Пенсионный советник
Лекция по технолигии

Инспектор из космоса

Возможности дистанционного зондирования Земли

Лектор: 30.04.2010, 10:45
НЦ ОМЗ

Дистанционное зондирование Земли из космоса — метод комплексного мониторинга событий самой разной природы. Наблюдение катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС и землетрясения на Гаити, мониторинг строительства олимпийских объектов Сочи и паводковой ситуации на сибирский реках и просто составление карт повышенной точности — все это доступно специализированным спутникам. О работе одного из таких космических аппаратов — российского «Ресурса-ДК1» — рассказывает начальник научного центра оперативного мониторинга Земли Нина Новикова.

Что такое «Ресурс-ДК1»
Космический комплекс (КК) «Ресурс-ДК1» предназначен для дистанционного зондирования Земли из космоса (получения высокоинформативных изображений земной поверхности) в различных диапазонах спектра излучений с обеспечением оперативной доставки информации по радиоканалу (в масштабе времени, близком к реальному) непосредственно на наземные пункты приема. Наземные средства комплекса обеспечивают возможность последующей отраслевой и тематической обработки информации для решения задач в интересах социально-экономического развития России и международного сотрудничества в мирных целях.

«Ресурс-ДК1» предназначен для решения следующих задач:
— обновление топографических планов и карт;
— информационное обеспечение рационального природопользования и хозяйственной деятельности государственных структур, регионов России;
— информационное обеспечение в интересах экологии и охраны окружающей среды;
— оперативный мониторинг мест возникновения чрезвычайных ситуаций в интересах МЧС или иностранных заказчиков.

В интересах МЧС России спутник наблюдает районы ЧС с целью достоверной оперативной оценки последствий стихийных бедствий, аварий, катастроф и планирования мероприятий по их ликвидации.

Также возможен детальных контроль динамики распространения лесных пожаров и мониторинг паводковой ситуации вблизи населенных пунктов. Возможности спутника позволяют контролировать загрязнение нефтепродуктами сухопутных территорий, морских и океанских акваторий, оценивать крупномасштабные селевые и оползневые процессы. Более того, по изменению состояния ландшафтных и температурных полей можно контролировать радиационно-экологическую обстановку на объектах ядерной энергетики.

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) – очень активно развивающаяся область. На данном этапе в этой области лидируют США. Отчасти это определяется важной тенденцией: эти программы во многом финансируются частным капиталом. Например, в финансировании спутникиа World View-2 участвовала японская корпорация Hitachi.

Сейчас у США уже шесть спутников высокого и сверхвысокого разрешения.

В 2006 году, когда «Ресурс-ДК1» был запущен, США имели только два подобных спутника – Iconos и QuickBird. Однако наш «Ресурс» пока остается в одиночестве, а США уже запустили ряд спутников не только по госпрограмме, но с использованием обширных инвестиций частных компаний. Это особенно важно, так как спутники ДЗЗ гораздо качественнее работают «в связке». Другие страны запустили еще порядка 15 спутников. Многие из государств, конечно, не проектируют спутники сами. Они либо покупают их, либо производят в кооперации с кем-либо. И Россия (например, для ЮАР), и Канада (например, для Тайваня) разрабатывают аппараты «на экспорт». Они выходят на орбиту как спутники страны-заказчика и работают для их целей и задач, ведут съемку. Страна-производитель обеспечивает содействие по управлению и сервис. Это как если вы покупаете машину General Motors: ездите вы на ней сами, водите ее сами, а гарантии и сервис предоставляет компания. Таким образом на данный момент уже функционируют около 30 спутников дистанционного зондирования Земли.

Планирование спутниковой съемки и обработка данных

Планирование работы оптической аппаратуры спутника проходит в несколько этапов. На первом этапе с заявками потребителей работает комплекс долгосрочного планирования, который выбирает оптимальный вариант съемки, удовлетворяющий требованиям заказчиков на интервале планирования до 30 суток.
.
На следующем этапе сотрудники центра на основе долгосрочного планирования выбирают оптимальный вариант съемки на последующие сутки. Данный вид операции осуществляется на комплексе текущего планирования. В зависимости от степени срочности выбирается соотношение «длительность ожидания — качество» (наивысшее качество достигается при наименьшей облачности, лучшем освещении, на минимальной высоте и дальности относительно объекта съемки).

После того как план на день сформирован, через ЦУП в Королеве, с которым НЦ ОМЗ поддерживает постоянную связь, программа работы передается на борт спутника.

После выполнения съемки спутник передает информацию на наземный пункт приема, который находится в НЦ ОМЗ. Полученная информация каталогизируется, то есть обрабатывается для помещения в каталог. Далее выполняется стандартная обработка снимка, которая заключается в устранении геометрических и радиометрических искажений, а также точной геодезической привязке объектов, отобранных на снимке. Анализируется качество изображения, степень облачности, освещенности, и эти данные заносятся в каталог. Затем по карте уточняется привязка снимка к местности. Так как часто съемка выполняется в трех узких спектральных диапазонах, то в процессе обработки осуществляется также синтезирование цветного изображения, т. е. соединение трех снимков, полученных в разных спектральных диапазонах, в один цветной снимок.

После полной обработки снимка полученный продукт готовят к представлению заказчику. Его формируют в необходимом формате и передают заказчикам либо на съемных жестких дисках, либо через FTP.

Научная аппаратура «Ресурса-ДК1» и ее задачи

«Ресурс-ДК» является многофункциональным космическим аппаратом: одновременно с дистанционным зондированием Земли он обеспечивает возможность установки дополнительной аппаратуры для проведения научных исследований. В данный момент на базе спутника работают две научные установки – «Памела» и «Арина».

Эксперимент «Памела» (РИМ-2 – «Российско-итальянская миссия-2») занимается поиском частиц антиматерии (антипротонов, позитронов и антиядер) в первичном космическом излучении.

В самом начале эволюции Вселенной возникла так называемая барионная асимметрия — превышение количества элементарных частиц над числом античастиц. К барионам прежде всего относятся протоны и нейтроны, а также еще несколько очень короткоживущих элементарных частиц. Эта диспропорция возникла в эру аннигиляции — через три секунды с момента рождения Вселенной. До этого количества барионов и антибарионов были почти равны, но барионов было чуть больше, чем антибарионов. При массовой аннигиляции элементарных частиц и античастиц большинство из них «объединились» в «пары» и исчезли, породив электромагнитное излучение. Однако превышение на одну миллиардную долю числа частиц над античастицами и определило нынешнюю барионную асимметрию и отсутствие заметного количества антивещества во Вселенной.

Тем не менее небольшое количество античастиц было обнаружено в галактических космических лучах. Эти античастицы могут рождаться в ядерных взаимодействиях в межзвездном пространстве, но могут происходить и от аннигиляции темной материи.

«Памела» занимается регистрацией античастиц в космических лучах на околоземной орбите. На данный момент эксперимент является рекордсменом по числу зарегистрированных антипротонов и позитронов высоких энергий. С помощью этих исследований ученые надеются больше узнать о происхождении космических античастиц и приблизиться к разгадке тайны темной материи.

Головная организация по проекту – Национальный институт ядерной физики (INFN, Италия), а с российской стороны Национальный исследовательский ядерный Университет МИФИ. Аппаратура «Памела» представляет собой магнитный спектрометр, предназначенный для прецизионного измерения состава и характеристик космических лучей в околоземном пространстве.

Научному коллективу «Памела» уже удалось получить ряд интересных научных результатов,опубликованных в Nature и Physical Rewiew Letters в 2009 году.

Научная аппаратура «Арина» предназначена для регистрации высокоэнергетических электронов и протонов, испускаемых земной атмосферой под воздействием космических лучей. Разработчики аппаратуры – коллектив ученых из НИЯУ МИФИ — надеется, что идентификация всплесков альбедных частиц поможет выделить частицы — предвестники землетрясений и приблизиться к возможности предсказания сейсмической активности.

«Ресурс-П» — партнер «Ресурса-ДК1» на земной орбите

В конце 2010 года или в начале 2011 года ЦСКБ «Прогресс» планирует запустить еще один спутник в помощь «Ресурсу-ДК1» — «Ресурс-П». Он разработан на базе первого «Ресурса-ДК1», но по сравнению со своим предшественником обладает улучшенными эксплуатационными и техническими характеристиками. В частности,

на нем будет установлена оптико-электронная аппаратура с повышенной разрешающей способностью,

гиперспектральная аппаратура для получения информации дистанционного зондирования Земли и комплекс широкозахватной мультиспектральной аппаратуры для получения целевой информации со средним и низким уровнем разрешения в широкой полосе захвата. «Ресурс-П» превосходит «Ресурс-ДК1» в части ширины полосы захвата, ширины спектрального диапазона и количества узких спектральных диапазонов, периодичности наблюдения. Также повышается точность координатной привязки получаемых изображений.

Орбита «Ресурса-П» будет принципиально отличаться от орбиты «Ресурса-ДК». «Ресурс-ДК» вращается вокруг Земли по эллиптической орбите, каждый виток пролетая над разными регионами Земли. Он может снимать территории не севернее/южнее 70-го градуса северной/южной широты. «Ресурс-П» будет функционировать на околокруговой солнечно-синхронной орбите, область захвата полярных областей будет больше. Навигация «Ресурса-П» будет осуществляться с использованием навигационных полей спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS.