CC BY
128
/и
НОВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ, ¿¡ь
0 или Новые горизонты космических средств наблюдения в XXI веке
Мощный всплеск деятельности по созданию недорогих инновационных космических аппаратов оптико-электронного и радиолокационного наблюдения свидетельствует о возникновении принципиально новой ситуации в данной области. Эту ситуацию уже окрестили новой космической революцией.
Текст: Николай КЛИМЕНКО,
заместитель генерального директора
АО «НПО Лавочкина» по прикладной тематике,
кандидат технических наук, генерал-лейтенант запаса
ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ И РАЗВИТИЕ МИРОВОГО РЫНКА КОСМИЧЕСКИХ УСЛУГ
Космические средства наблюдения до начала 1990-х годов были инструментом стратегического информационного противостояния между США и СССР при абсолютном доминировании этих двух держав в сфере их производства и применения. Это предопределило закрытый характер как самих космических средств наблюдения, так и материалов космической съемки. В тот период коммерческий рынок материалов космической съемки высокого разрешения отсутствовал, а потребности гражданского сектора удовлетворялись путем частичной передачи материалов космической съемки по определенным правилам, исключающим несанкционированный доступ к ним.
Ситуация радикально изменилась в начале 1990-х годов, когда события в зоне Персидского залива положили начало новой космической эре: в США сформировалась концепция малых космических аппаратов (МКА); под давлением промышленных кругов президентской директивой РDD-23 была установлена новая политика в области создания и применения космических средств наблюдения высокого разрешения.
Принятые в этот период решения и нормативные документы требовали, чтобы американские компании проводили агрессивную политику на рынке материалов космической съемки при одновременном требовании защиты американских интересов в сфере безопасности и международного сотрудничества. Следствием этих решений стала разработка и применение космических средств наблюдения нового поколения Ikonos, GeoEye, OrbView, WorldView, материалы съемки
с которых с субметровым разрешением интенсивно использовались как государственными, так и неправительственными коммерческими потребителями.
Произошло также зарождение новых операторов коммерческих КА. Основными потребителями коммерческих материалов космической съемки высокого разрешения стали американские военные структуры, учредившие для этого специальную программу ClearView, впоследствии пролонгированную в аналогичные программы NextView и EnhancedView. В интересах реализации этих программ единым поставщиком произошло слияние коммерческих космических операторов в компанию Digital Globe.
По существу, создание космических средств наблюдения нового поколения осуществлялось на коммерческой основе, а их применение -по двойному назначению. В 1995 году запуск КА радиолокационного наблюдения Radarsat положил начало коммерческому использованию и радиолокационных снимков. Так в начале 1990-х годов произошла «первая космическая революция», повлиявшая на развитие мирового рынка космических услуг.
КАК НАЧАЛАСЬ
НОВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
В 2000-е годы, несмотря на опасения, связанные с возможностью использования материалов космической съемки высокого разрешения террористическими группировками в ущерб национальной безопасности, опыт применения коммерческих космических средств наблюдения в интересах государственных организаций был признан положительным.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Наличие коммерческих космических средств наблюдения высокого разрешения оказалось выгодным из-за участившихся выходов из строя военных КА, а также в связи с трудностями реализации перспективных проектов их создания в рамках программ FIA, IOSA-2, SBR, ORS.
Окончательное признание коммерческих космических средств наблюдения в качестве существенного элемента национальной стратегии было закреплено американской администрацией в 2004 году. Президентская директива PDS-3 установила новую космическую политику. Эта политика предусматривала закупку в оборонных целях не только материалов, но и самих коммерческих КА и выступала катализатором деятельности американских и зарубежных компаний, заинтересованных в проникновении в закрытый сектор космических услуг.
Ряд других основополагающих американских документов - National Security Presidential Directive 27, National Security Space Strategy-2011 и другие - продекларировал необходимость роста космического коммерческого сектора, доведение его возможностей до максимального уровня и защиты его интересов за счет государственного инвестирования и поддержания лидеров в области создания космических средств наблюдения.
Также было принято решение о снижении порога закрытости радиолокационных снимков по разрешению. Вслед за выходом на рынок германских и итальянских компаний с материалами радиолокационной съемки высокого разрешения и американские компании получили лицензию на создание КА радиолокационного наблюдения высокого разрешения.
Все эти факторы привели к мощному всплеску деятельности новых космических компаний по созданию недорогих инновационных космических аппаратов оптико-электронного и радиолокационного наблюдения, привлекательных для рынка и для военных потребителей. Началась работа под конкретного заказчика (инвестора) и его задачи, реализация информационных услуг под ключ в форме стартапных проектов двойного назначения. Цель этой деятельности - обеспечить эффективную эксплуатацию мощного потенциала новых, в том числе рискованных, космических технологий через возрождение концепции МКА на базе прорывных технических решений и внедрения новых бизнес-моделей на базе стартапов.
Сегодня в эту деятельность вовлечены более 100 компаний из разных стран мира, формируется более 48 новых орбитальных группировок, половину из которых реализуют американские компании.
Содержание этой деятельности, а также реализованные и планируемые проекты свидетельствуют
о возникновении принципиально новой ситуации в области создания коммерческих космических средств наблюдения двойного назначения и формирования на их основе разнородных взаимодополняющих орбитальных группировок. Эту ситуацию уже определили как новую космическую революцию.
Для новой космической революции характерно создание орбитальных группировок из десятков и даже сотен недорогостоящих КА с различной полезной нагрузкой, увеличение количества и расширение географии размещения наземных станций для повышения оперативности получения информации, использование недорогих средств запуска, предоставление новых информационных продуктов и услуг, недорогостоящих сервисов.
Вслед за свершившейся революцией в коммерческом использовании КА оптико-электронного наблюдения высокого разрешения аналогичные процессы идут и в области создания и применения по двойному назначению КА радиолокационного наблюдения и КА радиоэлектронного наблюдения. Новые космические провайдеры устанавливают партнерские отношения с заинтересованными оборонными ведомствами (NGA -Национальное агентство геопространственной разведки, NRO - Национальное управление воздушно-космической разведки, NSA - Национальное агентство безопасности, DIA - Разведывательное управление Министерства обороны, SOF - Силы специальных операций), что, с одной стороны, стимулирует инвесторов, а с другой стороны, консолидирует многочисленные компании на создание интегрированных структур для выживания в возрастающей конкурентной борьбе.
При этом американское правительство выступает в качестве «миноритарного игрока» в новой космической революции, рожденной частными инвесторами и компаниями. Несмотря на ярко выраженную ориентацию субъектов новой космической революции, наблюдается их выход за рамки требований военных стандартов и принятие разработчиками и инвесторами более высоких рисков для уменьшения стоимости проектов при готовности инвесторов к возможным выходам КА из строя и к необходимости их периодической замены на орбите, но при условии получения качественной услуги за приемлемую для них плату. Это дает разработчикам КА много степеней свободы в выборе рискованных технических решений, в использовании коммерчески доступных комплектующих, в привлечении зарубежных партнеров для разработки составных частей КА и полезной нагрузки, а также избавляет от необходимости избыточного резервирования борто-
вых систем и комплексов. И что немаловажно -от излишнего контроля со стороны заказчиков.
Военные заказчики, несмотря на активный интерес к результатам новой космической революции и готовность использовать часть ресурса коммерческих космических средств наблюдения, не планируют обнуление традиционных проектов КА для решения их уникальных задач.
Вместе с тем принятая в 2015 году американским оборонным ведомством научно-техническая стратегия в области космоса требует создания недорогостоящих орбитальных группировок для их применения в нужное время и в требуемом районе для обеспечения постоянства и непрерывности оперативного их использования в ходе современных военных действий. Это предопределило сотрудничество военных заказчиков с новыми космическими провайдерами и инвестирование в ряд стартапных проектов, имеющих потенциальное применение в интересах национальной безопасности.
Для стимулирования и координации старт-апных проектов создан специальный орган DIUx (Defense Innovation Unit Experimental), обеспечивающий взаимодействие с наиболее продвинутыми новыми космическими компаниями Planet Labs, Terra Bella (ранее Skybox), BlackSky Global, XpressSAR, ICEYE, UrtheCast, HawkEye 360 и другими.
Несмотря на то, что главным поставщиком коммерческих снимков высокого разрешения для NGA в рамках программы EnhanceView остается компания Digital Globe, а покупка радиолокационных снимков осуществляется в Канаде, Германии и Италии (КА радиолокационного наблюдения Radarsat, TerraSAR, CosmoSkymed), идет процесс заключения соглашений и пробных контрактов со стартапными компаниями. Это достигается на основе детально проработанных директивных и нормативных документов, регулирующих космическую деятельность по двойному назначению, и на основе формирования принципиально новых концепций создания коммерческих космических средств наблюдения и формирования орбитальных группировок.
В качестве нормативной базы для такого сотрудничества используется учрежденная NGA в 2016 году революционная программа CIBORG (Commercial Initiative to Buy Operationally Responsive GEOINT), обеспечивающая оперативный доступ к новой коммерческой геопространственной информации, а также программа CGA (Commercial GEOINT Activity), учрежденная совместно NGA и NRO для оценки новых коммерческих информационных продуктов и услуг.
ДЛЯ новой космической
РЕВОЛЮЦИИ ХАРАКТЕРНО:
• создание орбитальных группировок из десятков и даже сотен недорогостоящих КА с различной полезной нагрузкой,
• увеличение количества и расширение географии размещения наземных станций для повышения оперативности получения информации,
• использование недорогих средств запуска,
• предоставление новых информационных продуктов и услуг, недорогостоящих сервисов.
Американское правительство выступает в качестве «миноритарного игрока» в новой космической революции, рожденной частными инвесторами и компаниями. В отличие от хаотических и нерезультативных действий по созданию МКА в других странах, в том числе и в России, американские власти и государственные организации, не сумев в 1990-е годы обуздать гонку коммерческих проектов в мире, решили ее возглавить и обеспечить через свое доминирование принуждение других стран к игре в этой области по своим правилам.
КАКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПОЛУЧИЛИ США В РЕЗУЛЬТАТЕ НОВОЙ КОСМИЧЕСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
В отличие от хаотических и нерезультативных действий по созданию МКА в других странах, в том числе и в России, американское правительство, не сумев в 1990-е годы обуздать гонку коммерческих проектов в мире, решило ее возглавить и обеспечить через свое доминирование принуждение других стран к игре в этой области по своим правилам. В настоящее время результаты новой космической революции представляют американским военным и гражданским потребителям, а также их зарубежным партнерам беспрецедентные возможности по добыванию геопространственной информации.
Это достигается прежде всего за счет формирования орбитальных группировок космических аппаратов с синэнергетическим мультипликативным эффектом следующим путем:
- объединение в единую орбитальную группировку КА оптико-электронного наблюдения со средним и высоким разрешением для обеспечения постоянства и непрерывности наблюдения основных районов с потенциально нестабильной обстановкой с высоким разрешением;
- создание смешанных орбитальных группировок КА с различной целевой аппаратурой наблюдения, применяемых по единому замыслу согласованно по целям и задачам, для локализации поиска изменений в обстановке, прежде всего связанных с применением высокомобильных группировок войск и подвижного вооружения и военной техники, с использованием КА радиолокационного и радиоэлектронного наблюдения с последующим наведением по их данным КА оптико-электронного наблюдения высокого разрешения.
Наведение КА оптико-электронного наблюдения по данным КА радиолокационного и радиоэлектронного наблюдения обеспечивает мультипликативный эффект при наблюдении больших локальных районов за счет многократного уменьшения неопределенности местонахождения искомых процессов и объектов, что, в свою очередь, резко повышает оперативность их обнаружения при понижении требований к производительности КА оптико-электронного наблюдения как в режиме объектовой, так и в режиме площадной съемки на пролете над локальным районом. Мультипликативный характер таких орбитальных группировок МКА обеспечивает также возможность наблюдения (в том числе всепогодного и круглосуточного) объектов и районов с высокой периодичностью в сочета-
О
О
Сегодня в эту деятельность вовлечены более 100 компаний из разных стран мира, формируется более 48 новых орбитальных группировок, половину из которых реализуют американские компании.
нии с отмеченными выше возможностями по систематическому покрытию земной поверхности и высокодетальной съемкой объектов и районов, представляющих оперативный интерес. Особое внимание уделяется применению коммерческих КА для слежения за надводной и воздушной обстановкой. Для этого предусматривается реализация в составе этих КА подсистем приема и обработки радиосигналов системы AIS (автоматическая идентификация кораблей) и системы ADS-B (глобальное наблюдение за авиацией).
ВЕДУЩИЕ ПРОЕКТЫ: ОБЗОР И АНАЛИЗ РЫНКА
Наиболее привлекательные как для гражданских, так и военных потребителей стартапные проекты реализуются новыми космическими компаниями Planet Labs, Skybox, BlackSky Global, XpressSAR, ICEYE, Capella Space и HawkEye 360. Стремится сохранить свои лидирующие позиции и компания Digital Globe.
Компания Planet Labs разработала и осуществляет массированный запуск МКА оптико-электронного наблюдения Doves класса CubeSat размером lo х 1о х 30 см при разрешении 3 м с использованием элементов смартфонов для снижения стоимости МКА. Конечная цель проекта - создание орбитальной группировки из нескольких сотен МКА оптико-электронного наблюдения, заменяемых по мере выхода их из строя. В настоящее время на орбите 150 МКА Doves.
Применение такой орбитальной группировки обеспечивает ежесуточное покрытие съемкой всей земной поверхности при наблюдении одного и того же района один раз в сутки. Систематический характер покрытия земной поверхности обеспечивает беспоисковый режим наблюдения: пользователь может ежесуточно видеть любой район и даже «заглядывать» в прошлое для выявления районов с изменившейся обстановкой. Компания Skybox (в настоящее время Terra Bella) запустила семь МКА Skysats с субметровым разрешением. Эти МКА значительно дешевле традиционных КА, имеют режим видеосъемки и обеспечивают высокую периодичность наблюдения.
Совместное применение орбитальных группировок МКА Doves и Skysats дает новый син-энергетический эффект: МКА Doves обеспечивают ежесуточную съемку земной поверхности со средним разрешением, по материалам съемки определяются в автоматическом режиме районы с изменившейся обстановкой, по этим данным осуществляется наведение на эти районы МКА Skysats для высокодетальной съемки. Для реализации такого синэнергетического подхода компания Planet Labs приобрела компанию Skybox.
Объединение орбитальной группировки МКА с глобальным ежесуточным покрытием с высоким разрешением придает им свойства беспоисковой системы с высокой периодичностью наблюдения земных районов при субметровом разрешении без технических рисков и больших затрат. Для усиления синэнергетического эффекта могут привлекаться и результаты деятельности других новых космических компаний. Так, компания BlackSky Global формирует орбитальную группировку из 60 МКА оптико-электронного наблюдения для обеспечения наблюдения территорий США, Европы и Северного Китая 40-70 раз в сутки с разрешением 0,9-1,1 м при производительности 1000 снимков в сутки. К использованию этих орбитальных группировок проявляет интерес NGA: с компанией Planet Labs заключен пробный контракт для получения каждые 15 суток снимков 85% земной поверхности.
Идею объединения орбитальных группировок КА оптико-электронного наблюдения со средним и высоким разрешением эксплуатирует и компания Digital Globe - основной поставщик снимков высокого разрешения для NGA по программе EnhanceView. Компания стремится защитить свои лидирующие позиции по отношению к новым космическим провайдерам, предлагающим более высокую периодичность наблюдения. С этой целью в дополнение к КА оптико-электронного наблюдения высокого разрешения WoridView формируется орбитальная группировка из шести КА Scout, обеспечивающая периодичность наблюдения в средних широтах до 40 раз в сутки.
Для дальнейшего наращивания периодичности наблюдения до конкурентного уровня планируется создание новой орбитальной группировки МКА оптико-электронного наблюдения WoridView Legion, обеспечивающей реагирование на кризисные ситуации в реальном масштабе времени с доставкой пользователям критически важной информации с задержкой не более 12 минут. Предполагается, что к 2020 году орбитальные группировки МКА WoridView Legion и МКА Scout обеспечат наблюдение районов с наиболее часто меняющейся обстановкой каждые 20-з0 минут, а совместно с КА WoridView удвоят объем добываемой информации с разрешением з0 см.
Для усиления своих позиций компания Digital Globe приобрела в 2014 году компанию Radiant -постоянного партнера NRO, NGA, DIA и SOF. А в 2017 году путем слияния компании Digital Globe и канадской компании MDA учреждена компания SSL MDA Holding. Это сделано в расчете на то, что объединение в единую орбитальную группировку КА WoridView, WoridView Legion и Scout, а также КА радиолокационного наблюдения Radareat и Sentinel обеспечит дополнитель-
Новая космическая революция шагает по планете и уже достигла Китая, где к 2030 году планируется создание орбитальной группировки Jilin из 138 малых космических аппаратов двойного назначения, оснащенных бортовой аппаратурой наблюдения различного назначения. И она уже стучит в двери отечественной космической отрасли, требуя адекватной реакции. Игнорировать содержание и результаты новой космической революции -значит допустить однополярное доминирование в информационном пространстве XXI века со всеми вытекающими последствиями в военной и военно-политической сферах.
КА компании UrtheCast на орбите
КА РЛН и ОЭН компании UrtheCast
ные конкурентные позиции для внедрения в американские закрытые программы. В результате компания MDA через SSL MDA Holding заключила контракт на поставку американскому правительству космических снимков и услуг.
Совместное применение КА оптико-электронного и радиолокационного наблюдения придает особую ценность как для военных, так и для гражданских потребителей. Поэтому важной особенностью новой космической революции стали инновационные проекты МКА радиолокационного наблюдения, разработанные компаниями ICEYE, XpressSAR, Capella Space и контролируемые американскими военными.
Финская компания ICEYE планирует запуск 30-50 МКА радиолокационного наблюдения, обеспечивающих периодичность наблюдения 0,5 часа. А компания XpressSAR - запуск четырех КА с задачей выявления изменений в назначенных районах для наведения КА оптико-электронного наблюдения высокого разрешения.
Наибольший интерес представляет проект канадской компании UrtheCast, заключившей с NGA соглашение CRADA о партнерстве в НИОКР. Проект предусматривает формирование орбитальной группировки из восьми КА радиолокационного наблюдения и восьми КА оптико-электронного наблюдения в двух плоскостях - на солнечно-синхронной орбите и на орбите со средним наклонением.
КА радиолокационного и оптико-электронного наблюдения попарно, составляя тандемы, будут размещаться равномерно в плоскостях орбит. В радиолокаторе реализуется запатентованная технология, позволяющая вести одновременную съемку в L- и Х-диапазонах одним и тем же радиолокатором.
На КА радиолокационного наблюдения, лидирующих в тандемах, установлены также камеры для съемки облаков. КА оптико-электронного наблюдения, ведомые в каждом тандеме, оснащены камерой с разрешением 0,5 м, видеокамерой высокого разрешения и приемником сигналов системы АВ. Такая орбитальная группировка обеспечит периодичность наблюдения 2,5-3 раза в сутки на широтах 45-55 градусов.
Предусмотрена регулярная передача карт облачности с КА радиолокационного наблюдения на КА оптико-электронного наблюдения. Результаты широкозахватной радиолокационной съемки с определением координат целей, представляющих оперативный интерес, используются для наведения на эти цели оптико-электронной камеры высокого разрешения в каждом тандеме.
При радиолокационной съемке морской поверхности радиолокационные данные о целях корре-лируются с данными системы АВ с последующим наведением на эти цели оптико-электронной камеры. Впервые реализованные в проекте компании UrtheCast уникальные технологии, обеспе-
чивающие синэргетичческий эффект, позволяют решать широкий круг задач в интересах как военных потребителей, так и в кооперации с компанией GEOSYS - в интересах сельского хозяйства.
Новая космическая революция - это и более 25 проектов в области создания нетрадиционных орбитальных группировок МКА радиоэлектронного наблюдения, рассматриваемых в настоящее время NRO. Приоритет отдан компании HawkEye 360, предлагающей орбитальную группировку МКА радиоэлектронного наблюдения Pathfinder, предназначенных для картографирования загрузки радиоспектра, выявления изменений в радиоспектре с привязкой к местности в реальном масштабе времени и наведение по этим данным других КА, например КА оптико-электронного наблюдения компании BlackSky Global.
Орбитальная группировка будет включать шесть баллистически связанных групп из трех МКА по две группы в трех плоскостях орбиты высотой 575 км. Два МКА будут отстоять друг от друга на 125-250 км, третий МКА будет на удалении lo км от базовой плоскости орбиты. Бортовая аппаратура радиоэлектронного наблюдения обеспечит прием радиосигналов в диапазоне частот 70 МГц - 6 ГГц с возможностью последующего расширения в диапазон Ки. Для картографирования радиоспектра применяется разностно-дальномер-ный - разностно-доплеровский метод определения координат источников радиоизлучения. При этом запатентованный алгоритм слепой когерентной идентификации позволяет осуществлять местоопределение источников радиоизлучения без знания структуры и форматов их радиосигналов, что представляет новую и весьма эффективную технологию, рожденную новой космической революцией.
Компания HawkEye 360 установила сотрудничество с компанией KRATOS - ведущим провайдером NSA - для объединения возможностей наземной сети радиоэлектронного наблюдения компании KRATOS и орбитальной группировки МКА компании HawkEye 360.
МКА Pathfinder будут осуществлять поиск и ме-стоопределение заданных источников радиоизлучения по сигналам, взятым из банка данных компании KRATOS. В наземных центрах будут выявляться изменения в радиоэлектронной обстановке - выход на излучение «известных» или «ожидаемых» источников радиоизлучения в «искомых» или «ранее не излучающих» районах.
Предусматривается также эффективное слежение за кораблями, в том числе по сигналам системы AIS, оценка радиоэлектронной обстановки в интересах планирования радиосвязи, включая оценку помеховой обстановки. Планируется пре-
доставление аналитических материалов по результатам объединения данных от других источников, прежде всего от КА оптико-электронного и радиолокационного наблюдения, для чего данные об изменении радиоэлектронной обстановки будут использоваться для их наведения на районы, представляющие оперативный интерес. Подготовка таких данных будет осуществляться в геопространственной среде.
ТРЕБУЕТСЯ РЕАКЦИЯ
РОССИЙСКОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
Перечисленные выше проекты, рожденные в ходе новой космической революции, в полной мере отвечают требованиям американской научно-технической стратегии в области космоса, сформулированной американским оборонным ведомством в 2015 году. Стратегия нацеливает на повышение эффективности применения космических средств наблюдения путем их взаимного наведения для получения мультипликативного результата.
Дальнейшее развитие космических технологий, неизбежная интеграция создаваемых на коммерческой основе орбитальных недорогостоящих МКА, развитие наземной инфраструктуры двойного применения могут привести к тому, что на смену космическим средствам с планово-периодическим наблюдением заданных районов земной поверхности придет мощная недорогостоящая глобальная космическая система двойного назначения, держащая под непрерывным постоянным контролем любой район земной поверхности с оперативным предоставлением информации пользователям. В результате новой космической революции, по существу, создаются предпосылки для последующей революции в военном деле и смены парадигмы в области создания и применения космических средств наблюдения.
Новая космическая революция шагает по планете, достигла Китая, где к 2030 году планируется создание орбитальной группировки Д1т из 138 малых космических аппаратов двойного назначения, оснащенных бортовой аппаратурой наблюдения различного назначения. И она уже стучит в двери отечественной космической отрасли, требуя адекватной реакции.
Игнорировать содержание и результаты новой космической революции - значит допустить од-нополярное доминирование в информационном пространстве XXI века со всеми вытекающими последствиями в военной и военно-политической сферах.
