«Обилие долгостроя при скромных результатах на орбите»

Текущее состояние дистанционного зондирования Земли из космоса в России и за рубежом

Алексей Кучейко 27.02.2013, 18:53
В 2012 году Россия запустила 3 спутника для дистанционного зондирования Земли iStockPhoto
В 2012 году Россия запустила 3 спутника для дистанционного зондирования Земли

Россия осталась единственным в мире оператором космических спутников с пленочной фотоаппаратурой. О текущем состоянии дистанционного зондирования Земли в России и за рубежом рассказывает в своей лекции на «Газете.Ru» кандидат технических наук, заместитель генерального директора ИТЦ СКАНЭКС Алексей Кучейко.

В 2012 году на орбиты вокруг Земли запущены 24 гражданских, коммерческих и военных космических аппарата (КА) для съемки Земли, принадлежащие 13 странам и организациям. Бесспорным лидером по числу запущенных национальных КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) четвертый раз с 2007 года становится Китай (8 спутников), с большим отрывом опередивший Россию (3 КА), Францию (2 КА), метеорологическую организацию Eumetsat (2 метеоспутника) и еще 9 стран, запустивших по одному спутнику. За прошедшие годы лидерство Китая по годовым темпам запусков КА ДЗЗ оспаривали лишь США (2009) и Германия (2008). Впервые в число стран — операторов национальных средств ДЗЗ вошла Венесуэла, для которой Китай создал и запустил первый КА VRSS-1 «Франсиско де Миранда». В декабре 2012 года КНДР формально вошла в клуб «космических держав», запустив свой спутник собственной ракетой-носителем с национального полигона. Несмотря на официальные заявления об успешной работе спутника КМС-3-2 с аппаратурой съемки Земли низкого разрешения, признаков его функционирования на орбите не было отмечено, и северокорейский запуск в статистике не учтен. Отметим, что в данной выборке учтены гражданские, коммерческие и военные спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с оптико-электронной и радиолокационной аппаратурой, позволяющей получать изображения Земли с пространственным разрешением от низкого (1–4 км) до сверхвысокого (<1 м).

По общему числу запусков спутников с аппаратурой съемки Земли результаты 2012 года (24 КА) оказались рекордными за последние 12 лет.

В 2000–2007 годах темп запусков спутников ДЗЗ составлял в среднем по 10–19 спутников, в 2008-м – 21, в 2009-м – 22, в 2010-м – 14 и в 2011-м – 23 КА. По типу съемочной аппаратуры подавляющее число аппаратов (21 КА) оснащены оптической аппаратурой съемки Земли, а три спутника (США, Индии и Китая) — радиолокаторами с синтезированной апертурой.

По назначению и решаемым задачам новые спутники ДЗЗ в 2012 году распределены следующим образом:
— 17 КА гражданских (в том числе научных и экспериментальных) и двойного назначения Китая, России, Франции, Ирана, Индии, Японии, Кореи, Белоруссии, Германии, Венесуэлы;
— четыре военных КА видовой разведки Китая, США, России и Турции;
— три метеорологических КА Китая и европейской организации Eumetsat.

Из числа 17 новых КА, гражданских, коммерческих и двойного назначения, шесть спутников относятся к экспериментальным и научным. На мировом и российском рынке геоданных могут быть доступны продукты только девяти спутников, среди них ZY-3 и TH-1-02 (Китай), RISAT-1 (Индия), «Канопус-В» (Россия), «БелКА» (Беларусь), SPOT 6 и Pleiades-1В (Франция), Kompsat-3 (Корея) и Gokturk-2 (Турция). Учитывая производительность аппаратуры, качество продуктов и наличие глобальной дистрибьюторской сети, наибольшее влияние на мировой рынок ДЗЗ в ближайшие годы могут оказать спутники SPOT 6, Pleiades-1B и Kompsat-3. Планы распространения данных двух спутников VRSS-1 (Венесуэла) и HJ-1C (Китай) пока неизвестны.

Интересно отметить, что из 24 запущенных КА съемки Земли 23 изготовлены на средства госбюджета или организаций, только один спутник — SPOT 6 — относится к коммерческим, созданным полностью на средства европейской аэрокосмической компании EADS Astrium.

В последние годы ежегодно запускаются три-пять образовательных нано- и микроспутников с камерами ДЗЗ. Лидерами в этом направлении выступают университеты Японии, США, Китая, что является результатом целенаправленной государственной политики развития космических технологий со стороны национальных министерств и космических агентств. В 2012 году на орбиту запущены пять наноспутников Японии и Румынии, а также российский микроспутник МиР «Юбилейный-2», созданный в Сибирском аэрокосмическом университете, г. Красноярск. Японские кубсаты были доставлены на МКС и «отстреляны» от станции 4 октября. С точки зрения отработки передовых технологий интерес представляет наноспутник We-Wish с микрокамерой, работающей в длинноволновой части ИК-спектра. Перечисленные спутники не включены в общую статистику запусков, так как обладают малым сроком активного существования и не оказывают влияния на мировой рынок геоинформатики (также в выборке не учитывались спутники ДЗЗ для исследований атмосферы, океанов и льда, не формирующие изображений поверхности Земли, автоматические зонды с аппаратурой съемки поверхности Луны и планет и военные космические аппараты, запущенные по секретным программам).

В последние годы в области видовой космической разведки стали популярными варианты двойного применения ресурсов спутников (обычно с аппаратурой метрового и субметрового разрешения) в интересах оборонных и гражданских ведомств. В 2012 году на орбиты выведены четыре таких спутника – для Китая, Франции, Кореи и Турции. Многоцелевое использование ресурсов спутников высокодетальной съемки дает более высокий экономический эффект по сравнению с узковедомственными специализированными системами.

Всего в конце 2012 года 32 страны и организации являлись операторами примерно 170 КА с аппаратурой съемки Земли, включая метеоспутники.

Однако к числу ведущих держав в области ДЗЗ можно отнести лишь 12–14 стран, которые являются операторами национальных систем съемки Земли численностью от >30 до 2–4 КА, среди них (в порядке убывания числа КА) США, Китай, Индия, Германия, Япония, Франция, Израиль, Россия, Италия, Великобритания, Канада, организации Eumetsat и Европейское космическое агентство ESA.

Крупнейшими по численности, типам КА и решаемым задачам являются системы ДЗЗ США, стран Европы, Китая и Индии. Страны Европы объединили усилия в области космической метеорологии (организация Eumetsat) и научно-прикладных программ съемки Земли (космическое агентство ESA), но одновременно продолжают развивать национальные специализированные сегменты, ориентированные на решение наиболее актуальных прикладных задач.

В России после кризисных годов спутниковая группировка ДЗЗ создается практически заново.

Ниже приведем информацию по отдельным странам.

Китай

Китай запустил в 2012 году 8 КА в целях поддержания и расширения состава национальных систем видовой космической разведки, картографии, метеонаблюдения и мониторинга ЧС:
— два КА видовой разведки — «Яогань-14» и «Яогань-15»;
— два картографических спутника со стереокамерами «Цзыюянь-3», «Тяньхуэй 1-02»;
— один геостационарный метеоспутник «Фэнюнь-2F» (FY-2F, Фэн Юнь – «ветер и облака»);
— два экспериментальных КА «Шицзянь-9А» и «Шицзянь-9В»;
— один КА мониторинга ЧС с радиолокатором «Хуаньцзин-1С» (HJ-1C).

К основным итогам 2012 года для Китая можно отнести успешный запуск на низкую орбиту высотой 470 км КА видовой разведки «Яогань-14», который, по данным западных аналитиков, является аппаратом видовой космической разведки нового поколения, оснащенным оптоэлектронной системой субметрового пространственного разрешения.

Важным результатом является развертывание национальной космической картографической системы на базе спутников с многокамерными оптоэлектронными стереосистемами двух типов: гражданских КА «Цзыюань-3» (ZY-3, в переводе «ресурс») и двух военных КА «Тяньхуэй 1-01» (запущен в 2010 году) и «Тяньхуэй 1-02» (ТН, в переводе «небесный художник»). Интересно отметить, что в 2012 году китайская компания впервые начала распространять на мировом рынке продукты военных «картографов» ТН-1.

Другим значимым результатом стало завершение развертывания системы мониторинга ЧС в трехспутниковом составе — 2+1 — в результате успешного запуска КА с радиолокатором HJ-1C, который дополнит два ранее запущенных КА HJ-1A/-1B с оптической аппаратурой видимого и инфракрасного диапазона.

Нельзя не отметить активную деятельность Китая по предоставлению на рынке развивающихся стран комплексных услуг по разработке «под ключ» спутниковых систем ДЗЗ и их запуску.

В 2012 году запущен изготовленный Китаем для Венесуэлы первый национальный спутник VRSS-1, часть ресурсов которого Пекин будет использовать для съемки своей территории в обмен на аналогичное использование ресурсов китайских спутников. Китай подписал контракты на создание аналогичных систем ДЗЗ для Туркмении, Азербайджана и Пакистана.

Можно ожидать, что в ближайшие годы Китай продолжит усилия по созданию многокомпонентной национальной системы ДЗЗ и продвижению своих технологий и услуг на рынки развивающихся стран. Следует отметить, что Китай закупает в значительных объемах также космическую информацию западных компаний — операторов систем ДЗЗ, характеристики которых пока превосходят китайские аналоги.

США

Соединенные Штаты, при относительно невысоких годовых темпах запусков КА съемки Земли, тем не менее остаются мировым лидером в отрасли, что объясняется большой продолжительностью орбитальной эксплуатации (7–10 лет и более) и высоким качеством поставляемых геоинформационных продуктов. В США созданы и эксплуатируются три системы сбора, обработки и распространения ДЗЗ: открытая федеральная гражданская, закрытая федеральная в интересах национальной разведки, коммерческая система двойного назначения. В состав открытой федеральной гражданской системы входят гражданские КА ДЗЗ, созданные на средства госбюджета по программам EOS, Landsat, POES (NOAA) и GOES.

Информация с гражданских бюджетных спутников распространяется на весь мир бесплатно на недискриминационной основе.

Абсолютный рекорд космического долголетия (почти 28 лет) установил спутник Landsat-5, эксплуатация которого была прекращена в декабре 2012 года, накануне старта нового аппарата LDCM (Landsat-8). Изображения, собранные по программе Landsat с 1972 года, распространяются через веб-порталы геологической службы США USGS. Аналогичная политика свободного доступа сохранится и после начала эксплуатации нового КА Landsat-8 в 2013 году.

В 2012 году продолжались орбитальные испытания запущенного в 2011 году экспериментального метеоспутника Suomi NPP, специалисты NASA и NOAA выполняли калибровку радиометра VIIRS и разрабатывали алгоритмы обработки, которые доступны сообществу операторов станций приема информации Suomi NPP. На основе спутника Suomi NPP продолжается разработка перспективных метеоспутников JPSS-1/-2, которые после 2017 года заменят на орбите NOAA-19 и Suomi NPP.

Закрытая федеральная система видовой космической разведки (ВКР) создана в интересах разведывательного сообщества и оборонных ведомств на средства госбюджета по закрытым статьям. В 2012 году в США был выведен на орбиту высотой 1077/1099 км с обратным наклонением новый секретный КА, получивший в сообществе астрономов-любителей условное наименование FIA Radar-2. Многокомпонентная система ВКР США состоит из подсистемы радиолокационной разведки (два новых КА FIA-Radar-1/-2 и КА с радиолокаторами старой серии Lacrosse) и подсистемы оптоэлектронной разведки сверхвысокого разрешения с КА KH-12, с крупноразмерными оптическими телескопами. Кроме того, в состав ВКР могут входить секретные компоненты и подсистема тактической ВКР для наблюдения за объектами в кризисных зонах, в том числе в Африке, Иране, на Среднем, Ближнем и Дальнем Востоке и в КНДР, по оперативным заказам передовых командований. В составе системы тактической ВКР применяются миниспутники Tacsat-3 (эксплуатация прекращена в 2012 году), ORS-1, а также может быть использована аппаратура, устанавливаемая в грузовом отсеке секретных беспилотных минишаттлов OTV (Operation Test Vehicle), созданных по секретной программе Х-37В. В 2012 году завершил рекордный по длительности полет челнок по программе OTV-2 и запущен корабль OTV-3.

В целях увеличения производительности системы ВКР осуществляется закупка ресурсов коммерческих спутников двойного назначения, создаваемых по требованиям управления геопространственной разведки NGA (программа Enhanced View). В 2009 году конгресс США одобрил «решение 2+2», предусматривающее закупку двух новых секретных (exquisite) КА и ресурсов двух новых КА у коммерческих операторов.

Локомотивами развития современного рынка спутниковых геоданных являются коммерческая система ДЗЗ двойного назначения (по сути, форма частно-государственного партнерства) двух компаний GeoEye (GE) и DigitalGlobe (DG), которым принадлежат пять спутников субметрового разрешения (0,41 м – 0,8 м) и более 60% мирового рынка. Управление геопространственной разведки США NGA служит крупнейшим источником финансирования коммерческой отрасли ДЗЗ, закупая по программе EnhancedView более 50% ресурсов коммерческих спутников. Обе компании при поддержке NGA разрабатывают спутники третьего поколения GeoEye-2 и WorldView-3 с разрешением 25–30 см (вторая пара КА в «решении 2+2»), которые должны быть запущены в 2013–2014 годах.

В 2012 году администрация президента Обамы начала крупные сокращения бюджетных расходов, под которые попала программа EnhancedView.

Последствиями преимущественной ориентации коммерческих компаний-операторов на оборонный рынок стало решение о слиянии двух компаний в одну DigitalGlobe, которая по обороту стала самой крупной в мире компанией — поставщиком геоданных от пяти КА субметрового разрешения. Производство двух новых спутников будет продолжено, но планы запуска в 2013 году КА GeoEye-2 пока отложены и будут уточняться в зависимости от конъюнктуры рынка и планов закупок управления NGA. Очевидно, сокращение бюджета программы EnhancedView привело к трансформации «решения 2+2» в более скромный «вариант 2+1». Образование одного оператора коммерческих спутников в США позволит ему успешнее конкурировать на мировом рынке с французской компанией Astrium GEO — новым мировым поставщиком продуктов полуметрового разрешения.

Европа

В апреле 2012 года внезапно прекратил работу европейский КА ENVISAT — крупнейший в мире восьмитонный гражданский спутник ДЗЗ, оснащенный радиолокатором ASAR и девятью датчиками. Космическое агентство ESA предполагало использовать ветерана ENVISAT (запущен в 2002 году) до 2014 года. В связи с возникшим дефицитом радарной информации агентство ESA начало закупать у Канады ресурсы спутников RADARSAT-1/-2 для сервисов контроля морской обстановки и ускорило изготовление КА Sentinel-1, который планируется запустить в 2013 году. Sentinel-1 станет первым в серии перспективных европейских спутников пяти типов с различными датчиками, предназначенными для сбора информации в интересах как научных исследований, так и для прикладных применений в рамках программы информационных сервисов GMES.

Наиболее значимых успехов в 2012 году среди стран Европы достигла Франция, запустив новые спутники SPOT 6 (пространственное разрешение 1,5 м) и Pleiades-1B (разрешение до 0,5 м). В результате на орбите сформирована система из 4 КА Pleiades-1A/1B, SPOT 5/6, которая позволяет выполнять съемку любого района Земли в течение суток.

В результате Франция сможет нарушить американскую монополию на поставку цветных продуктов полуметрового разрешения. Система из четырех спутников тщательно проработана и оптимизирована по затратам.

Спутники двойного назначения Pleiades изготовлены на средства госбюджета, оператором системы является космическое агентство CNES, а КА SPOT 6 и однотипный SPOT 7 (запуск в 2014 году) изготовлены на средства компании EADS Astrium.

Стоит также отметить, что в связи с запусками новых спутников в начале 2013 года прекращена эксплуатация КА SPOT 4, который был запущен в 1998 году и проработал на орбите почти 15 лет. Спутник был уведен с рабочей орбиты с исправной бортовой аппаратурой съемки, но на последних запасах топлива, в соответствии с политикой минимизации объектов космического мусора.

В 2012 году российской ракетой был запущен экспериментальный мини-спутник Германии TET-1, с оптическими камерами видимого и инфракрасного спектра, для отработки технологий обнаружения пожаров из космоса.

Япония

Япония осуществила первый в своей истории коммерческий запуск ракеты-носителя Н-2, в результате которого на орбиту выведены научно-исследовательский спутник GCOM-W и корейский КА с ОЭС субметрового разрешения Kompsat-3 (Arirang-3). Научный КА GCOM-W1 (Global Change Observation Mission — миссия по наблюдению за глобальными изменениями) предназначен для наблюдения океана с помощью сканирующего СВЧ-радиометра AMRS2 с пространственным разрешением 5…50 км. После запуска спутник получил наименование Shizuku (в переводе «капля») и занял свое место в составе так называемого дневного орбитального поезда (A-Train) – группы спутников ДЗЗ Aura, Calipso, Cloudsat и Aqua для квазиодновременных измерений параметров атмосферы, суши и океана. Прибор AMRS2 позволит продолжить изучение явлений Эль-Ниньо, Ла-Нинья и сезонных изменений ледового покрова полюсов.

В начале 2013 года Япония запустит два спутника видовой разведки: IGS Radar-4 с РСА и экспериментальный КА IGS Optical-5 Demo c ОЭС субметрового разрешения. На 2013 год запланированы также запуски гражданского КА ALOS-2 с радиолокатором и коммерческого спутника ASNARO с оптоэлектронной системой субметрового разрешения.

Индия

Индийская космическая группировка ДЗЗ пополнилась вторым радиолокационным спутником RISAT-1 с многофункциональным радиолокатором С-диапазона частот (5,35 ГГц). Бортовой радиолокатор RISAT-1 обеспечит съемку Земли в пяти различных режимах, с максимальным разрешением 1–3 м в ширине 10 км и обзорную съемку с разрешением 50 м в полосе шириной 240 км. Всего в составе национальной группировки ДЗЗ насчитывается 12 спутников: TES, Resouresat-1, -2, Cartosat-1, -2, -2A, -2B, IMS-1, Megha-Tropiques, Oceansat-2, RISAT-1, -2, а также два спутника с метеоаппаратурой на ГСО.

Корея

Республика Корея в 2012 году пополнила национальную космическую группировку съемки Земли третьим спутником. Новый КА двойного назначения Kompsat-3 разработан при содействии EADS Astrium и обеспечивает съемку с разрешением до 0,7 м в панхроматическом режиме и 2,8 м в мультиспектральном режиме. В результате в системе ДЗЗ Кореи используются три спутника разного типа: геостационарный КА COMS с мультиспектральными датчиками съемки Земли с разрешением 350 м; Kompsat-2 (класса IKONOS) с аппаратурой метрового разрешения и новый Kompsat-3 с оптической аппаратурой субметрового разрешения.

Корея последовательно создает национальную систему видовой космической разведки, в состав которой в ближайший год войдут спутники Kompsat-3A с оптической аппаратурой инфракрасного диапазона для ночной детальной съемки и Kompsat-5 с РСА метрового разрешения. В перспективе будет создана система из четырех корейских спутников оперативного видового наблюдения с оптическими и радарными спутниками высокого и сверхвысокого разрешения.

Россия

В 2012 году, впервые за многие годы, в России запущены три спутника с аппаратурой съемки Земли: короткоживущий КА детальной фоторазведки «Космос-2480» типа «Кобальт-М» (Россия осталась единственным в мире оператором спутников с пленочной фотоаппаратурой); долгожданный мини-спутник детальной съемки Земли «Канопус-В» и экспериментальный научный мини-спутник «Зонд-ПП».

Долгожданным успехом отечественной программы ДЗЗ стал ввод в эксплуатацию КА «Канопус-В» вместе с однотипным КА «БелКА» Республики Беларусь. Несмотря на сравнительно ограниченную производительность съемочной аппаратуры, спутники продемонстрировали высокое качество снимков с разрешением до 2,1 м в панхроматическом канале камеры ПСС (полоса 23 км) и 10 м в четырех спектральных каналах видимого и ближнего ИК диапазонов камеры МСС (полоса захвата 20 км).

В групповом запуске вместе с КА «Канопус-В» на орбиту выведен научный КА «Зонд-ПП» на базе мини-платформы «Карат» НПО имени С. А. Лавочкина. Экспериментальный спутник оснащен радиометром L-диапазона, созданным в Институте радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, мультиспектральной камерой и первым отечественным гиперспектрометром ГСК для съемки в 150 спектральных каналах (разработчик — компания «Лептон»). Детальное описание оптической аппаратуры в открытой печати отсутствует, но были опубликованы принятые со спутника изображения. Для сравнения, гражданские гиперспектрометры уже работают на спутниках ЕО-1 (США) с 2000 года, Proba-1 (Европа) с 2001-го, HJ-1A (Китай) и IMS-1 (Индия) с 2008-го.

В 2012 году Роскосмос провел конкурс на создание новой системы, четырехспутниковой, оперативного оптического мониторинга Земли «Обзор-О», победителем которого стал Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева. Стоимость контракта – 4,66 млрд рублей. Запуск первого КА «Обзор-О» с оптико-электронной аппаратурой мультиспектральной съемки Земли с разрешением 7 м планируется осуществить до 2015 года. По описанию, проектируемая система близка по характеристикам к многоспутниковой системе RapidEye. В декабре 2012 года объявлен конкурс на новую систему радиолокационного мониторинга «Обзор-Р» стоимостью 3,6 млрд рублей, а перед этим была закрыта аналогичная программа «Аркон-2М». Продолжается разработка спутников ДЗЗ в составе систем «Арктика» и «Картограф».

Закрытие старых и появление новых программ ДЗЗ, обилие перспективных проектов долгостроя при достаточно скромных пока результатах на орбите – все эти процессы не лучшим образом характеризуют состояние современной отрасли ДЗЗ России.

Планы на 2013 год
Наиболее значимыми событиями для мирового рынка геоданных могут стать уже осуществленный запуск КА Landsat-8 (США) и перспективных спутников Sentinel-1 (ESA), SEOSAT (Испания), ALOS-2 и ASNARO (Япония). В опубликованных в печати на 2013 год планах упоминаются не менее шести гражданских отечественных спутников — «Ресурс-П» №1 и №2, «Канопус-СТ», «Электро-Л» №2, «Кондор-Э», «Метеор-М» №2. Наиболее совершенными из них являются спутники «Ресурс-П».