70 лет назад была получена первая фотография нашей планеты с суборбитальной высоты. Эта весьма знаменательная дата осталась почти незамеченной. А между тем 24 октября 1946 года можно считать точкой отсчёта в создании спутниковой системы дистанционного зондирования Земли. Сегодняшнюю жизнь без космических технологий ДЗЗ просто невозможно представить – они охватывают все сферы нашей жизни: от прогнозирования погоды и наблюдений за динамикой Мирового океана, до военной разведки и борьбы с террористическими группировками. Своей системой ДЗЗ недавно обзавёлся и Казахстан.
Всё произошло задолго до запуска на орбиту любимого детища Сергея Павловича Королёва – Первого искусственного спутника Земли. Как известно, отчаянные попытки обогнать СССР в самом начале ракетной гонки предпринимались в США, в том числе и командой Вернера фон Брауна. Прошло всего полтора года с того момента, как окончилась Вторая мировая война, а выдающего нацистского учёного и конструктора вывезли за океан вместе со всей продукцией, которую он успел разработать. Самым ценным американским трофеем в рухнувшем Третьем рейхе оказались ракетные технологии.
О космосе всерьёз задумывались ещё при Гитлере, однако ракета V-2 – наиболее передовое технологическое достижение того времени – могла совершать лишь суборбитальные полёты. В Штатах у фон Брауна было больше свободы в экспериментах, и поэтому он решил попробовать взглянуть на Землю с недостижимой для любого летательного аппарата высоты. 24 октября 1946 года с ракетного полигона White Sands в штате Нью-Мехико стартовала трофейная V-2, в головной части которой был установлен контейнер с фотокамерой. Ракета поднялась на 105 километров и пересекла так называемую линию Кармана, условную границу земной атмосферы и космоса. Затем головная часть упала на землю. Фотоаппарат был повреждён, однако плёнку удалось из него извлечь и проявить.
Камера в автоматическом режиме делала один кадр в полторы секунды. Часть из них оказалась достаточно качественной для научной работы. Это был своего рода прорыв, ранее снимки земной поверхности получали с высоты не более 22 километров. И самое главное, удалось выяснить, как именно Земля выглядит из космоса.
Эксперименты были продолжены. В общей сложности за четыре последующих года благодаря запускам V-2 удалось получить около тысячи снимков с высот до 150 километров. Но это ещё не была космическая эра – всего лишь суборбитальные полёты. Первое полноценное космическое путешествие по земной орбите совершил советский "Спутник-1" 4 октября 1957 года.
Сегодня мы живём в мире, где технологии развиваются взрывными темпами. Собственная система дистанционного зондирования Земли появилась в Казахстане совсем недавно, всего лишь два года назад. 30 апреля 2014 года с космодрома Куру Европейского космического агентства, расположенного во Французской Гвиане, на орбиту был запущен спутник KazEOSat-1.
Аппарат, обладающий практически рекордным для спутников такого уровня пространственным разрешением – 1 метр на пиксель, разработал для нашей страны французский аэрокосмический концерн Airbus Defence and Space, который до ребрендинга назывался EADS Astrium. Уже в июне 2014-го на орбиту отправился второй спутник ДЗЗ среднего пространственного разрешения KazEOSat-2. Его построил субподрядчик Airbus Defence and Space, британская компания Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL).
Оператором проекта казахстанской космической системы ДЗЗ стала национальная компания "Қазақстан Ғарыш Сапары". Её футуристическое на вид здание главного офиса находится на левобережной окраине Астаны, пока ещё в значительной удалённости от центра города. По контракту с французской стороной была создана достаточно серьёзная наземная инфраструктура. Она включает в себя комплекс управления космическими аппаратами, наземный целевой комплекс и антенные системы.
Антенные комплексы представляют собой две автономные системы для полного контроля телеметрии, выдачи команд на спутники и приёма информации, которые те передают на землю. Антенна спутника KazEOSat-1 смонтирована на вершине трёхэтажной башни в специальном шарообразном корпусе, сделанном из радиопрозрачного материала. Он защищает устройство от атмосферных возмущений, осадков и солнечного света. Купол антенной системы KazEOSat-2 выполнен в форме геометрической фигуры икосаэдр. Такая форма улучшает электромагнитный фон в районе антенны. Мощные и современные антенные системы позволяют контролировать спутниковую группировку практически во время всего периода её нахождения в зоне радиовидимости. А это огромная часть территории Евразии.
Оба спутника движутся по так называемым солнечно-синхронным орбитам. Это когда аппарат летит от одного полюса планеты к другому, и всегда находится на освещённой стороне Земли. Зона радиовидимости спутника KazEOSat-1 распространяется на огромную территорию континента – от полуострова Таймыр и почти до северной Индии. В общей сложности спутник совершает 15 витков в сутки. В зоне радиовидимости с ним проводятся три дневных и три ночных сеанса. Один сеанс связи продолжается 10-12 минут. За это время на спутник передаётся пакет программных команд, а также сбрасывается накопленная аппаратом информация. Пространственное разрешение спутника KazEOSat-1 составляет 1 метр, съёмка производится в панхроматическом и мультиспектральном режимах. Аппарат единовременно снимает территорию 20 на 20 км. Периодичность съёмки – 3-5 дней. Производительность – 220 000 квадратных километров в сутки.
Угол наклона орбиты KazEOSat-2 составляет 98 градусов. И за 98 минут он делает полный оборот вокруг Земли. В сутки получается 14-15 оборотов. Из них 5-6 раз спутник находится в зоне радиовидимости антенны. Для ориентации KazEOSat-2 в пространстве служат так называемые маховики. Это система гироскопов, которые фиксируют положения аппарата относительно каких-либо статичных объектов. А уже для коррекции орбиты применяется ионный двигатель, работающий на ксеноне. Орбита корректируется примерно один раз в месяц. Уже был случай, когда аппарат уклонялся от космического мусора. На высоте 600-800 километров его очень много. Зона радиовидимости KazEOSat-2 составляет 3 на 4 тысячи квадратных километров. Сопровождение аппарата начинается, когда он находится всего лишь в 5° над горизонтом. Ориентация антенны производится автоматизированным комплексом.
Пространственное разрешение KazEOSat-2 составляет 6,5 метров на пиксель. Режим съёмки мультиспектральный. Размер сцены 77 на 77 километров. Периодичность съёмки – 3-5 дней. Производительность – миллион квадратных километров в сутки.
Снимки, полученные со спутников, поступают в группу фотограмметрической обработки. В отдел приходят исходные данные. Вначале проводится первичная обработка – распаковка, декодирование. Первичный продукт получает код L-1 A. Далее проводится геометрическая коррекция изображения. Устраняются искажения, вызванные неточностью геопривязки, кривизной Земли, рельефа. Устраняется также дисторсия – оптические искажения. Весь софт для этой сложной обработки разработан французскими производителями. В результате специалисты получают три типа продуктов:
- L-3 – ортотрансформированное изображение. Это когда мы видим объекты на снимки в вертикальной плоскости. Для этого производится соответствующая ориентация каждого пикселя;
- L-4 – цифровая модель местности или рельефа;
- L-5 – сшитая мозаика.
Как результат, получается единое цельное изображение, которое имеет самый широкий спектр применения, в частности, при мониторинге территорий или картографировании.
Информация поступает на сервер и обрабатывается в течение двух часов. После этого данные записываются на специальные магнитные носители для постоянного хранения. Также на сервере есть массив оперативной памяти, в котором снимки хранятся до определённого периода. В день на сервер поступает до 12 терабайт данных. Один магнитный носитель рассчитан на 1,5 терабайта. По словам специалистов центра, за два года накоплено уже 120 терабайт готовой продукции.
В принципе, сегодня есть все предпосылки для создания Национального архива космических снимков. Пока такие архивы имеются только у США, Евросоюза, Японии и России. Преимущество собственного архива в том, что казахстанские специалисты могут обмениваться спутниковыми снимками с другими банками данных. Казахстан сейчас входит в очень узкий круг государств, обладающих подобными технологиями. Впрочем, не все готовы свободно обмениваться информацией. К примеру, в России собственный архив является абсолютно закрытым.
"Сейчас главная наша задача – привлечь потребителей информации по национальной системе ДЗЗ, – рассказывает Мaрат Нургужин, президент национальной компании "Қазақстан Ғарыш Сапары". – Работаем с местными акиматами. Планируем создать карту Астаны с масштабом 1:10 000. Сделали предложения в ЮКО по мониторингу орошаемых земель, в Атыраускую область – по биоресурсам дельты Урала и прибрежных районов Каспия. Уже создана межведомственная группа для привлечения потребителей. По нашим подсчётам, рынок космических снимков в Казахстане оценивается в 10 млрд тенге. В настоящее время Правительство рассматривает альтернативный вариант распространения такой информации на 2017-2018 годы. Это будет государственное финансирование нашей компании, снимки же мы будем раздавать потребителям бесплатно. Что касается работы на экспорт, то уже есть договорённость с международной компанией СКАНЭКС, которая работает на рынках России, Беларуси, Украины и Киргизии. Надо учитывать тот факт, что 80% снимков наши спутники способны делать за пределами РК. Что касается дальнего зарубежья, то поставлять туда информацию мы можем через наших французских партнёров в соответствии с дистрибьюторским контрактом. По KazEOSat-2 мы интегрированы в международную группировку BlackBridge."
