, но
действует до сих пор. 30 сентября 2008 года Франция и Индия подписали
соглашение о сотрудничестве в мирном использовании космического
пространства. Соглашение, в частности, предусматривает использование
индийских ракет-носителей PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle) для запуска
европейских спутников. В рамках этого соглашения предполагается реализация
совместного индо-французского проекта по изучению климата тропических
широт.
4.5.3 Индия
Индийская отрасль ДЗЗ является полностью государственной и
развивается на плановой бюджетной основе, но при этом ее продукты активно
продвигаются на рынок. Развитие ракетно-космической отрасли Индии и
осуществление национальной программы ДЗЗ осуществляется в соответствии с
государственным 10-летним планом развития, разработанный индийским
космическим агентством ISRO.
ISRO стоит практически вровень с ветеранами ДЗЗ по уровню
космических исследований и программ дальнейшего развития. ISRO теперь
располагает собственным космодромом и ракетами-носителями, сетью
наземных станций управления и приема данных с коммуникационных
спутников INSAT, в том числе в Канаде, Китае и Италии, а недавно создана
станция и в Индонезии. Основными проектами ISRO являются КА ДЗЗ серий
IRS и Cartosat, для приема данных с которых развернута обширная сеть
38
приемных станций в 23 странах мира. В состав ISRO вошел Национальный
центр КА ДЗЗ Индии (NRSC – National Remote Sensing Centre), который
отвечает за контроль индийской группировки спутников ДЗЗ. Сейчас на орбите
работают 11 индийских спутников ДЗЗ.
ISRO также разрабатывает серию спутников с бортовыми SAR-радарами,
которые будут способны поставлять данные независимо от погодных условий,
облачности и типа снимаемой поверхности, например, покрытых снегом
регионов. В ближайшие пять лет ISRO планирует запустить 9 новых спутников
для реализации национальных проектов картографирования, создания планов
городов, обеспечения нужд ЧС-служб, контроля вылова рыбы в прибрежных
акваториях и решения ряда других задач. Они будут выведены на так
называемые низкие орбиты (700 км).
Космическая программа Индии IRS (Indian Remote Sensing) начала
существовать с момента запуска первого спутника этой серии IRS-1A,
запущенного в 1988 году. В данный момент на орбите находятся спутники IRS-
1D, IRS-P4 (Oceansat), IRS-P6 (Resourcesat-1) , IRS-P5 (CartoSat-1), CartoSat-2.
[13]
IRS-1D был запущен 29 сентября 1996 года. Космический аппарат IRS-P6
был запущен 17 октября 2003 года. Конструктивно спутник Resourcesat-1
выполнен на базе платформы КА IRS-1C/1D. Имеет возможность получения
изображений с разрешением 55 м в полосе шириной 740 км. Расчетный срок
пребывания на орбите Resourcesat-1 составляет не менее 5 лет. Оба спутника
предназначены для мониторинга экологического состояния территорий и
создания и обновления топографических и специальных карт, вплоть до
масштаба 1:50000. Спутник Oceansat, запущенный в 1999 году и
функционирующий до сих пор, предназначен для мониторинга океана
Космический аппарат IRS-P5 (CartoSat-1) был запущен 5 мая 2005 года.
Спутник был выведен на полярную солнечно-синхронную орбиту высотой 618
39
км. На борту спутника установлены два панхроматических сканера,
позволяющих получать цифровые изображения земной поверхности с
пространственным разрешением 2,5 м для съемки в полосе шириной 30 км.
Периодичность съемки составляет 5 дней. Спутник IRS-P5 предназначен для
получения стереоизображений с высокими метрическими характеристиками.
Расчетный срок пребывания спутника на орбите составляет не менее 3 лет.
Космический аппарат CartoSat-2 был запущен 10 января 2007 на
околоземную солнечно-синхронную орбиту высотой 630 км, обеспечивающую
его происхождение над любым районом Земли каждые 4 дня. Он предназначен
для высокодетальной оптической съемки поверхности Земли с
пространственным разрешением лучше 1 метра. Так как период повторной
съемки составляет 4 суток, то с учетом возможности орбитального
маневрирования спутник может повторно снять интересующий объект на
следующие сутки после первого пролета. Расчетный срок пребывания на
орбите составляет около 5 лет.[27]
Группа специалистов ISRO в настоящее время работает над созданием
спутника CartoSat-3, который позволит получать снимки с разрешением
порядка 30 см, а также над IRS-2C Resourcesat-2. Также в сотрудничестве с
французскими коллегами продолжается работа по созданию спутников Saral и
Megha Tropiques для мониторинга климатических изменений в тропическом
поясе.
По оценкам экспертов института экономики Мадрасского университета
спутники серии IRS уже в четыре раза оправдали инвестиции в их разработку и
вывод на орбиту, а также способствовали реализации четырех национальных
программ ДЗЗ. [29]
28 апреля 2008г. ракетой носителем PSLV с космодрома Шрихарикота в
Индии на орбиту были выведены спутники CartoSat-2A а также 8 так
называемых нано-спутников, созданных голландскими, канадскими и
40
немецкими специалистами. CartoSat-2A является продолжением миссии
спутника Cartosat-2. На его борту установлена панхроматическая камера с
программируемыми сеансами съемки для нужд картографии и других
применений с разрешением лучше 1 метра. Этот запуск стимулировал интерес
индийского агентства ISRO к разработке нано-, микро- и мини-спутников для
сбора данных ДЗЗ различного применения. Восемь упомянутых выше
спутников предназначены для обеспечения новых систем связи, выявления
очагов лесных пожаров и земного мониторинга, но при этом главным их
назначением является доказательство потенциала современных нанотехнологий
для космических исследований, поскольку снижение веса и размеров спутников
существенно снижает стоимость их вывода на орбиту. [29]
4.5.4 Россия
Сейчас российская космическая техника ДЗЗ переживает достаточно
сложный период в своей истории. Многолетнее недофинансирование
разработки и создания новых КА ДЗЗ, являвшееся неизбежным следствием
трудного перехода от советской экономики времен существования СССР к
современному рыночному производству со значительным ослаблением роли и
возможностей государства по поддержке развития высокозатратных
общенациональных отраслей, включая космонавтику, привело к длительным
перерывам и даже прекращению постоянного функционирования ряда штатных
космических систем и комплексов ДЗЗ. К неудаче России в завоевании
мирового рынка космической съемки можно отнести следующие факторы:
1. отсутствие доступных отечественных данных;
2. отсутствие нормативно-правового статуса космической информации;
3. несовершенство структуры управления отраслью, допускающее
совмещение в одном государственном органе — Роскосмосе —
функций нормативно-правового регулирования, контроля и
производства космических услуг.[27]
41
В условиях практического отсутствия собственных спутников ДЗЗ
единственный путь получения космических данных ДЗЗ в России,
необходимых для устойчивого экономического развития государства, — их
закупка у зарубежных операторов коммерческих систем ДЗЗ на средства
государственного бюджета. Однако систематического финансирования таких
программ и проектов в России не существует.[18]
На сегодняшний день единственным государственным оператором
космических данных среднего и высокого разрешения является Научный центр
оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ), который совмещает деятельность
по распространению данных с коммерческой деятельностью по их
использованию.
Космический аппарат Ресурс-ДК был запущен 15 июня 2006 года с
помощью ракеты-носителя «Союз-У» с космодрома Байконур. Рабочая орбита
спутника - элиппическая и составляет 350 - 604 км. Спутник позволяет
получать цифровые изображения земной поверхности с пространственным
разрешением 1 м в панхроматическом режиме (один канал) и в трех узких
спектральных диапазонах с разрешением 2-3 м в мультиспектральном режиме.
Помимо аппаратуры ДЗЗ, на борту космического аппарата Ресурс-ДК
установлено итальянское научное оборудование «Памела», предназначенное
для космических исследований. Расчетный срок пребывания на орбите
составляет около 3 лет.[32]
42
Наименование КА Ikonos Ресурс-ДК
Компания-оператор GeoEye ФКА
Дата запуска 24.09.99 15.06.07
Тип орбиты Круговая CCO Наклонная эллиптическая
Высота, км 680 350×600
Наклонение, град. 98,1° 70°
Масса
-КА, кг 725 6650
-полезной нагрузки, кг 171 1200
Разрешение при съемки в надире, м
- панхроматический (ПАН) 1 (макс. 0,82) 1 (с высоты 350км)
- многоспектральный (МС) 4 (макс. 3,4) 2-3 (с высоты 350км)
Спектральные режимы 1 ПАН и 4 МС 1 ПАН и 3 МС
съемки
Спектральные каналы (выбор 3 из 4)
- панхроматический есть Есть
- синий есть Нет
- зеленый есть Есть
- красный есть Есть
- ближний ИК есть есть
Фокусное расстояние F=10м; f/14.3 F=4м; f/14.3
телескопа
Размер кадра при съемке в 11×11 28×28 (Н=350м)
надире, км.
Режимы съемки:
- кадровый есть есть
- площадной есть нет
- маршрутный есть есть
- стерео есть нет
Качество стереосъемки на высокое не применяется
43
одном витке
Угол отклонения от надира ±45° (макс. до ±51°) ±30° (поперек)
вдоль и поперек орбиты
Ширина полосы обзора 700 (при ±26°) или ±30° (Н=350м)
1860 (при ±51°)
Суточная 166 000 км2/сутки 700 000 км2/сутки
производительность
1100 сюжетов/сутки)
Кодирование яркости, бит 11 10
Емкость бортового ЗУ 80 Гбит (100 сцен) 768 Гбит
Срок активного существования, лет
- расчетный 8,5 3
- реальный 10 2
Архитектура приема и Децентрализованная схема, Централизованная схема
распространения возможен режим
“виртуального оператора”
Наличие станций прямого 10-12 станций по всему миру 1-2 станции Роскосмоса
приема (точных данных нет)
Таблица 2. Сравнительные характеристики КА "Ресурс-ДК" и "Ikonos"
Космический аппарат Монитор-Э был запущен 26 августа 2005 года. КА
Монитор-Э был выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 540 км и
проходит над одной и той же точкой земной поверхности каждые 4-6 суток.
Спутник позволяет получать цифровые изображения земной поверхности с
пространственным разрешением 8 м в панхроматическом режиме (один канал)
и 20 м в мультиспектральном режиме (три канала). Расчетный срок пребывания
на орбите составляет около 5 лет.[32]
Нынешняя недостаточность орбитальной группировки (ОГ) российских
КА ДЗЗ, является опасной, так как может привести к развитию и закреплению
44
необратимой зависимости от зарубежных средств ДЗЗ. Кроме того, слабость ОГ
ДЗЗ препятствует получению ощутимого экономического эффекта от
внедрения российских космических данных ДЗЗ в практику деятельности
многочисленных хозяйственных отраслей нашей страны, в той или иной мере
нуждающихся в информации о состоянии и процессах на земной поверхности в
глобальном, региональном и локальном масштабах.[4]
Учитывая сказанное, по поручению Росавиакосмоса головной институт
космической отрасли, ЦНИИМаш, подготовил проект "Концепции развития
российской космической системы дистанционного зондирования Земли на
период до 2025 года". Этот документ определяет основные задачи,
направления, состав и этапы развития российской космической системы ДЗЗ,
пути решения важнейших проблемных вопросов, возможности
международного сотрудничества.[4]
Для наиболее полного решения всей совокупности задач ДЗЗ
перспективный состав российской космической системы (РКС) ДЗЗ должен
включать следующие космические комплексы (КК) и самостоятельные
космические системы (КС):
1) КС из 2-х геостационарных метеоспутников для почти непрерывного
наблюдения за крупномасштабными атмосферными процессами в тропической
зоне Земли, служащей ее основной «кухней погоды», а также за прилегающими
более высокоширотными районами, включая южную часть России;
2) КС из 2-х средневысотных полярно-орбитальных метеоспутников для
комплексного оперативного и регулярного наблюдения в глобальном масштабе
за обширной совокупностью гидрометеорологических параметров атмосферы,
подстилающей поверхности и околоземного пространства;
3) КС из 2-х спутников оптико-электронного оперативного наблюдения
для решения той совокупности природохозяйственных задач ДЗЗ, которая
требует сочетания высокого и среднего пространственного разрешения
45
снимков Земли (от 0,5-1 м до 20-50 м) со средней периодичностью обзора (10
суток и более);
4) КК из одного спутника радиофизического наблюдения (в сверхвысоких
частотах области спектра) в интересах ледовой разведки в высокоширотных
районах и для океанографических и океанологических исследований на всей
поверхности Мирового океана;
5) КК в составе одного спутника радиолокационного наблюдения с
высоким и средним разрешением (1-50 м) для всепогодного наблюдения в
интересах решения ряда высокодетальных и детальных природохозяйственных
задач ДЗЗ;
6) многоспутниковая КС из малых КА для высокооперативного
мониторинга землетрясений, техногенных и природных чрезвычайных
ситуаций;
7) периодически запускаемые космические аппараты типа
унифицированных орбитальных платформ, оснащаемые при каждом очередном
выведении в космос новыми комплексами приборов ДЗЗ для фундаментального
научного изучения Земли;
8) картографический космический комплекс.[4]
Учитывая нынешнее состояние ОГ ДЗЗ, достижение
вышеперечисленного состава РКС ДЗЗ потребует многих лет и может быть
окончательно реализовано к 2020-2025 гг.
Некоторые задачи ДЗЗ будут решены согласно утвержденной
Правительством Российской Федерации в октябре 2005 года Федеральной
космической программе России на 2006-2015 годы (ФКП-2015) (табл.3).
46
Спутник Серия Дата запуска Фактическая дата
по программе запуска
Спутник среднего пространственного 2005г. 2005г.
разрешения «Монитор-Э»
Спутник высоко пространственного «Ресурс—ДК1» 2005г. 2006г.
разрешения «Ресурс»
«Ресурс-П1» 2010г. ___________
«Ресурс-П2» 2011-2015г. ___________
Спутник среднего пространственного «Метеор-3М №1» 2006г. В планах запуска на
разрешения «Метеор-3М» ближайшее время
«Метеор-3М №2» 2008г. Неизвестно
«Метеор-3М №3» 2010г. ___________
«Метеор-МП» 2011-2015г. ___________
Метеоспутник «Электро-Л» «Электро-Л №1» 2007г. В планах запуска на
ближайшее время
«Электро-Л №2» 2010г. ___________
«Электро-МП» 2011-2015г. ___________
Спутник высоко пространственного «Канопус-В-1» 2007г. В планах запуска –
разрешения «Канопус-В» 2009г.
«Канопус-В-2» 2009г. ___________
Радиолокационный спутник «Аркон- «Аркон-2» 2008г. Неизвестно
2»
«Аркон-2» 2011-2015г. ___________
Таблица 3: Порядок запуска российских спутников ДЗЗ согласно ФКП-2015
47
Несмотря на успешную реализацию первых этапов программы (запуск в
2005 г. спутников «Монитор-Э» и «Ресурс-ДК» в 2006 г.) в 2007 году на рынке
ДЗЗ России практически полностью отсутствовали актуальные отечественные
данные среднего и высокого разрешения. Можно назвать несколько основных
причин трудного старта:
1. сбои в работе оборудования спутника “Монитор–Э”;
2. отсутствие развитой дилерской сети в стране и за рубежом;
3. отсутствие сети станций приёма изображений (что не позволяет
оперативно выполнять большой объем съемки);
4. сравнительно высокие цены на получаемые данные.[27]
4.5.5 Канада
Под эгидой национальной программы Канадское Космическое агентство
разрабатывает проект под названием RADARSAT Constellation Mission,
который является усовершенствованием проекта RADARSAT-2 и будет
включать в себя группу из трех спутников. Целями программы являются
управление сохранением и распределением природных ресурсов (например,
предотвращение стихийных бедствий и ликвидация их последствий и
мониторинг экосистемы), национальная безопасность, устойчивое развитие
системы ДЗЗ Канады. Первый спутник будет запущен в 2012 году. [21]
Космический аппарат RADARSAT-1, созданный под управлением
Канадского космического агентства CSA (Canadian Space Agency) был запущен
4 ноября 1995 года. Спутник оснащен радаром бокового обзора с
синтезированной апертурой, обладающим уникальными возможностями
изменения ширины полосы съемки и пространственного разрешения.
RADARSAT-1 покрывает большую часть Канады за 72 часа и Арктику каждые
24 часа. Расчетный срок пребывания на орбите определялся в 7 лет, однако
48
аппарат продолжает успешно работать. Изображения получаются с шириной от
50 до 500 километров и пространственным разрешением от 8 до 100 метров.
Космический аппарат нового поколения RADARSAT-2, разработанный
Канадским космическим агентством CSA (Canadian Space Agency) и компанией
MDA (MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd.), является продолжением серии
RADARSAT. RADARSAT-2 был запущен в декабре 2007 г. с космодрома
Байконур на солнечно-синхронную орбиту с высотой 798 км и с периодом
обращения 100,7 минут. Спутник оснащен радаром бокового обзора с
синтезированной апертурой, обладающим, как и спутник Radarsat-1,
уникальными возможностями изменения ширины полосы съемки и
пространственного разрешения. Расчетный срок пребывания на орбите – не
менее 7 лет. Максимальное пространственное разрешение составит 3 метра, в
полосе съемке 20 км. КА RADARSAT-2 отличается от своего предшественника
более высоким пространственным разрешением, функцией съемки справа и
слева от орбиты спутника, сокращенным временем программирования,
обработки и доставки снимков, а также увеличенным объемом памяти
бортового записывающего устройства.[30]
Также Министерство природных ресурсов Канады планирует
использовать RADARSAT-2 для картографирования внешних границ
канадского континентального шельфа в арктическом регионе для установления
прав на разведку и добычу полезных ископаемых. Эти работы должны быть
завершены к 2013 году, что должно позволить Канаде застолбить свою часть
приполярного региона.[30]
4.5.6 Германия
Немецкая компания INFOTERRA GmbH развивает собственную
программу ДЗЗ на базе спутника TerraSAR-X с формированием в последующем
орбитальной группировки за счет запуска спутника Tandem-X.
49
Спутник TerraSAR-X, разработанный немецким аэрокосмическим
центром (DLR) и компанией EADS Astrium GmbH, был запущен 15 июня 2007
г. с космодрома Байконур. Спутник был выведен на солнечно-синхронную
орбиту высотой 514 км. Оснащение спутника новейшим радаром с
синтезированной апертурой, позволяющим выполнять радарную съемку земной
поверхности с беспрецедентным пространственным разрешением (до 1 м),
делает немецкую спутниковую систему TerraSAR-X – наряду с итальянской
COSMO-SkyMed наиболее совершенным инструментом дистанционного
зондирования Земли. Расчетный срок пребывания на орбите аппарата
TerraSAR-X составляет около 5 лет.
В августе 2008 года в рамках национальной программы была запущена
группировка из пяти мини-спутников RapidEye с космодрома Байконур
российской ракетой-носителем «Днепр». Каждый из спутников, созданных
британской компанией SSTL и канадской MDA, оснащен мультиспектральной
оптико-электронной камерой Jena-Optronik для съемки с пространственным
разрешением 6,5 м. Спутники были выведены на околоземную солнечно-
синхронную орбиту высотой 630 км. Группировка RapidEye способна
обеспечивать ежедневное покрытие съемками площадь в 4 млн км².
Периодичность съемки одного и того же района Земли — 24 часа. Съемка
земной поверхности ведется в пяти каналах. Уникальным для спутников
высокого разрешения является канал «длинноволновый красный», который
оптимально подходит для наблюдения и измерения изменений состояния
растительного покрова. Расчетный срок пребывания спутников на орбите
составляет 7 лет.
4.5.7 Китай
Система ДЗЗ в Китае координируется сетью центральных учреждений,
включающей Национальный центр дистанционного наблюдения,
Национальный спутниковый метеорологический центр, Центр спутниковой
50
разведки природных ресурсов Китая, Спутниковый океанографический центр и
Наземную спутниковую станцию дистанционного наблюдения Китая. ДЗЗ в
Китае развивается стремительными темпами и в скором времени Китай может
войти в тройку ведущих стран в этой области.
YaoGan WeiXing 1 (он же Remote Sensing Satellite 1, RSS-1, военное
название - JianBin-5) – первый китайский спутник, снабженный антенной с
синтезированной апертурой, запущенный в 2006 году. У него так же имеются 2
брата-близнеца YaoGan 2 и 3, запущенные в 2007 году. Стоит отметить их
двойное назначение: они могут быть использованы как для мониторинга южной
части Китая (постоянно покрытой слоем облаков и потому невидимой для
традиционных пассивных оптических систем) на случай наводнений, оползней
и тайфунов, сбора информации в пользу агропромышленного и
ресурсодобывающего секторов, так и для наблюдения за военно-морскими
силами в Тайваньском Проливе. Хотя характеристики их радаров не
разглашаются, известно, что их прототипы конца 90х имели 2 режима работы:
режим высокого разрешения (способный различить объект 5х5 м, и имеющий
полосу обзора в 40 км) и режим низкого разрешения (способный различить
объект 20х20 м, и имеющий полосу обзора в 100 км.
В рамках китайско-бразильской программы ДЗЗ были запущены
спутники CBERS-1 (1999г.), CBERS-2 (2003г.), CBERS-2B (2007). Серийный
спутник CBERS-2B отличается от предшественников новой высокодетальной
панхроматической камерой HRC (High Resolution Camera) вместо
многоспектральной системы IRMSS. Пространственное разрешение HRC - 2,7
метров в полосе шириной 27 км. Эта камера HRC предназначена для
детального слежения за процессами освоения и застройки территорий.
Руководители программы CBERS планируют вывести на орбиту перспективные
спутники CBERS-3 в 2010 году и CBERS-4 в 2013 году для обеспечения
непрерывности поставки геоданных на рынок до 2015 года.[16]
51
Последний на данный момент китайский метеорологический спутник
FengYun 3A был запущен в 2008 году и несет на борту ИК-сканирующий
актинограф с пространственным разрешением в 250м для съемки земной
поверхности и океана. Ранее китайские метеоспутники (4 спутника FengYun-1 и
еще 4 FengYun-2) имели пространственное разрешение, не превышающее 1.1
км; к 2020 Китай планирует запустить еще 22 метеоспутника: 4 предыдущего
поколения FY-2, 12 таких же FY-3 и еще 6 новых FY-4.[15]
Так же для исключительно океанических съемок в 2007 году был запущен
Haiyang 1B (HY 1B, Ocean 1B).
Китай принимает участие в различных многосторонних совместных
проектах, как "Комитет по спутникам наблюдения за поверхностью Земли",
"Глобальный мониторинг погоды", "Десятилетие ООН по снижению влияния
стихийных бедствий" и других.
До 2020 года Китай намерен осуществить запуски около 30 спутников, в
том числе некоторое их количество - на коммерческой основе. В более
отдаленной перспективе Китай намерен производить ежегодно более 6
спутников.
52
5 Экономические аспекты деятельности ключевых разработчиков
технологий ДЗЗ
5.1 Финансирование
Финансированием на разработку систем ДЗЗ является как частно-
государственное партнерство (Франция, Германия, Италия, Канада и Израиль),
то есть частный капитал участвует в финансировании изготовления спутников,
получая взамен права на коммерческое распространение информации, так и
государственное финансирование (Индия). Соединенные Штаты
демонстрируют коммерческую модель развития систем ДЗЗ. Такую же модель
использует и Россия. Коммерческий российский спутник “Монитор-Э”
разработан при государственной поддержке и, следовательно, 70 %
информационного ресурса КА принадлежит Роскосмосу для удовлетворения
потребностей российских государственных потребителей, 30 % -
Государственному космическому научно-производственному центру имени
М.В.Хруничева (ГКНПЦ) для коммерческого использования информации.[27]
5.2 Разработка и сборка
Сборка спутников ДЗЗ может осуществляться каждой страной
самостоятельно, но, как правило, необходимую аппаратуру заказывают у
других стран. Страна может заключить контракт с иностранной компанией на
поставку космической платформы, оборудования и оказания других услуг по
изготовлению космического аппарата. Несмотря на то, что у Великобритании
нет ни одного спутника ДЗЗ, крупнейшим в мире разработчиком спутниковых
систем различного назначения является именно британская компания Surrey
Satellite Technology Limited (SSTL).[28]
В России разработчиком спутниковых систем ДЗЗ является
Государственный космический научно-производственный центр имени
М.В.Хруничева (ГКНПЦ), в состав которого входят конструкторские бюро,
заводы и предприятие телекоммуникации. Можно сказать, что это
53
единственный такой научный центр по всей России. Роскосмос не уделяет
достаточного внимания проблеме ДЗЗ. Остальные центры или компании вносят
маленький вклад в разработку "полезной нагрузки" на спутники ДЗЗ. Есть
вклад в ДЗЗ и института МИФИ. Так, например, в состав КА "Ресурс-ДК1",
кроме аппаратуры ДЗЗ, входит научно-исследовательская аппаратура "Памела"
и "Арина", разработанные соответственно Институтом ядерной физики
Римского университета (Италия) и Институтом космофизики МИФИ. Как
правило, операторы являются разработчиками спутников ДЗЗ.[29]
Разработка и
сборка КА
Совместный Страна- Иностранная
проект владелец компанией по
изготовлению КА
LANDSAT-7 проект
трех американских
правительственных пример, Украина Surrey Satellite
организаций: изготовила для
Technology
NASA, NOAA и Limited(крупнейший в
Египта спутник мире разработчик
USGS EgyptSat-1 спутниковых систем
британская компания)
Рисунок: Разработка и сборка КА
Существует много примеров, когда страны стараются создать спутники
самостоятельно. Обычно это лидеры в области ДЗЗ. Канада, например,
изготавливает спутники и детали к ним своими собственными силами. Так,
космический аппарат нового поколения Radarsat-2 разработан и укомплектован
бортовым оборудованием Канадским космическим агентством CSA (Canadian
54
Space Agency) и канадской компанией MDA (MacDonald, Dettwiler and
Associates Ltd.). А итальянская спутниковая система двойного назначения
COSMO-SkyMed (Constellation of Small Satellite for Mediterranean basin
Observation) разрабатывается итальянской компанией Alenia Spazio и
Итальянским космическим агентством (ASI). В США аппаратура для
американских спутников поставляется также американскими компаниями.
Например, детали к спутникам WorldView-1,2 и QuickBird были произведены
компаниями Ball Aerospace & Technologies Corp(платформа, интеграция),
Eastman Kodak (оптическая камера), BAE Systems (система обработки).[30,31]
Но есть и примеры совместного создания спутников. Оператором
спутника ДЗЗ SPOT-5 является французская компания SpotImage, однако сам
спутник был создан совместными усилиями специалистов трех стран: Франции,
Бельгии и Швеции, а основными поставщиками оборудования стали компании
Astrium и Alcatel Space.[32]
Полное название компании Astrium — EADS (European Aeronautic
Defence and Space Company) Astrium. Это европейский лидер в космической
отрасли. 12000 сотрудников работают в Германии, Великобритании, Франции,
Голландии и Испании. Помимо своей основной специализации в области
строительства спутников (в том числе создания спутников наблюдения SPOT,
HELIOS и TERRASAR), EADS Astrium также развивает свою деятельность в
области услуг, связанных с оперативным использованием данных спутникового
и воздушного наблюдения. Компания Astrium участвовала в разработке всех
европейских спутников на платформе SPOT: ERS, HELIOS, ENVISAT и
METOP, разработке немецкого спутника-радара TerraSAR-X и CRYOSAT,
европейского спутника по исследованиям климата. Компания принимает заказы
на производство оптических инструментов, встроенных радаров, электронного,
механического и термального оборудования, авиаэлектроники, антенн и
солнечных батарей. Имеет контракт по созданию системы спутниковых
55
наблюдений в Таиланде. Компания является частью европейского консорциума
по развитию европейской навигационной программы Галилео.[33]
Американо-французская компания Alcatel Space создает космические
технологии для связи, навигации, оптического и радиолокационного
наблюдения, метеорологии и научных исследований. Кроме этого, Alcatel Space
является крупнейшим европейским поставщиком наземных сегментов систем
наблюдения, метеорологических и навигационных систем, а также бортового
космического оборудования. Компания занимает лидирующее положение на
европейском рынке оптических и радиолокационных систем наблюдения с
высокой и сверхвысокой разрешающей способностью. Alcatel Space полностью
принадлежит компании Alcatel-Lucent (100% акций).[34]
В изготовлении множества спутниковой аппаратуры участвует и
Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического
пространства (NASA). Например, из шести научных инструментов на борту
спутника Aqua, 4 изготовлены этим агентством.[35]
В итоге можно утверждать, что ведущие страны стараются создать
спутник и его бортовую аппаратуру своими собственными силами, а не
заказывая отдельные детали у иностранных компаний. К тому же эти страны
стараюсь извлечь для себя выгоду, помогая новичками в области ДЗЗ создавать
и запускать свои спутники. Но нельзя также и отрицать большой вклад
некоторых компаний в производство бортового оборудования ДЗЗ для всего
мира. К сожалению, Российская Федерация пока не представлена на рынке
оборудования ДЗЗ из-за отсутствия конкурентоспособной аппаратуры ДЗЗ и
заинтересованных в этой отрасли компаний. Лидерство же на рынке уверенно
удерживают европейские и американские фирмы. Индия могла бы
посостязаться, ведь эта страна является одним из лидеров в области ДЗЗ.
Однако из-за тех же проблем, что и у России, Индии пока сложно соперничать с
56
вышеназванными фирмами. И в будущем не видно, чтобы кто-то смог с ними
конкурировать.[4]
5.3 Международные космические программы и комплексы
Существует ряд направлений применения космических средств ДЗЗ, где
требуется либо создание многоспутниковых постоянно действующих
космических систем глобального наблюдения, либо выполнение
долговременных программ запусков уникальных КА с переменными составами
бортовых приборов для фундаментальных научных исследований планетарного
масштаба, важных для всех стран мира. Создание таких систем силами одной
даже наиболее развитой и обеспеченной национальной отрасли ДЗЗ не является
возможным. К тому же, положительное влияние от функционирования
подобных систем будет заметно во всех регионах Земли, что является поводом
к объединению усилий наиболее развитых держав.
В частности, можно назвать следующие типы космических систем и
экспериментальных проектов, где международное сотрудничество либо уже
успешно осуществляется, либо станет возможным в ходе выполнения:
комплексные метеорологические системы из спутников различных
стран на геостационарных и средневысотных полярных орбитах. По
этому направлению налажено многолетнее эффективное
сотрудничество ведущих космических держав, включая Россию.
Оно реализуется под эгидой Всемирной метеорологической
организации (WMO, т.е. ВМО) в рамках Координационной группы
по метеорологическим спутникам (CGMS, т.е. КГМС);
комплексная система (из национальных космических систем и
отдельных КА ДЗЗ стран-участниц) по программе GEO для
глобального наблюдения за природохозяйственными процессами на
57
Земле. Сейчас предпринимается интенсивные усилия (в первую
очередь со стороны США) в рамках «инициативы ГЕО» (GEO -
Group on Earth Observation, Группа наблюдения Земли). Ее
конечной целью является создание объединенной системы GEOSS -
Глобальной системы из национальных систем наблюдения Земли.
Кроме того, существует европейская программа ГМЕС (GMES)
аналогичного назначения;
многоспутниковая система мониторинга предвестников
землетрясений;
сверхмногоспутниковая система для обнаружения очагов лесных
пожаров и мониторинга чрезвычайных ситуаций;
многоспутниковая система контроля производства и сбыта
наркотиков;
многоспутниковая система мониторинга трансграничного переноса
загрязнений;
широкий состав КА для фундаментального изучения глобальных
экологических процессов и эволюции Земли (изменение климата,
крупнейшие процессы типа течения Эль-Ниньо, «карбон-проблема»
по изучению углеродного цикла, эволюция оледенения Земли,
природа тропических штормов и ураганов, глобальная циркуляция
облачности, дрейф континентальных плит, развитие опустынивания
и крупных эрозионных процессов, рост вулканической
деятельности, круговорот воды и сокращение водных ресурсов и
т.д.).
По последнему из перечисленных направлений применения космических
систем и КА ДЗЗ в рамках международного сотрудничества уже выполнены и
планируются многие космические экспериментальные проекты на
58
многосторонней основе, но Россия в них слабо участвует из-за недостаточного
уровня современных отечественных КА наблюдения Земли и финансовых
средств.
Совместное участие в реализации многоспутниковых систем глобального
действия, конечно, выгодно всем участникам, так как резко сокращает
финансовое бремя отдельных стран и увеличивает объем получаемых
космических данных. Только благодаря международному сотрудничеству, в
данный момент Россия потребляет глобальный поток метеоданных от наиболее
авторитетных национальных организаций, имеющих в данный момент
метеоспутники (НАСА, NOAA, Юметсат, национальные организации и
администрации Индии, Китая, Японии, Кореи). Результатом является то, что
Роскосмосу достаточно поддерживать функционирование гораздо меньшего
количества метеорологических КА, нежели того требуется для обеспечения
России достаточным количеством метеоданных.
Важен также и научно-технический выигрыш, заключающийся в
создании максимально благоприятной обстановки для обмена передовым
опытом и технологиями. Весомым является и политический эффект, сводимый
к улучшению отношений и взаимопонимания между взаимодействующими
странами.
59
Заключение
В результате проведенной работы был решен ряд взаимосвязанных
задач:
Выявлены и рассмотрены виды бортового оборудования ДЗЗ;
Исследованы технические характеристики самого
распространенного оборудования ДЗЗ;
Проведён анализ программ различных стран по реализации
технологий ДЗЗ;
По результатам работы были сделаны следующие выводы:
На спутниках ДЗЗ устанавливается следующее оборудование:
камеры, радиометры, лидары, надирные активные радары, СВЧ-
радиометры;
Самым востребованным оборудованием на сегодняшний день
являются панхроматические и мультиспектральные камеры с
разрешением меньше 1 и 4 метра соответственно и радары с
синтезированной апертурой;
К перспективным технологиям сейчас относятся лидары с
синтезированной апертурой и УФ зондирование;
Ведущие страны в сфере ДЗЗ разрабатывают спутники своими
силами;
Лидерство на рынке оборудования ДЗЗ занимают американские
компании и компании ведущих стран Европы;
60
Россия не представлена на рынке оборудования ДЗЗ из-за
отсутствия конкурентоспособной аппаратуры ДЗЗ, финансирования
и заинтересованных в этой отрасли компаний;
61
Список использованных источников
1. Дистанционное зондирование Земли, сайт компании ЮРИА-центр
http://www.dzz.ru/pages/what.htm
2. Тематический толковый словарь
http://www.glossary.ru
3. Словарь терминов, официальный сайт ЗАО “Совзонд”
http://www.sovzond.ru/dzz/section32/279.html
4. Концепция развития российской космической системы ДЗЗ на период
до 2025г.
5. Болсуновский М.А., “Основные тенденции в развитии ДДЗ из
космоса”, отчет компании “Совзонд”, 2007г.
6. Рис У.Г., “Основы дистанционного зондирования”, стр.122-123, 2002г.
7. Чандра А.М., Гош С.К., “Дистанционное зондирование и ГИС”, стр.57,
2006г.
8. Компания SpotImage, информационный сайт Infutre,
http://www.infuture.ru/article/148
9. Sensor Technology; Types of Resolution. NASA Remote Sensing Tutorial
http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_5a.html
10.Научный центр оперативного мониторинга Земли
http://www.ntsomz.ru/dzz_info/faq_dzz
11.Colour. Harrison B.A., Jupp D.L.B. Introduction to Remotely Sensed Data.
http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom/ceos1/irsd/pages/intro3a.htm
62
12.Multi-spectral scanners. Harrison B.A., Jupp D.L.B. Introduction to
Remotely Sensed Data.
http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom/ceos1/irsd/pages/datacq3.htm
13.Рис У.Г., “Основы дистанционного зондирования”, стр.205-208, 2002г.
14.Рис У.Г., “Основы дистанционного зондирования”, стр.214-221, 2002г.
15.Т. Корнеева. Лидары. Новые возможности для атмосферных
исследований. Эелктроника, № 3-4/1998.
http://www.electronics.ru/issue/1998/3/10
16.Лазер исследует атмосферу. Наука и жизнь.
http://nauka.relis.ru/05/0212/05212047.htm
17.Passive Microwave; Lidar. NASA Remote Sensing Tutorial.
http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_8.html
18.Федеральное космическое агенство
http://www.roscosmos.ru/CustomerDoSele.asp?CustomerID=102
19.Radar Defined. NASA Remote Sensing Tutorial.
http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_1.html
20.How Radar Works. NASA Remote Sensing Tutorial.
http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_2.html
21.Microwave sensors. Harrison B.A., Jupp D.L.B. Introduction to Remotely
Sensed Data. http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom/ceos1/irsd/pages/datacq5.htm
22.Radar principles. European Space Agency.
http://earth.esa.int/applications/data_util/SARDOCS/spaceborne/Radar_Co
urses/Radar_Course_III/radar_principles.htm
23.Авионика – всевидящее око. Наука и жизнь, №5, 2004 г.
http://www.nkj.ru/archive/articles/3628/
63
24.Рис У.Г., “Основы дистанционного зондирования”, стр.151, 2002г.
25.Чандра А.М., Гош С.К., “Дистанционное зондирование и ГИС”,
стр.135-142, 2006г.
26.Чандра А.М., Гош С.К., “Дистанционное зондирование и ГИС”,
стр.121-125, 2006г.
27.Рынок геоинформатики России в 2006 г. Состояние, проблемы и
перспективы развития, официальный сайт ГИС-ассоциации России,
http://www.gisa.ru/38363.html
28.Рис У.Г., “Основы дистанционного зондирования”, стр.345, 2002г.
29.Государственный космический научно-производственный центр
им.Хруничева http://www.khrunichev.ru
30.Данные ДЗЗ со спутника Radarsat-2, официальный сайт ЗАО
“Совзонд”, http://www.sovzond.ru/satellites/644/2810.html
31. Данные ДЗЗ со спутника Cosmo-SkyMed, официальный сайт ЗАО
“Совзонд”, http://www.sovzond.ru/satellites/644/462.html
32.Данные ДЗЗ со спутника SPOT-5, официальный сайт ЗАО “Совзонд”,
http://www.sovzond.ru/satellites/440/717.html
33.Сайт компании Astrium EADS http://www.astrium.eads.net/en/homepage
34.Сайт компании Alcatel-Lucent http://www1.alcatel-lucent.com
35.Данные ДЗЗ со спутника Aqua, официальный сайт ЗАО “Совзонд”,
http://www.sovzond.ru/satellites/436/443.html
36.Официальный сайт компании “Совзонд” http://www.sovzond.ru
64
Related docs
Other docs by HC12100201345
