Научная статья на тему 'Совместное развитие космических технологий Беларуси и России'

Совместное развитие космических технологий Беларуси и России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
210
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Тузиков Александр, Кореняко Сергей

В статье рассматриваются результаты реализации космических программ Союзного государства по созданию специального оборудования, новых технологий удаленного получения и обработки данных.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Joint development of space technologies of Belarus and Russia

The article deals with the results of implementation of the space programs of the Common State: creation of special remote sensing equipment, new technologies of data receipt and processing.

Текст научной работы на тему «Совместное развитие космических технологий Беларуси и России»

Совместное развитие космических технологий

Беларуси и России

Основы космической деятельности в Беларуси заложены в начале 1960-х гг. В это время предприятия, научные и учебные учреждения республики стали участвовать в реализации космических программ и проектов СССР. Взаимодействие в этой области продолжилось и в постсоветский период.

Договором о создании Союзного государства от 8 декабря 1999 г. задекларировано формирование и эффективное функционирование общего научного, технологического и информационного пространства России и Беларуси. Его важной составляющей должны стать космические средства и технологии. Это обстоятельство обусловливает то внимание, которое обе страны уделяют объединению своих ресурсов в области освоения космоса.

Интересы Беларуси в обозначенной сфере заключаются в следующем.

Во-первых, у республики есть богатый опыт в исследованиях по космической тематике, а также значительный научный и технический потенциал. По ряду направлений мы находимся в числе передовых стран. Прежде всего, это разработка и

Александр Тузиков,

генеральный директор Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси, доктор физико-математических наук, профессор

Сергей Кореняко,

завотделом

совместных

программ

космических и

информационных

технологий

Объединенного

института проблем

информатики

НАН Беларуси,

исполнительный

директор

программы

Союзного

государства

«Космос-НТ»

изготовление бортовой аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ); создание программно-аппаратных комплексов цифровой обработки космической информации; проектирование уникальных стендов для исследования тепловой защиты космических аппаратов (КА); создание систем телеметрических и траек-торных измерений характеристик полета ракет-носителей и др.

Во-вторых, деятельность в области освоения космического пространства стимулирует развитие науки и промышленности. Для Беларуси с ее ограниченными природными ресурсами выход на мировой рынок высоких технологий особенно важен.

В-третьих, космические методы необходимы для решения различных вопросов, связанных с народным хозяйством. С помощью ДЗЗ можно контролировать и предотвращать чрезвычайные ситуации, принимать решения по ликвидации их последствий; исследовать природные ресурсы и искать полезные ископаемые; прогнозировать и оценивать состояние в сельском, лесном и водном хозяйстве. Космические данные требуются для мониторинга климата, экологической и радиационной обстановки. Спутниковые ретрансляционные комплексы нужны для дальнейшего развития в Беларуси связи и телевидения. Навигационные данные используются во всех видах транспорта (авиации, железнодорожном и автомобильном транспорте, речном флоте), в геодезии и картографии, в лесном и сельском хозяйстве, при проведении геологических работ.

Наконец, освоение космического пространства относится к числу глобальных задач. Эффективное решение ее возможно на основе международного сотрудничества, обмена полученной информацией, интеграции и кооперации для осуществления крупных проектов. Достижения в области космических технологий содействуют не только расширению сотрудничества со странами СНГ и дальнего зарубежья, но и росту международного авторитета республики.

Важным этапом в реализации указанных интересов в постсоветский период стали научно-технические программы Союзного государства. В их рамках осуществляются координация и финансирование совместной деятельности предприятий, организаций и высших учебных заведений двух стран.

Исполнение первой союзной космической программы, «Кос-мос-БР» (1999-2002 гг.), обеспечило восстановление и расширение разрушенных научно-технических и экономических связей между Российской Федерацией и Республикой Беларусь в области практического использования достижений космической отрасли. Основной задачей этой программы стала совместная разработка конкурентоспособных космических средств и технологий 30 организациями двух стран, занимающимися космическими исследованиями.

Среди основных результатов осуществления белорусской части программы следует отметить создание экспериментального образца центра приема космиче-

о

X X

5

X

Рис. 1.

Технология

дешифрирования

космоснимков

для обновления

топографических

карт

Рис. 2.

Опытный образец

широкопольной

телевизионной

регистрирующей

станции

со специальным

программным

обеспечением

ской информации на базе станции «СканЭкс» и новой антенной системы, позволяющей получать данные как со спутников МОЛЛ, так и с российского КА «Мете-ор-3М»; автоматизированного рабочего места планшетного типа (формат А1), предназначенного для сканерного ввода картографической информации; технологии дешифрирования космоснимков для обновления топографических карт (рис. 1); опытного экземпляра системы автоматизированного проектирования заказных сверхбольших интегральных схем космического применения.

В реализации второй научно-технической программы Союзного государства, «Космос-СГ» (2004-2007 гг.), участвовали 54 предприятия, научных учреждения и вуза Беларуси и России. В результате разработаны ключевые элементы бортовых специальных и служебных систем микроспутника нового поколения, экспериментальные части единого комплекса обеспечения космическими данными различ-

ных потребителей, компоненты интегрированной навигацион-но-информационной системы повышенной точности.

К важнейшим результатам белорусской части программы «Космос-СГ» относится создание усовершенствованного высокоинформативного центра приема и анализа космических данных, построенного на территории республики; современных оптико-электронных комплексов траекторных изменений для российских космодромов, надежно обеспечивающих выведение в космос ракет-носителей (рис. 2); совокупности программно-технических средств для управления мобильными объектами и опытного участка интегрированной навигационно-информационной системы для стационарных и подвижных объектов различного назначения; нового поколения спектрометров, оптико-электронных камер, озонометрической аппаратуры, предназначенных для контроля состояния атмосферы из космоса, в том числе функционирующих на КА серии «Метеор».

По итогам совместного выполнения программ «Космос-БР» и «Космос-СГ» была подготовлена Концепция создания многофункциональной космической системы Союзного государства, включающей наземные и орбитальные космические средства России и Беларуси и обладающей широкими возможностями обеспечения потребителей космическими данными и услугами.

Указанная Концепция явилась основой для обоснования следующей союзной космической программы «Разработка базовых элементов, технологий создания и применения орбитальных и наземных средств многофункциональной космической системы» -«Космос-НТ» на 2008-2011 гг. В ее мероприятиях участвовали 60 ведущих предприятий и вузов России и Беларуси, занимающихся космической деятельностью.

В качестве основных итогов совместных проектов программы «Космос-НТ» следует назвать разработку:

■ модели микроспутника «Союз-Сат-О», предназначенного для получения информации ДЗЗ в видимом и ближнем ИК-диа-пазонах, на базе образца унифицированной микроспутниковой платформы (рис. 3);

■ экспериментального образца бортовой аппаратуры микроспутника для синтеза и предварительной обработки изображений ИК-диапазона спектра в режиме реального времени;

■ экспериментального образца лазерно-плазменного двигателя для коррекции орбиты микроспутника;

■ экспериментального образца распределенного банка данных, полученных от космических средств наблюдения, и телекоммуникационной подсистемы с высокоскоростным каналом связи и гарантированной пропускной способностью до 100 Мбит/с. Этот банк реализует современные методы архивации, каталогизации, доступа, синхронизации и распространения информации.

Также был разработан мобильный комплекс для обеспечения потребителей данными, в состав которого входят созданные белорусскими исполнителями система мониторинга воздушной среды, система комбинированного ввода и отображения крупноформатных графических документов и многозональная цифровая оптическая экспериментальная аппаратура регистрации изображений и измерения температурных полей ракет-носителей (рис. 4).

Среди результатов выполнения заданий программы, по которым головными исполнителями были белорусские предприятия и организации, можно выделить программно-информационный комплекс автоматизированной классификации объектов недвижимого имущества и видов земель (ПИК «ИГИС»). Он предназначен для оперативной обработки данных ДЗЗ и обеспечения ими потребителей при решении задач геокодирования объектов недвижимого имущества и ведения земельного кадастра. Информационное обеспечение комплек-

са интегрировано с ресурсами Госкомимущества Республики Беларусь.

Белорусские ученые разработали также методику и аппаратно-программный комплекс учета состояния лесного фонда и ресурсной оценки поврежденных насаждений в результате воздействия на них неблагоприятных природно-климатических факторов, действующий на основе материалов космической съемки. Результаты исследований переданы в УП «Белгослес» Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь (рис. 5).

Были созданы первый в Беларуси тестовый полигон обеспечения калибровки целевой аппаратуры и валидации целевой информации Белорусского космического аппарата и российского «Канопус-В» и экспериментальный участок для подготовки и переподготовки специалистов по многоцелевой тематической обработке информации, получаемой с научно-образовательных микроспутников. Это позволило на базе Центра аэрокосмического образования БГУ открыть новую специальность - «Аэрокосмические радиоэлектронные и информационные системы и технологии».

В рамках программы «Кос-мос-НТ» был разработан опытный образец модуля оптического научной аппаратуры оптико-радиофизического комплекса для космического эксперимента «Диагностика», который планируется провести в 2013-2014 гг. на базе МКС (цель - спутниковый мониторинг околоземной среды и изучение влияния на нее природных и техногенных воздействий).

Белорусские специалисты модернизировали высокоточный кинотеодолит «Висмутин» на космодроме Байконур путем установки комплекта аппаратуры программного наведения, позволяющего исключить ошибки оператора-человека при сопровождении изделия в неблагоприятных метеоусловиях.

Были разработаны программный комплекс для автоматиза-

ции проектирования цифровых интегральных микросхем в библиотечном базисе, оптимизированных по энергопотреблению, конструкторская документация и технологический маршрут изготовления КМОП базового матричного кристалла на основе радиационно стойкой технологии «кремний на изоляторе», выпущена опытная партия базового кристалла для производства элементной базы космического и специального назначения.

Была отработана технология синтеза пленок полупроводниковых материалов Си(1и,Оа)(8в,8)2 с различным элементным составом тонкопленочных солнечных элементов на гибких подложках. Элементы обладают повышенным КПД (10-11%), большим сроком службы, высокой радиационной стойкостью, устойчивостью к климатическим и механическим влияниям, что повышает срок эксплуатации солнечных батарей КА и приборов бытового назначения.

Результаты реализации белорусской части программы «Космос-НТ» способствовали дальнейшему развитию Белорусской космической системы дистанционного зондирования Земли и были направлены на обеспечение потребности отечественных потребителей в космической информации и решение отраслевых задач экономики.

В прошедшем году завершена реализация союзной программы «Нанотехнология-СГ» на 2009-2012 гг., направленной на разработку нанотехнологий для конструирования материалов, устройств и систем космической техники и их адаптацию к другим отраслям и массовому производству.

Создание в рамках космических программ Союзного государства информационных технологий, аппаратно-программных комплексов и приборов существенно увеличивает экспортный потенциал белорусских и российских предприятий, а также позволяет последним совместно с партнерами из других

стран СНГ, в частности Украины, и дальнего зарубежья производить научно-техническую продукцию космического и двойного назначения. Свидетельство этого - контракты белорусских предприятий с зарубежными партнерами.

В настоящее время завершается согласование проекта новой программы Союзного государства «Разработка космических и наземных средств обеспечения потребителей России и Беларуси информацией дистанционного зондирования Земли» («Мони-торинг-СГ») на 2013-2017 гг. Ее цель - разработка технологий и программных комплексов для повышения надежности и долговечности маломассогабаритных космических средств ДЗЗ.

Программой «Монито-ринг-СГ» поставлена задача создания:

■ технических средств, технологий и программных комплексов, обеспечивающих повышение качества и работоспособности КА в течение их гарантийного срока (10 лет);

Рис. 3.

Экспериментальная модель

микроспутника

«Союз-Сат-О»

на базе образца

унифицированной

микроспутниковой

платформы

Рис. 4.

Многозональная

цифровая

оптическая

экспериментальная

аппаратура

регистрации

изображений

и измерения

температурных

полей

ракет-носителей

о

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

X X

5

X

■ новых образцов целевой аппаратуры КА ДЗЗ, включая бортовой радиолокационный комплекс СВЧ-диапазона с синтезированной апертурой и бортовой гиперспектральный оптико-электронный комплекс;

■ экспериментальных образцов научного оборудования, микроэлектронных элементов, конструкционных материалов и покрытий, адаптированных для использования на борту микроспутника ДЗЗ;

■ новых информационных технологий приема, обработки, хранения и доведения до широкого круга потребителей данных ДЗЗ от КА с перспективной аппаратурой наблюдения, орбитальной группировки КА на основе применения современных достижений вычислительной техники и телекоммуникационных средств;

■ опытных аппаратно-программных комплексов и технических средств для обеспечения подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов в области космического мониторинга Земли.

Рис. 5.

СО Технология

о (N и аппаратно-

>s программный

го комплекс учета

О состояния лесного

LO Z фонда и ресурсной

S оценки поврежден-

и < ных насаждений

ей О в результате

X X воздействия на них

S S неблагоприятных

< * > природно-клима-

< X тических факторов

10

Следует ожидать, что реализация новой программы «Мо-ниторинг-СГ» станет логичным продолжением долгосрочного сотрудничества двух государств по интеграции их наземных и орбитальных космических средств, а также интеллектуальных и производственных ресурсов в освоении космического пространства в мирных целях, расширении технических возможностей национальных систем ДЗЗ в интересах решения актуальных проблем экономики Беларуси и России. ■

Контроль загрязнения природной среды

аэрокосмическим методом

Оптическое аэрокосмическое зондирование основано на измерении теплового излучения атмосферы и подстилающей поверхности или рассеянного ими солнечного света.

Важнейшая задача спутникового мониторинга Земли - контроль загрязнения атмосферы, в частности антропогенного, вызванного достаточно мощными выбросами локальных источников. Над решением этой проблемы работают во многих исследовательских центрах России, США (NASA), Европы (ESA), Японии и других стран.

Еще одна задача - дистанционное изучение суши и водоемов по спектральным и пространственным характеристикам сигнала, отраженного от поверхности. В этом случае возникающая в атмосфере «дымка» искажает регистрируемый сигнал, особенно при малых значениях коэффициентов отражения поверхности. Поэтому эффективность использования спутниковой информации в значительной мере определяется тем, насколько действенна атмосферная коррекция спутниковых данных, предназначенная для устранения влияния атмосферы на результаты дистанционного зондирования Земли.

Необходимо обеспечить приемлемую величину отношения сигнала к шуму в измерительных космических приборах, и это заставляет идти на компромисс при выборе пространственного разрешения и ширины спектрального канала прибора. Многозональные съемочные системы (МСС) высокого пространственного разрешения (~10-15 м) имеют сравнительно широкие спектральные каналы (-70-100 нм) (ASTER на американ-

ской платформе TERRA, Белорусский космический аппарат (БКА), российский «Канопус-В» и др.). На многоспектральных приборах (МСП), формирующих изображения с большим числом узких (~10 нм) спектральных каналов (MODIS, MERIS и др.), можно проводить атмосферную коррекцию, но со сравнительно грубым пространственным разрешением (-300-1000 м). В рамках программ Союзного государства «Космос-СГ» и «Космос-НТ» описана совместная обработка данных МСП и МСС с целью восстановления оптических характеристик аэрозольной атмосферы и поверхности Земли с высоким пространственным разрешением. Такой подход предполагается в дальнейшем использовать при анализе информации БКА.

Модель атмосферы и подстилающей поверхности

В первую очередь необходимо создать оптическую модель атмосферы и земной поверхности и разработать метод расчета спектрального коэффициента яркости (СКЯ) на верхней границе атмосферы. В данном исследовании модель включает стратификацию микроструктуры и концентрации аэрозоля, высотные профили концентрации основных атмосферных газов, а также профили температуры и давления. Оптические свойства атмосферы (показатели ослабления и поглощения, а также элементы матрицы Мюллера, необходимые для учета поляризации излучения) рассчитываются с учетом вклада

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.