В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В космических программах 1960– 70-х гг. прошлого столетия все большее место стали занимать съемки земной поверхности. В гражданской терминологии это получило название дистанционного зондирования Земли. Возможность ведения фотографической и радиотехнической разведки имела огромное значение для силовых структур и, в первую очередь, для Министерства обороны СССР. Для этой цели предполагалось использование пилотируемых и непилотируемых орбитальных станций. Противостояние США и СССР было в самом разгаре, в том числе в космосе. В нашей стране в ОКБ-52 (ныне “НПО машиностроения") под руководством Владимира Николаевича Челомея по программе “Алмаз" разрабатывалась серия орбитальных пилотируемых станций, именуемых в печати “Салют".
Станция оснащалась телескопом-фотоаппаратом и длиннофокусными фотокамерами (телескоп-фотоаппарат “Агат-1"). Для скоростной передачи информации со станции на пункты приема была необходима линия связи. Задача создания такой линии была поручена НИИ-129 (ныне ОАО МНИРТИ). Собственно, фототелевизионную систему, которая называлась “Печора", разрабатывал ленинградский НИИ-380 (ныне ОАО НИИТ). Этот институт имел огромный опыт по созданию аналогичных систем для авиации. Первой космической системой был проект “Енисей". Она позволила с помощью космического аппарата “Луна-3" рассмотреть в октябре 1959 г. обратную сторону Луны.
Для наблюдения наземных объектов была создана система “Байкал", способная работать в автоматическом режиме. Четкость изображения в этой системе составляла 1500 строк. “Печора" была более совершенной системой и по четкости достигала 18 000 строк.
Наземная часть телевизионной системы, создаваемая НИИ-129, состояла из приемного телевизионного регистрирующего комплекса высокой разрешающей способности ПТРК, который, в свою очередь, состоял из двух частей: приемной части радиолинии ПЧРЛ с антенной П-100 и аппаратуры телевизионного регистрирующего комплекса ТРК ПА-200. Эта работа проводилась совместно с НИИ-380.
Бортовая аппаратура включала бортовой передатчик сантиметрового диапазона (шифр “Бирюза") и бортовую антенну. Максимальная скорость по линии “космос–Земля" составляла 360 Мбит/с.
На долю автора этих строк и его лаборатории в НИИ-129 выпала разработка бортового передатчика. Задача оказалась непростой. Заданная скорость передачи не обеспечивалась существующей элементной базой. Возникли трудности с поддержанием необходимой стабильности частоты. С другой стороны, проблема была увлекательной благодаря своей неординарности. И решение было найдено. Тщательный анализ подтвердил правильность очередного варианта, и даже, более того, появлялась возможность создания одного резервного канала передачи. Последующие испытания лабораторного макета не оставили места для сомнений.
К концу 1976 г. все работы были закончены. Приемный комплекс был готов к приему информации. Наш первый опыт работы с высокоскоростной линией связи состоялся в феврале 1977 г. Информация передавалась со станции “Салют-5", которая была запущена 22 июня 1976 г.
В один из этих дней на подмосковный ПТРК была сброшена информация об объектах, заснятых в разных точках земного шара. Эта информация с помощью специального оборудования НИИ-380 была преобразована в фотоснимки. По случаю удачного проведения испытаний на ПТРК нашими заказчиками было организовано совещание основных исполнителей программы непосредственно на пункте приема. Ряд фотографий показали присутствующим. Все были поражены их высоким качеством. На борту корабля четко читались нанесенные цифры. В 1978 г. по ряду политических причин работы по программе “Алмаз" были прекращены. Но идеи, заложенные в работах по “Алмазу", нашли свое продолжение в других космических системах. И это относится также к работам по дистанционному зондированию Земли и радио- и фотооптической разведке.
С тех пор прошло более полувека, и технология космической съемки земной поверхности шагнула далеко вперед. Современные съемки имеют гражданскую, оборонную направленность или двойное применение. Международное законодательство и действующие международные соглашения не запрещают ведение космической разведки. Этим объясняется большое число разведывательных спутников и спутников двойного назначения различных стран. В ряде случаев границу между разведывательными и гражданскими спутниками дистанционного зондирования Земли провести бывает довольно трудно. Тем более что финансирование гражданского ДЗЗ осуществляется всеми странами большей частью за счет национального бюджета.
Бурное развитие спутникового ДЗЗ связано с растущей потребностью практически всех отраслей народного хозяйства в детальном знании земной подосновы и происходящих во времени изменениях. Природные катаклизмы, а также прогнозы ряда ученых на грядущее потепление климата дополнительно определяют необходимость в ДЗЗ. Уровень современной индустриализации неминуемо связан с техногенными катастрофами, и их предупреждение и быстрая ликвидация последствий во многом определяются детальной информацией о видеообстановке.
В настоящее время на орбитах находится более 100 спутников с оптико-электронными и радарными сенсорами. 61% рынка ДЗЗ принадлежит США, 18% – Франции, и не более 1–2% принадлежит России (по некоторым данным, 0,2% [1]). Это недостойный показатель для такой великой страны, как Россия. И дело даже не столько в престиже, сколько в реальной потребности всех отраслей народного хозяйства страны в результатах космической съемки и зависимости от зарубежных поставок текущей геопространственной информации.
В мире существуют три основных технологии дистанционного зондирования Земли. Это аэрофотосъемка, космическая съемка и съемка с помощью беспилотных летно-подъемных средств. До 2015 г. космическая съемка среди этих технологий занимала 56%, аэрофотосъемка – 35%, беспилотные средства – 9%.
В настоящее время высокими темпами внедряется беспилотная авиация в виде беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Основными задачами первых БЛА были разведывательные цели и дистанционное зондирование Земли. Следует ожидать, что в ближайшие годы соотношение технологий будет следующим: 60% – космическая съемка, аэрофотосъемка – 25%, беспилотные средства – 15%. Основным ограничением для любых летно-подъемных средств является возможность работы без каких-либо международных соглашений только в пределах собственного воздушного пространства.
Важнейшей задачей ближайших лет является комплексная интеграция результатов съемок, получаемых от всех источников дистанционного зондирования. Такая интеграция будет наиболее эффективной, если планирование развития технологий будет единым и централизованным. Значительную роль в совершенствовании системы ДЗЗ сыграли системы космического позиционирования, что позволило связать снимки с определенными географическими точками.
Важную роль в продвижении новых технологий сыграл американский спутник ДЗЗ “EO-1". Запущенный 21 декабря 2000 г. с помощью РН “Дельта 2", этот КА продемонстрировал ряд новых технологий зондирования Земли. Наибольший интерес представляло экспериментальное оборудование Hyperion – предвестник гиперспектральной аппаратуры. Это оборудование позволяло получать изображения высокого разрешения в 200 смежных спектральных диапазонах. Каждый элементарный участок изображения (пиксель) характеризуется собственным спектром. Гиперспектральная съемка является скачкообразным развитием многоспектральной съемки (от 2 до 8 спектральных полос). В России первым КА с гиперспектральной аппаратурой был спутник “Ресурс-П", запущенный 25 июня 2013 г. Измерения проводятся в диапазоне 0,4–1,1 мкм на 96 спектральных каналах. На спутнике “Ресурс-П" № 2, запущенном 26 декабря 2014 г., число спектральных каналов увеличено до 256.
Гиперспектральная съемка открывает новые перспективы дистанционного зондирования Земли в интересах различных отраслей народного хозяйства. Способность распознавать малоразмерные объекты необходима также в разведывательных целях и в борьбе с террористическими группами.
Несмотря на то, что гиперспектральная съемка уже обрела практическую значимость, эта технология еще не достигла своего совершенства. Необходимость обработки большого количества информации практически в реальном масштабе времени требует поиска решений по оптимальному извлечению полезной информации, в том числе по выбору числа спектральных каналов и корреляционным свойствам гиперспектральных данных.
В последнее время многими компаниями мира ведутся работы по созданию малогабаритных и наноспутников при одновременном увеличении их количества в космосе. Само по себе снижение веса и потребления энергии полезной нагрузкой при сохранении заданных эксплуатационных требований является положительным фактором. Однако современная технология пока еще не в состоянии решить эту задачу. Многократное увеличение числа спутников приводит к дальнейшему засорению ближнего космоса, затрудняет систему управления спутниковой группировкой, нарушает стройность построения взаимоувязанных систем глобального или национального зондирования Земли.
Представляется целесообразным в ближайшие годы сохранять сложившееся среднее значение массы спутников ДЗЗ, а за счет снижения массы традиционной полезной нагрузки нагружать КА новыми сервисами (связь, мониторинг земных датчиков и др.) и новыми функциональными возможностями, такими как межспутниковая связь, криптозащита [2, 3].
Наилучшими интегральными показателями в настоящее время обладает спутник ДЗЗ американской компании Digital Globe под названием WorldView-3, разработанный фирмой Lockheed Martin. В панхроматическом режиме он способен производить снимки с разрешением 31 см при высоте орбиты 617 км и с разрешением 25 см при высоте орбиты 496 км. Суммарная расчетная производительность составляет 680 тыс. кв.км в сутки. Максимальный объем информации, накапливаемый на одном витке, – 524 Гбайт. Емкость бортового накопителя составляет 2199 Гбайт. Максимальная скорость передачи информации на наземный сектор 1200 Мбит/с.
Важнейшей составляющей системы дистанционного зондирования Земли является наземный сегмент. От его построения зависит управление космическими аппаратами, оперативность получения необходимой для пользователя информации. Наземный сегмент решает задачи приема данных, их обработки, хранения и учета архивированных данных. Конечным результатом является распространение космической информации в соответствии с действующими договорами (контрактами).
Однако современный российский наземный комплекс приема, обработки и распространения информации ДЗЗ не является монолитным с единой структурой и алгоритмами обработки и передачи данных. Многие пункты приема информации по своим техническим характеристикам не отвечают современным требованиям и выпадают из общей системы распространения данных зондирования Земли.
Литература
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2016
Посещений: 7634
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
