Земля под присмотром

Кто, как и зачем смотрит на Землю из космоса

Озеро Алаколь в Казахстане. Снимок сделан 5 апреля 2016 года, на нем виден лед, ломающийся по весне на озере. Фото: Contains modified Copernicus Sentinel data (2016), processed by ESA

Землю из космоса постоянно разглядывают десятки спутников. Что они там видят и как используются их данные, когда в космос летал последний аппарат, снимающий на фотопленку, и какие детали можно рассмотреть при самом высоком — секретном — разрешении, «Чердаку» рассказали эксперты.

«Материалы космической съемки используются очень широко. С ними ежедневно сталкивается каждый: результаты спутниковой съемки применяются для прогноза погоды или, например, в навигации», — рассказал Михаил Зимин, директор «СКАНЭКС» по разработке тематических проектов.

Кроме решения повседневных задач, применений у космических снимков великое множество: мониторинг пожаров, наводнений, техногенных катастроф. Пример такой катастрофы — авария на алюминиевом заводе в Венгрии в 2010 году, где прорвало плотину, сдерживающую 1,1 миллиона кубических метров токсичных отходов — красного шлама. Масштабы загрязнения специалисты оценивали по спутниковым снимкам.

Разлив красного шлама в Венгрии, 9 октября 2010 года. Снимок: Jesse Allen, NASA Earth Observatory

Еще одно из основных направлений — все, что связано с поиском, оценкой, учетом и использованием природных ресурсов, например соблюдением границ лицензионных участков и экологических норм при добыче.

Полный автомат

«Отдельно нужно сказать о применении спутниковых данных в сельском хозяйстве. Сегодня мы наблюдаем как интенсивное развитие собственно аграрных, так и активное проникновение в сельскохозяйственный сектор информационных технологий. Все более актуальным становится вопрос о ведении точного земледелия, и тут на помощь сельхозпроизводителям и приходят материалы спутниковой съемки», — рассказал Зимин.

По космическим снимкам можно следить за состоянием посевов и почвы и видеть, где не хватает воды, где на растения напали вредители, а где нужно внести удобрения. Существуют программы, которые обрабатывают снимки и определяют, какие работы нужно проводить на полях. А уж если к этому подключить беспилотные тракторы и комбайны, то человеку останется только контролировать процесс. Правда, в нашей стране с информационными технологиями в сельском хозяйстве пока экспериментируют только частные фермеры, а первый беспилотный российский трактор только проходит испытания.

Море под наблюдением

Спутниковые снимки используются для наблюдения не только за сушей, но и за морем. «Например, для обеспечения безопасности Северного морского пути с помощью спутниковых систем строят карты ледовых полей, наблюдают за айсбергами и анализируют движение судов. Совмещение информации о положении судов и данных спутниковой съемки позволяет оптимизировать пути прохождения ледокольного флота или судов без ледокольного сопровождения в Северном Ледовитом океане», — пояснил Зимин.

В Каспийском, Черном и Балтийском морях, где идет добыча нефти, спутниковые снимки дают данные для экологического мониторинга, например, если на поверхности видно нефтяное пятно, по снимкам можно определять, появилось ли оно в результате добычи, транспортировки или у него естественное происхождение.

Корякский округ, Камчатский край, Россия. Снимок со спутника SPOT 7 предоставлен компанией «СКАНЭКС»

Семь российских спутников

Сейчас на орбите у России есть семь спутников дистанционного зондирования Земли. «Если говорить о гражданских спутниках, то здесь по качеству поставляемых данных Россия не отстает от других космических держав. Разница заметна только в применяемых технологиях. Например, конструкция спутника „Ресурс-П“ идет еще из СССР. Он большой: длина почти 8 метров, ширина почти 3 метра, а большие спутники плохи тем, что большие, а ракеты не резиновые. Сейчас большинство мировых спутников дистанционного зондирования в несколько раз меньше и легче. Хотя последние российские разработки, например „Аист-2Д“, EgyptSat-2, вполне можно сравнить с европейскими аппаратами», — рассказал Виталий Егоров, специалист по связям с общественностью частной космической компании «Даурия Аэроспейс».

Интересно, что еще в 2013 году на орбите работал российский спутник, снимающий на пленку. «Спутники с фотопленкой запускали военные. Последний пленочный спутник России летал в 2013 году, и, насколько мне известно, продолжение их эксплуатации не предполагается. Скорее всего, он просто был из старых запасов, которые подошли к концу», — предположил Егоров.

Пожар в Зиминском районе Иркутской области. Снимок со спутника Landsat 8 предоставлен компанией «СКАНЭКС»

Что видно из космоса

Один из основных параметров снимков — их разрешение. «Данные низкого пространственного разрешения используются для решения метеорологических задач: они не столь детальные, но зато позволяют видеть континенты или их крупные части, анализировать глобальную трансформацию атмосферы, ее динамику. При более высоком разрешении мы переходим к оценке ресурсного потенциала — что мы имеем на земной поверхности, как это изменяется. Далее мы имеем дело с детальными снимками, которые позволяют увидеть машины, деревья и так далее», — объяснил Зимин.

«Для климатических съемок детализации в 500 метров вполне достаточно. Для сельского и лесного хозяйства подходят кадры в 20 метров на точку. Здесь играет роль уже не детализация, а частота съемки и оперативная публикация данных», — объяснил Егоров.

Сельскохозяйственные поля в Краснодарском крае. Снимок со спутника SPOT 6 предоставлен компанией «СКАНЭКС»

Секретная съемка

Съемка с еще более высоким разрешением в основном нужна для военного применения.

«Например, при фотографировании со спутника какого-нибудь нового американского самолета на снимках пытаются разглядеть, подвешена ли у него под крылом ракета или это топливные баки. Зная стандартные объемы топливных баков, можно примерно высчитать, куда он может долететь», — рассказал Алексей Солодков, младший научный сотрудник кафедры телекоммуникационных систем Московского института электронной техники (МИЭТ).

По некоторым деталям можно определить назначение новых самолетов. «Так, противолодочные версии самолетов выдает обтекатель магнитометра, который достоверно можно определить только в хорошем разрешении, а какие-то дополнительные наросты на фюзеляже или тени от антенн могут намекать на радиоэлектронную специализацию», — объяснил он.

Например, несколько дней назад агентство Reuters написало со ссылкой на источник в американской разведке, что Россия отправила в Калининград ракетные комплексы «Искандер-М». Они принадлежат к семейству ракетных комплексов, куда входят также «Искандер» и «Искандер-К».

«Сами пусковые установки формально одинаковые, и отличие только в ракетах, но за время эксплуатации наверняка накопились мелкие изменения в облике, в том числе и в виде сверху. Раз американцы смогли определить, что это именно „Искандер-М“, а не просто „Искандер“ — значит, их аппаратуры достаточно, чтобы разглядеть сверху минимальные отличия этих машин (скорее всего, какие-нибудь лючки или выступы). А значит, разрешение фотографий у них идет на сантиметры», — сказал Солодков. Однако он отметил, что это рассуждение — не точные данные, а «хорошо подходящая под факты догадка».

Однако со снимками столь высокого разрешения возникает новая проблема. «Отечественные спутники имеют очень неплохую оптику, а вот по части передачи информации на Землю мы отстали сильно. На современной отечественной электронике возможна скорость 400−600 мегабит в секунду, в то время как у европейцев — 720, у американцев — 800. В результате из-за ограничений канала связи полученные фотографии либо так и остаются на спутнике, либо сбрасываются в плохом разрешении», — рассказал инженер.

Солодков и его коллеги в рамках ФЦП «Исследования и разработки» сотрудничают с компанией «Субмикрон», которая по заказу «Роскосмоса» делает систему связи для передачи информации со спутников на Землю. МИЭТ выполняет расчеты, «Субмикрон» делает саму электронику. В итоге они рассчитывают получить систему, которая позволит передавать данные со скоростью два гигабита в секунду.

«Мы рассчитали для „Субмикрона“, какую систему связи надо сделать и на какие зарубежные аналоги ориентироваться, теперь ход за ними. На данный момент они купили зарубежные компоненты и собрали тестовый образец приемопередатчика. В будущем запланирована его реализация в виде микросхемы, которая будет производиться на своей линии производства радиационно-стойкой электроники», — рассказал Солодков.

В области гражданского применения высокая скорость передачи данных тоже не помешает, особенно в тех случаях, когда используется съемка несколькими камерами с разными светофильтрами и каждая из камер дает большой поток информации.

«Гражданских использований такой информации не перечислить — это качество почв и водоемов, загрязнение и экологическая ситуация, состояние растительности, поиск полезных ископаемых. А для военных целей у такой съемки есть как минимум одно использование — при такой съемке можно отличить маскировку листвой в лесу — через некоторые время сорванные листья начинают выглядит в ИК немного не так, как листья на деревьях, хотя в видимом диапазоне их не отличить», — заключил Солодков.

Теги:

Читать еще на Чердаке: