Как работают казахстанские спутники дистанционного зондирования Земли. Фоторепортаж

В 2014 году Казахстан обзавёлся собственной космической системой дистанционного зондирования Земли. На орбиту последовательно были запущены два аппарата: высокого разрешения KazEOSat-1 и среднего KazEOSat-2. О том, как сегодня ведётся работа с этими спутниками и куда поступает полученная от них информация, – в репортаже informburo.kz.

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).

По контракту с французской стороной в столице РК была создана достаточно серьёзная наземная инфраструктура для обслуживания спутников. 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, построенном 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.

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 один 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 площадь 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 метра 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 снимке 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 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 носитель рассчитан на 1,5 терабайта.

– Аэрокосмический комитет МОАП стал инициатором реализации государственной программы, связанной с нашими спутниками, – рассказывает Гульнара Кабжанова, начальник отдела тематической обработки данных. – Она касается предоставления данных ДЗЗ, а также создания инфраструктуры пространственных данных. Такие данные необходимы государственным структурам для решения отраслевых задач. Сегодня в этой программе участвуют четыре министерства – сельского хозяйства, энергетики, внутренних дел и по инвестициям и развитию.

По словам Гульнары Кабжановой, основным потребителем продукта ДЗЗ является Министерство сельского хозяйства. С чем это связано? Данные дистанционного зондирования, полученные с орбитальных спутников, самые достоверные. Кроме того, такая информация доступна по всей территории Казахстана. Из космоса прекрасно видны все труднодоступные территории, которые сложно контролировать.

– Для МСХ мы решаем большой круг задач, их 35. Программа включает мониторинг сельскохозяйственного производства. Это исследования буквально каждого участка культивируемых земель, начиная от посева той или иной сельхозкультуры и до её уборки. К нам поступает информация по каждому наблюдаемому участку о сроках посева. В течение вегетации мы наблюдаем его состояние, уровень роста сорняков, даём прогноз урожайности. В этом году мы отрабатываем новые культуры. И сейчас проводим мониторинг уборки. Передаём данные об этом процессе ежедневно. Эти данные наиболее достоверны, их невозможно подделать. Что интересно, у нас уже есть большие расхождения с теми данными по темпам уборки урожая, которые предоставляют различные научно-исследовательские организации и акиматы. Этот факт уже налицо, – рассказывает начальник отдела тематической обработки данных.

– Все эти услуги мы предоставляем через геопортальные решения, – рассказывает далее Гульнара Кабжанова. – Ранее мы предоставляли космические снимки государственным органам бесплатно. Однако в процессе такого сотрудничества выяснилось, что практически ни в одной организации, нуждающейся в нашей информации, нет подготовленных специалистов, которые могут её правильно интерпретировать. Также нет специального софта, чтобы обрабатывать эти снимки. Поэтому мы решили предоставлять уже готовый продукт через геопортал http://eo.gharysh.kz/sunkarsat/. Любой эксперт госорганов может получить у нас логин и пароль, затем ознакомиться с космическими снимками и аналитическим материалом по интересующей его теме.

Кроме мониторинга сельхозпроизводства, проводится мониторинг лесных ресурсов. Ведётся учёт всего государственного лесного фонда. В "Қазақстан Ғарыш Сапары" передаются данные о лицензионных границах вырубки. Центр обработки данных отслеживает, соблюдены ли их границы, есть ли факты незаконной вырубки. Все эти материалы передаются в Комитет лесного хозяйства и животного мира, а также лесникам, которые уже на местах проверяют данные. Ежедневно, пять раз в день, проводятcя мониторинг лесных и степных пожаров, а также прогнозы их распространения. Эта информация эффективна и очень востребована.

Кроме этого, проводится мониторинг водных ресурсов. Отслеживаются изменения течения рек, разливы в период паводков. Для управления рыбного хозяйства ежедневно проводится мониторинг разливов нефти в казахстанском секторе Каспийского моря. Отдельно для департамента трансграничных рек ведётся мониторинг территории сопредельных государств на предмет выявления строительства новых гидротехнических сооружений, повышения территории орошаемых земель и т. п.

Как сообщила Гульнара Кабжанова, для Министерства энергетики проводится мониторинг перемещения твёрдых бытовых отходов. Выявляются несанкционированные свалки. На каждый такой объект в пределах населённых пунктов Центр даёт точные координаты. Затем инспекторы природоохранного контроля организуют проверки.

Для МВД ведётся мониторинг ЧС – наводнения, паводки, пожары. Данные обновляются пять раз в день. Сотрудники каждого департамента могу зайти на геопортал и получить свежую информацию.

Для Министерства по инвестициям и развитию, в основном для Комитета гражданской авиации, проводится изучение территории близ аэропортов на предмет появления каких-либо несанкционированных построек, свалок и пр. Это высокоточная съёмка в пределах 40-45-километровых от каждой воздушной гавани.

– Помимо центральных государственных органов мы проводим работу и с местными исполнительными органами, – продолжает рассказ Гульнара Кабжанова. – В основном это задачи по мониторингу землепользования. Мы отслеживаем факты нецелевого использования земель. Недавно реализовали пилотный проект для природоохранной прокуратуры Акмолинской области. Накладывали кадастровые данные на космический снимок. В результате выяснилось, что некоторые пашни были запущены, а некоторые пастбища распаханы. При нецелевом использовании земель обычно не учитывается действующая система налогообложения. Также выявляем факты некорректных заявок на субсидирование. К примеру, землепользователь заявляет какую-то конкретную площадь для сельхозработ, получает субсидии, а использует значительно меньшую по площади территорию. Только в одном подобном случае с одного хозяйства государству было возвращено 30 млн тенге. Сейчас, правда, правила субсидирования изменились.

– С местными исполнительными органами мы также работаем по мониторингу природопользования. С нами работают Мангистау, Атырау, все районы Жамбылской области, Павлодар полностью отработал. Это управления земельных ресурсов, сельхозпроизводства, природопользования. Недропользователю предоставляются определённые границы лицензионные, например, при добыче общераспространённых полезных ископаемых. Лицензионные границы надкалываются на космоснимок, и сразу видно, где граница нарушается. А это значит, что арендная плата за участок земли, который используется несанкционированно, не вносится. Мы отправляем полученную информацию контролирующим органам, а они проверяют её на местах, – завершила рассказ Гульнара Кабжанова.

Сейчас обработкой снимков, полученных от казахстанских спутников ДЗЗ, занимается большая группа специалистов по геодезии и картографии. Это студенты, а также работники других организаций, которые трудятся по договору. В этом году, когда развернулась большая программа по предоставлению результатов ДЗЗ государственным структурам, в "Қазақстан Ғарыш Сапары" стали дополнительно набирать людей.