Дистанционное зондирование Земли серией космических аппаратов «Ресурс-П». Перспективы проекта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»



SCIENCE TIME

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ СЕРИЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ «РЕСУРС-П». ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОЕКТА

Манаев Эмиль Фанилевич, Башкирский государственный университет, г. Уфа

E-mail: [email protected]

Аннотация. Данная статья посвящена проблемам дистанционного зондирования Земли в России. Рассмотрена современная серия космических аппаратов «Ресурс-П», перспективы и области их применения.

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, Ресурс-П, перспективы ДЗЗ, российские космические аппараты.

Сегодня космические аппараты (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) выступают в роли основного источника данных о состоянии окружающей среды, предоставляют возможность непрерывного мониторинга и дают оперативную информацию, которая используется в различных социально -экономических сферах. Одно из важнейших требований к данным, получаемым с КА - это доступность и своевременность. Геоинформационные системы позволяют на базе космических средств ДЗЗ решать задачи по оценке состояния окружающей среды, прогнозу негативных природных процессов, накоплению и анализу материалов по определенным территориям.

В области создания средств и данных ДЗЗ происходят постепенные изменения: многие фирмы отказываются от проектирования дорогостоящих многоцелевых систем тяжелых КА и переходят к узкоспециализированным системам на базе малых космических аппаратов. Наилучшие результаты дают оперативные космические системы ДЗЗ с достаточно высоким разрешением и широкой полосой захвата, включающие как космический сегмент, так и инфраструктуру получения, хранения, передачи и обработки данных [3].

Тем самым возникает проблема, при которой в условиях повышенного и предметного интереса к мировым, федеральным и региональным задачам существуют проблемы распределения данных, связанные с достаточно низкой оперативностью доставки данных конечному потребителю. Ещё одним важными

параметром является периодичность наблюдения территории. Чем чаще наблюдается территория и имеется больше информации о происходящих событиях, тем точнее прогноз их развития. Высокую периодичность можно получить, имея на орбите не один КА, а группировку, оснащенных однотипной съемочной аппаратурой.

Большой обзор поверхности Земли с высоты полета спутника, высокая скорость движения спутниковых датчиков и возможность регистрировать сигналы в нескольких спектральных диапазонах позволяют получать огромные объемы данных. Организация работ по изучению поверхности Земли, основанная на сочетании аэрокосмических методов с небольшим объемом наземных исследований, которые проводятся на ограниченном числе опорных маршрутов и ключевых участков, позволяет значительно сократить сроки производства работ и снизить их стоимость.

Данные космических съемок сегодня стали доступны широкому кругу пользователей и активно применяются не только в научных, но и производственных целях. ДЗЗ является одним из основных источников актуальных и оперативных данных для геоинформационных систем. Научно-технические достижения в области создания и развития космических систем, технологий получения, обработки и интерпретации данных многократно расширили круг задач, решаемых с помощью ДЗЗ [1].

Россия в последнее десятилетие активно наращивает космический потенциал. Одной из базовых задач отечественной космической отрасли является реализация перспективных проектов по созданию новых космических аппаратов различного назначения. Особый акцент должен быть сделан на развитии технологической базы, обеспечивающей производство космических средств мирового уровня, а также создания оперативного рынка предоставления данных дистанционного зондирования, что благоприятно скажется на развитии данной отрасли. Также стоит учесть то факт, что в России стоит ограничение на публичное использование космических снимков с уровнем разрешения менее 1 метра, поэтому в свободном доступе не имеются результаты деятельности отдельных российских космических аппаратов ДЗЗ.

Конкретно в статье речь пойдёт о современной серии КА «Ресурс-П» c высокодетальной аппаратурой, которые по своим параметрам ничем не уступают американским или французским аналогам Ikonos-2 и Pleiades соответственно.

Российские космические аппараты серии «Ресурс-П» были созданы государственным научно-производственным ракетно-космическим центром «ЦСКБ-Прогресс». Всего предполагается запуск трёх спутников «Ресурс-П». «Ресурс-П» №1 выведен на орбиту 25 июня 2013 года, «Ресурс-П» № 2 годом позже, 26 декабря 2014 года. Запуск КА «Ресурс-П» № 3 планируется в четвертом квартале 2015 года.

Основное назначение космических аппаратов «Ресурс-П» в региональном и локальном мониторинге, а также природно-ресурсной съёмки высокого разрешения. Полученные данные передаются по радиоканалу на наземный комплекс приема, обработки и распространения данных ДЗЗ для широкого спектра целевых задач в интересах заказчиков: МПР России, Росгидромета, МЧС России, Минсельхоза России, Росрыболовства и Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии.

Область применения и решаемые задачи серией КА «Ресурс-П»:

- картография (создание и обновление кадастровых планов, топографических и навигационных карт);

- экология (контроль деградации окружающей среды, выявление и изучение загрязнений, контроль водоохранных и заповедных районов);

- чрезвычайные ситуации (мониторинг природных и техногенных чрезвычайных ситуации);

- строительство (информационное обеспечение и контроль строительства сооружений, автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов, систем связи);

- сельское хозяйство (определение вида и состояния растительности, состав пленки загрязнений на поверхности воды, идентификация минералов, почв, обнаружение незаконных посевов наркосодержащих растений и контроль их уничтожения);

- лесопользование (контроль незаконной вырубки лесных угодий);

- природные ресурсы (инвентаризация природных ресурсов для обеспечения рациональной деятельности в различных отраслях хозяйства, информационного обеспечения для поиска нефти, природного газа, рудных и других месторождений полезных ископаемых);

- ледовая обстановка (мониторинг и оценка состояния ледового покрова).

При создании спутников «Ресурс-П» применялись технические решения,

наработанные при создании КА «Ресурс-ДК». Использование круговой солнечно -синхронной орбиты высотой 475 км позволяет существенно улучшить условия наблюдения, т. к. теперь съемка может производиться с одной высоты и в одинаковых условиях освещенности. Космические аппараты имеют возможность объектовой и маршрутной съемок. Координатная привязка снимков имеет среднеквадратическую ошибку не более 10-15 метров в системе координат WGS 84, а срок активного существования аппаратов более 5 лет. Производительность съёмки отдельного КА оценивается в 1 млн км2 в сутки.

SCIENCE TIME

Рис. 1 Внешний вид космического аппарата «Ресурс-П» № 2 [3]

Целевая аппаратура на борту спутников (технические характеристики бортовой аппаратуры указаны в табл.1) рассмотрим далее.

1. Оптико-электронный комплекс «ГЕОТОН-Л1» с СППИ «САНГУР-1У». Первый обеспечивает высокодетальную съёмку земной поверхности в монохроматическом и в 5 спектральных полосах. Второй осуществляет преобразование непрерывно движущегося изображения видимого диапазона, сформированного оптико-электронным комплексом, в цифровой электрический сигнал, обработку, сжатие и выдачу его в бортовую аппаратуру высокоскоростной радиолинии.

2. Комплекс широкозахватной мультиспектральной съёмочной аппаратуры: ШМСА-ВР, ШМСА-СР. Обеспечивает дистанционную съемку земной и водной поверхности в панхроматическом и мультиспектральном диапазонах спектра. Могут работать как одновременно, так и раздельно.

3. Гиперспектральная аппаратура (ГСА). Обеспечивает одновременную съемку одного и того же участка земной поверхности в большом количестве узких спектральных диапазонов, охватывающих видимую часть спектра и ближнюю часть инфракрасного диапазона.

Таблица 1

Технические характеристики бортовой аппаратуры [4]

Режим съёмки (аппаратура) Оптико-электронная аппаратура высокого разрешения (ГЕОТОН-Л1) Широкозахватная муль-тиспектральная съемочная аппаратура (ШМСА) Гиперспектральная съёмочная аппаратура (ГСА)

Панхроматический (ПАН) Мультиспектральный (МС) Высокого разрешения Среднего разрешения

Спектральные диапазоны, мкм 0,58 - 0,80 Синий: 0,45 - 0,52 Зеленый: 0,52 - 0,60 Красный: 0,61 - 0,68 Красный 1: 0,67 - 0,70 Красный 2: 0,70 - 0,73 Красный+Ближний ИК: 0,70 - 0,80 Панхром.: 0,43 - 0,70 Синий: 0,43 - 0,51 Зеленый: 0,52 - 0,60 Красный: 0,61 - 0,68 Ближний ИК 1: 0,70 - 0,90 Ближний ИК 2: 0,80 - 0,90 От 96 до 255 спектральных каналов в диапазоне 0,4 - 1,1

Разрешение на местности, м 0,7 - 1,0 3 - 4 ПАН: 12 МС: 24 ПАН: 60 МС: 120 25 - 30

Ширина полосы съемки, км 38 96 480 25

Ширина полосы захвата, км 950 1300 950

Особый интерес представляет информация, получаемая гиперспектральной аппаратурой, которая фиксирует излучение объектов в десятках узких спектральных диапазонов. На основании гиперспектральных снимков можно определить зрелость пшеницы, активность микрофлоры в водоеме, степень засоленности почвы и так далее. Такого рода инструмент мониторинга текущего состояния и контроля неоценим в сельском хозяйстве, геологической разведке, экологии.

Структурно космический аппарат «Ресурс-П» № 2 (рис. 1) представляет собой копию аппарата «Ресурс-П» № 1, который работает на орбите нашей планеты почти 2 года. Предполагается, что информация, полученная со спутника, будет использована для развития международного сотрудничества России с другими странами. Также на борту КА «Ресурс-П» № 2 установлены бортовой радиокомплекс автоматической идентификационной системы (АИС) и научная аппаратура «Нуклон», разработанная НИИ ядерной физики МГУ. Целью АИС является мониторинг судов. Система позволяет получить основную информацию о судне: тип, пункт назначения, скорость и др. Задачи «Нуклона» более масштабны: с ее помощью будет проходить изучение нашей галактики, темной материи и антиматерии. В частности, аппаратура предназначена для проведения космического эксперимента по исследованию космических лучей высоких энергий и их химического состава.

На современном этапе ДЗЗ одно из основных источников актуальной и оперативной пространственной информации, которое обширно используется для

SCIENCE TIME

решения различных тематических задач. Поэтому в России ведётся активное развитие данного инструмента наблюдения, перенимается опыт зарубежных проектов, повышается качество предоставляемых услуг ДЗЗ.

Литература:

1. Вицентий А.В. Применение дистанционного зондирования земли и космических технологий для развития арктических и субарктических территорий российской федерации // Труды Кольского научного центра РАН. -2013. - № 5 (18). - С. 40-45

2. Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Стратилатов Н.Р., Бакланов А.И., В.М. Федоров, Новиков М.В. Космический аппарат «Ресурс-П» // ГЕОМАТИКА. - 2010. - №4 (9). - С. 23-26

3. Научный центр оперативного мониторинга Земли. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: URL: http://www.ntsomz.ru/

4. Ресурс-П. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://innoter.com/ satellites/926