Глава 2 новейшие и перспективные спутники дзз

Революционное развитие компьютерных, космических, информационных технологий в конце XX – начале XXI в. привело к качественным изменениям в отрасли дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): появились космические аппараты со съемочными системами нового поколения, позволяющие получать снимки со сверхвысоким пространственным разрешением (до 41 см у спутника GeoEye-1). Съемки ведутся в гиперспектральном и многоканальном мультиспектральном (в настоящее время до 8 каналов у спутника WorldView-2) режимах. Основными тенденциями последних лет является появление новых спутников сверхвысокого разрешения с улучшенными характеристиками (французская система Pleiades), разработка концепции оперативной и глобальной съемки земной поверхности с высоким разрешением с помощью группировок малых спутников (группировка немецких спутников RapidEye, пополнение группировки DMC спутником высокого разрешения, перспективные спутники SkySat, NovaSAR и т. д.). В технологиях ДЗЗ, помимо традиционных направлений (улучшение пространственного разрешения, добавление новых спектральных каналов, автоматизация процессов обработки и оперативного предоставления данных), появляются разработки, связанные с оперативной видеосъемкой объектов из космоса (например, разработки компании SkyBoх Imaging, США).

Россия является одним из лидеров в области ДЗ, в соответствии с Федеральной космической программой в 2012 г. был осуществлен запуск малого космического аппарата (КА) «Канопус-В». Он предназначен для обеспечения подразделений Роскосмоса, МЧС России, Минприроды России, Росгидромета, РАН и других заинтересованных ведомств оперативной информацией. Спутник решает задачи обнаружения лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду, мониторинга чрезвычайных ситуаций и т.д. Его характеристики приведены в таблице 2.1.

Кроме спутника «Канопус-В», в настоящее время в составе российской орбитальной группировки ДЗЗ завершают работу спутники «Ресурс-ДК1» (запущен в 2006 г.) и «Монитор-Э» (запущенв 2005 г.). Особенностями КА «Ресурс-ДК1» являются повышенные оперативные и точностные характеристики получаемых изображений (разрешение 1 м в панхроматическом режиме, 2–3 м — в мультиспектральном). Данные со спутника активно используются для создания и обновления топографических и специальных карт, информационного обеспечения рационального природопользования и хозяйственной деятельности, инвентаризации лесов и сельскохозяйственных земель, других задач.

Продолжением миссии российских спутников природно-ресурсного назначения высокого разрешения является КА «Ресурс-П», запущенный 25 июня 2013 г. При создании спутника применялись технические решения, наработанные при создании КА «Ресурс-ДК1». Использование круговой солнечно-синхронной орбиты высотой 475 км позволит существенно улучшить условия наблюдения. С шести до трех суток улучшится периодичность наблюдения. Съемка будет вестись в панхроматическоми 5-канальном мультиспектральном режимах. Дополнительно к оптико-электронной аппаратуре высокого разрешения на спутнике будут установлены гиперспектральный спектрометр (ГСА) и широкозахватный мультиспектральный съемочный комплекс высокого (ШМСА-ВР) и среднего (ШМСА-СР) разрешения.

Таблица 2.1 Основные характеристики съемочной аппаратуры КА «Канопус-В» [2]

Спектральный диапазон, мкм	0,52–0,85
Пространственное разрешение (в надире), м	2,1 (10,5 в мультиспектральном режиме)
Ширина полосы обзора, км	Более 20 (при высоте 510 км)
Производительность съемки, млн. км2/сутки	Более 2
Периодичность съемки, сутки	5
Скорость передачи данных на наземный сегмент (Х-диапазон), Мбит/сек	2×122,8

В ближайших планах наращивания российской орбитальной группировки ДЗЗ запуск спутников серии «Обзор». Группировка из четырех КА «Обзор-О» предназначена для оперативной мультиспектральной съемки России, прилегающих территорий соседних государств и отдельных районов Земли. На первом этапе (2015–2017 гг.) планируется запустить два космических аппарата, на втором (2018–2019 гг.) — еще два. Система «Обзор-О» будет служить для обеспечения данными космической съемки МЧС России, Минсельхоза России, РАН, Росреестра, других министерств и ведомств, а также регионов России. На КА «Обзор-О» №1 и №2 планируется установить опытные образцы гиперспектральной аппаратуры. Согласно техническим требованиям к системе «Обзор-О» она должна состоять из четырех спутников, способных вести съемку в восьми спектральных диапазонах, в том числе в видимом и инфракрасном. Разрешение камер в видимом диапазоне будет составлять пять метров, в инфракрасном — не хуже двадцати метров. При этом на первом этапе создания системы, когда на орбите будут работать два аппарата, «Обзор-О» должен обеспечить съемку всей территории России не более чем за 30 суток; когда к работе приступят все четыре спутника — не более чем за 7 суток.

Мощный толчок развитию ДЗЗ в Беларуси должен придать запуск в 2012 г. БКА (Белорусского космического аппарата). Спутник обеспечит полное покрытие территории страны космической съемкой. По международной классификации космический аппарат относится к классу малых спутников (он

полностью идентичен КА «Канопус-В»). Полезная нагрузка БКА включает панхроматическую и мультиспектральную камеры с полосой захвата 20 км. Полученные снимки позволяют рассмотреть объекты на земной поверхности с разрешением 2,1 м в панхроматическом режиме и 10,5 м — в мультиспектральном. Этого достаточно для того, чтобы выполнять различные задачи, связанные с мониторингом, например выявление очагов пожаров и т. д. Однако в будущем стране может понадобиться спутник с более высоким разрешением. Белорусские ученые готовы начать разработку космического аппарата с разрешением до 0,5 м. Окончательное решение по проекту нового

спутника будет принято, по-видимому, в 2014 г., а его запуск можно ожидать не ранее 2017 г.

Старается не отставать в этой области и Украина, где в рамках реализации национальной космической программы был осуществлен запуск КА «Сич-2». Главными задачами спутника являются мониторинг аграрных и земельных ресурсов, водных объектов. Государственным космическим агентством Украины разрабатывается проект спутника с разрешением лучше 1 м.

США является признанным лидером в области спутников сверхвысокого разрешения. 1 февраля 2013 г. две ведущие американские компании DigitalGlobe и GeoEye — мировые лидеры в области поставки данных сверхвысокого разрешения — объединились. Новая компания оставила название DigitalGlobe. Суммарная рыночная стоимость компании составляет 2,1 млрд долл. В результате объединения компания DigitalGlobe в настоящее время обладает уникальными возможностями для предоставления широкого набора космических снимков и геоинформационных сервисов. Несмотря на монопольное положение в самом доходном сегменте рынка, основную часть доходов (75–80%) объединенной компании приносит оборонный заказ по 10‑летней программе EnhanctdView (EV) общей стоимостью 7,35 млрд долл., предусматривающий госзакупку ресурсов коммерческих спутников в интересах Национального агентства геопространственной разведки (NGA).

В настоящее время DigitalGlobe является оператором спутников ДЗЗ сверхвысокого разрешения WorldView-1 (разрешение 50 см), WorldView-2 (46 см), QuickBird (61 см), GeoEye-1 (41 см) и IKONOS (1 м). Общая суточная производительность системы — более 3 млн кв. км. В 2010 г. компания DigitalGlobe заключила контракт с компанией Ball Aerospace на разработку, создание и запуск спутника WorldView-3. Стоимость контракта составляет 180,6 млн долл. Компания Exelis VIS получила контракт на создание бортовой съемочной системы для спутника WorldView-3 на сумму 120,5 млн долл. Съемочная система World-View-3 будет аналогична той, которая установлена на КА WoldView-2. Кроме того, съемка будет проводиться в режимах SWIR (8 каналов; разрешение 3,7 м) и CAVIS (12 каналов; разрешение 30 м).

Таблица 2.2 Основные характеристики съемочной аппаратуры WorldView-3 [2]

Пространственное разрешение, м	0,31 (1,24)
Радиометрическое разрешение, бит/пиксель	11
Точность позиционирования, м	3,5
Ширина полосы съемки, км	13,1
Периодичность съемки, сутки	1

Перспективный КА GeoEye-2 начал разрабатываться в 2007 г. Он будет иметь следующие технические характеристики: разрешение в панхроматическом режиме — 0,25–0,3 м, улучшенные спектральные характеристики. Производитель сенсора — компания Exelis VIS. Первоначально запуск спутника планировался в 2013 г., однако после объединения компаний DigitalGlobe и GeoEye было принято решение, завершив создание спутника, поставить его на хранение для последующей замены одного из спутников на орбите либо до момента, когда спрос сделает его запуск выгодным для компании.

11 февраля 2013 г. был осуществлен запуск нового КА Landsat-8 (проект LDCM — Landsat Data Continuity Mission). Спутник продолжит пополнение банка изображений, получаемых с помощью спутников серии Landsat на протяжении уже 40 лет и охватывающих всю поверхность Земли. На КА Landsat-8 установлены два сенсора: оптико-электронный (Operational Land Imager, OLI) и тепловой (Thermal InfraRed Sensor, TIRS).

Таблица 2.3 Основные характеристики съемочной аппаратуры Landsat-8 [2]

Режим съемки	VNIR	SWIR	PAN	TIR
Спектральный диапазон, мкм	0,43–0,89	1,36–2,30	0,50–0,68	10,40–12,50
Пространственное разрешение, м	30	30	15	100
Радиометрическое разрешение, бит/пиксель	12

Во Франции стоит отметить спутниковую систему наблюдения за поверхностью Земли SPOT (Satellite Pour L’Observation de la Terre). Она спроектирована Национальным космическим агентством (CNES) совместно с Бельгией и Швецией. Система SPOT включает в себя ряд космических аппаратов и наземных средств. В настоящее время на орбите работают спутники SPOT-5 (запущен в 2002 г.) и SPOT-6 (запущен в 2012 г.). Спутник SPOT-4 был выведен из эксплуатации в январе 2013 г. КА SPOT-7 планируется запустить в 2014 г. Спутники SPOT-6 и SPOT-7 имеют идентичные характеристики. Пространственное разрешение в панхроматическом режиме составляет 2 м, в мультиспектральном — 8 м. Ширина полосы съемки — 60 км.

С запуском в 2011–2012 гг. КА Pleiades-1A и Pleiades-1B Франция начала программу съемки Земли со сверхвысоким разрешением, вступив в конкурентную борьбу с американскими коммерческими системами ДЗЗ.

Спутники Pleiades-1A и Pleiades-1B синхронизированы на одной орбите таким образом, чтобы иметь возможность обеспечить ежедневную съемку одного и того же участка земной поверхности. Использование космических технологий нового поколения, таких, как оптиковолоконные системы гиростабилизации, дает космическим аппаратам, оборудованным самыми современными системами, беспрецедентную маневренность. Они могут проводить съемку в любом месте 800-километровой полосы меньше чем за 25 секунд с точностью геопозиционирования меньше 3 м (CE90) без использования наземных опорных точек и 1 м — с использованием наземных точек. Спутники способны снимать более 1 млн кв. км в день в панхроматическом и мультиспектральном режимах.

Наиболее известным японским спутником ДЗЗ является ALOS (оптико‑электронная съемка с разрешением 2,5 м в панхроматическом режиме и 10 м — в мультиспектральном, а также радарная съемка в L-диапазоне с разрешением 12,5 м). КА ALOS был создан в рамках японской космической программы и финансируется Японским космическим агентством JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

КА ALOS был запущен в 2006 г., а 22 апреля 2011 г. возникли проблемы с управлением спутником. После трехнедельных безуспешных попыток восстановить работу космического аппарата 12 мая 2011 г. была дана команда на отключение питания оборудования спутника. В настоящее время доступны только архивные снимки. На смену спутнику ALOS придут сразу два космических аппарата — один оптико-электронный, второй радарный. Таким образом, специалисты агентства JAXA отказались от совмещения на одной платформе оптической и радарной систем, что было реализовано на спутнике ALOS, на котором установлены две оптические камеры (PRISM и AVNIR) и один радар (PALSAR).

Следует отметить также японский проект ASNARO. В основе проекта лежат инновационные технологии создания миниспутниковых платформ (массой 100–500 кг) и съемочных систем. Одна из целей проекта ASNARO — создание миниспутника сверхвысокого разрешения нового поколения, который бы мог конкурировать со спутниками других стран, аналогичными по своим характеристикам, за счет удешевления данных и возможности проектировать и изготавливать аппараты в более сжатые сроки. Спутник ASNARO предназначен для съемки земной поверхности в интересах правительственных организаций Японии.

Индия планирует запустить в 2014 г. очередной спутник серии CARTOSAT. Он будет снабжен оптико-электронной аппаратурой с беспрецедентным пространственным разрешением 25 см.

Китай в течение последних 6 лет создал многоцелевую орбитальную группировку спутников ДЗЗ, состоящую из нескольких космических систем: спутники видовой разведки, а также предназначенные для океанографии, картографии, мониторинга природных ресурсов и чрезвычайных ситуаций.

В 2011 г. Китай запустил больше других стран спутников ДЗЗ: два спутника видовой разведки Yaogan (YG)-12 (с оптико-электронной системой субметрового разрешения) и Yaogan (YG)-13 (с радаром с синтезированной апертурой); КА Hai Yang (HY)-2A с микроволновым радиометром для решения океанографических задач; многоцелевой спутник мониторинга природных ресурсов Zi Yuan (ZY)-1-02C в интересах Министерства земельных и природных ресурсов (разрешение 2,3 м в панхроматическом режиме и 5–10 м в мультиспектральном режиме с полосой съемки шириной 54 км и 60 км); оптический микроспутник (35 кг) TianXun (TX) с разрешением 30 м.

В 2012 г. Китай опять стал лидером по количеству запусков — национальная группировка ДЗЗ (не считая метеорологических спутников) пополнилась еще пятью спутниками: Yaogan (YG)-14 и Yaogan (YG)-15 (видовая разведка), Zi Yuan (ZY)-3 и Tian Hui (TH)-2 (картографические спутники), радиолокационный КА Huan Jing (HJ)-1C.

Космические аппараты TH-1 и TH-2 — первые китайские спутники, которые могут получать стереоснимки в виде триплета для геодезических измерений и картографических работ.

Канада планирует и дальше развивать серию спутников RADARSAT, укрепляя лидирующие позиции на рынке радарной съемки. В настоящее время на орбите находятся спутники RADARSAT-1 и RADARSAT-2.

Британская компания DMC International Imaging Ltd. (DMCii) является оператором группировки спутников DMC (Disaster Monitoring Constellation) и работает как в интересах правительств стран — владельцев спутников, так и осуществляет поставки космических снимков для коммерческого использования. Группировка DMC обеспечивает оперативную съемку районов стихийных бедствий для государственных агентств и коммерческого использования. Спутники также ведут съемку для решения задач сельского, лесного хозяйства и др. Разработчик спутников — британская компания Surrey

Satellite Technology Ltd. (SSTL). Все спутники находятся на солнечно‑синхронной орбите для обеспечения ежедневных глобальных покрытий съемками.

Входящий в группировку DMC британский КА UK-DMC-2 был запущен в 2009 г. Он ведет съемку в мультиспектральном режиме с разрешением 22 м в полосе шириной 660 м. На 2014 г. запланирован запуск трех новых спутников DMC-3a,b,c с улучшенными характеристиками. Они будут вести съемку в полосе шириной 23 км с разрешением в панхроматическом режиме 1 м и в 4-канальном мультиспектральном режиме (включая инфракрасный канал) — 4 м.

В Испании формируется национальная группировка спутников, в июле 2009 г. на орбиту был выведен спутник Deimos-1, который входит в состав международной группировки DMC. Он ведет съемку в мультиспектральном режиме с разрешением 22 м в полосе шириной 660 м.

В настоящее время компания Deimos Imaging разрабатывает спутник высокого разрешения Deimos-2, запуск которого запланирован на 2013 г. КА Deimos-2 предназначен для получения недорогих мультиспектральных данных ДЗЗ высокого качества. Вместе с КА Deimos-1 спутник Deimos-2 составит единую спутниковую систему Deimos Imaging.

В рамках европейского космического агенства планируется создание группировки спутников GMES (Global Monitoring for Environment and Security). GMES будет являться самой масштабной программой наблюдения Земли. Космический компонент GMES будет опираться на два типа систем ДЗЗ: спутники Sentinel, специально предназначенные для программы GMES (их оператором будет ESA), и национальные (или международные) спутниковые системы ДЗЗ, включенные в так называемые миссии содействия GMES (GMES Contributing Missions; GCMs).

Сейчас уже более 20 стран обзавелись своими собственными спутниками наблюдения Земли. Помимо упомянутых в статье стран, такие системы имеют Германия (группировка оптико-электронных спутников RapidEye, радарные космические аппараты TerraSAR-X и TanDEM-X), Израиль (КА EROS-A,B), Италия (радарные КА COSMO-SkyMed-1-4) и др. Каждый год этот своеобразный космический клуб пополняется новыми странами и системами ДЗЗ. В 2011–2012 гг. своими спутниками обзавелись Нигерия (Nigeriasat-Х и Nigeriasat-2), Аргентина (SAC-D), Чили (SSOT), Венесуэла (VRSS-1) и др. Запуск в декабре 2012 г. спутника Gokturk-2 (разрешение в панхроматическом режиме 2,5 м, в мультиспектральном — 10 м) продолжил турецкую программу ДЗЗ (на 2015 г. запланирован запуск третьего спутника серии Gokturk). В 2013 г. Объединенные Арабские Эмираты планируют запуск собственного спутника сверхвысокого разрешения Dubaisat-2 (разрешение в панхроматическом режиме 1 м, в мультиспектральном — 4 м). Ведутся работы над созданием принципиально новых систем космического мониторинга. Так, американская компания Skybox Imaging, базирующаяся в Силиконовой долине, работает над созданием самой высокопроизводительной в мире инновационной группировки мини-спутников ДЗЗ — SkySat. Она позволит получать космические снимки высокого разрешения на любой район Земли по нескольку раз в день. Данные будут использованы для оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации, мониторинга окружающей среды и т. д. Съемка будет вестись в панхроматическом и мультиспектральном режимах. Первый спутник группировки, SkySat-1, планируется запустить в 2013 г. После полного развертывания группировки (а всего планируется иметь на орбите до 20 спутников) у пользователей будет возможность просмотра любой точки Земли в режиме реального времени. Планируется также возможность проведения видеосъемки из космоса [2].