?

Log in

No account? Create an account

zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Лучший фотоспутник России
zelenyikot
rp_20130731_dubai_uae

Как-то мы обсуждали возможности спутниковой съемки, а сегодня поговорим о российских аппаратах и их способностях. Точнее поговорим об одном, самом-самом, из тех, о которых можно говорить.

Спутник "Ресурс-П" сегодня является самым совершенным средством дистанционного зондирования Земли из российских гражданских космических аппаратов, о которых имеется информация в открытом доступе.

shema

Спутник полетел 12 июля 2013 года, и уже к октябрю подтвердил свою полную функциональность. Занимается он дистанционным зондированием Земли или попросту - съемкой поверхности. Для этой цели он оборудован несколькими приборами, которые позволяют изучать Землю в оптическом и близком к оптическому диапазонах (инфракрасном и ультрафиолетовом).

"Главный калибр" "Ресурса-П" - это телескоп "Геотон-1", который позволяет осуществлять съемку в панхроматическом (черно-белом) диапазоне, с разрешением около 0,9 м.

rp_20131024_las_vegas_usa_geo

Цветная или, как "правильно” говорить, "мультиспектральная" съемка производится с разрешением 3-4 м. Но если сделать кадр одновременно в панхроме и в цвете, то наложив один на другой можно получить цветной снимок однометрового разрешения.

rp_20131110_omaha_nebraska_usa_geo

Габариты спутника, прямо скажем, немалые: почти 8 метров в длину, 3 в ширину, размах панелей солнечных батарей - 13 метров. Ранее я уже рассказывал об американском аппарате SkySat частной компании SkyBox. Так вот его габариты не превышают одного метра по каждой из сторон. Его разрешающая способность точно так же составляет около 90 см.

baef375c-43ab-4437-babc-a904ba975a18-1402460012447

Давайте разберемся, почему отечественный, спутник размером с грузовик "ЗиЛ", а иностранный, с аналогичным качеством съемки, размером с холодильник "ЗиЛ"?

IMG_0677

Для начала надо пояснить: космический аппарат - это не просто фотокамера на орбите. Это сложный комплекс приборов, с автономной энергосистемой, системой терморегуляции, средствами управления и ориентации, и средствами получения, обработки, хранения и передачи данных... Поэтому его габариты и характеристики - это всегда компромисс между желаемым и возможным. К примеру, можно установить на аппарате большой телескоп и матрицу высокого разрешения, но если солнечные батареи не смогут в достаточной мере обеспечивать электропитание, то большую часть времени спутник будет летать в режиме подзарядки аккумуляторов и не сможет заниматься полезной деятельностью. То же самое касается системы передачи данных: чем больше можно затратить электричества на работу радиокомплекса, тем больше информации передаст космический аппарат. Недостаток в скорости передачи данных можно компенсировать большим количеством принимающих станций на Земле и размером антенн. Но это не компенсирует нехватку электроэнергии на борту, и потребует отдельных затрат на расширение сети наземных станций. Впрочем, второй вопрос SkyBox решает просто: продает приемные антенны и оборудование крупным потребителям снимков.

Существенным отличием "Ресурса-П" от американского "конкурента", является площадь солнечных батарей. Они позволяют функционировать нескольким научным приборам на борту, и питают радиокомплекс со скоростью передачи данных до 300 Мбит/с. (Правда по по скорости передачи у SkySat нет данных).

Спутник на низкой околоземной орбите попадает в зону видимости антенн на Земле 3-4 раза в сутки, но возможности устойчивой связи обычно бывают раз-два. Когда спутник поднимается высоко над горизонтом, то можно установить с ним связь и передать снимки.

2ce5798ac7686049ca07420806d7c98e

Сегодня на прием с "Ресурса-П" работает только одна пятиметровая антенна в Научном центре оперативного мониторинга Земли в Москве. Ее хватает, чтобы обеспечивать полноценное функционирование аппарата, т.е. за 1-2 пролета передается вся информация накопленная за день. В случае посторонних помех или плотной облачности, на прием включают семиметровую тарелку. Если московская станция перестает справляться с требуемыми объемами передачи данных, то ей на помощь приходит станция в Красноярске.

И главное отличие гиганта “Ресурс-П” от малыша SkySat - в том, что наш может больше. Хотя разрешение снимков примерно одинаково, “Ресурс-П” захватывает полосу шириной почти в пять раза больше чем у “американца”: 38 км, вместо 8 км. Тут снова надо пояснить, что это за характеристика такая - ширина полосы. Спутники такого типа как “Ресурс-П” или SkySat работают не просто как обычная фотокамера, т.е. они не создают снимки со строго ограниченного размера. Их съемка больше напоминает режим работы простого офисного сканера: спутники движутся по орбите, как сканирующая планка сканера, но их движение вперед ничем не ограничено, поэтому они могли бы создавать полосу, чья длина ограничена только запасом энергии и объемом памяти, а вот ширина этой полосы является важной характеристикой устройства.

2

Еще небольшое отличие - в наборе спектральных фильтров. SkySat имеет стандартный набор: RGB+NiR, т.е. красный, зеленый, синий, фильтры, которые позволяют создавать цветные снимки в видимом диапазоне, плюс ближний инфракрасный, который позволяет вести наблюдение за растительностью. Хлорофилл очень хорошо отражает ближний инфракрасный свет, поэтому этот диапазон используют для контроля зеленых насаждений. Он позволяет создавать вот такие сюрреалистичные картины поверхности Земли:

SkySat1SaudiaArabia (1)

Снимки с российского спутника “Электро-Л” “красные” по той же причине, и этому же режиму мы обязаны давнему мифу про “Марс не красный”, хотя там дело, конечно же, не в хлорофилле.
Помимо четырех вышеперечисленных фильтров, “Ресурс-П” имеет дополнительный “красно-инфракрасный”, хотя, как применяется он, я лично не знаю.

Впрочем “Геотон-1” - это не единственный прибор на борту “Ресурса-П”, и далее всякая конкуренция со SkySat заканчивается. Дополнительный набор приборов позволяет сравнивать “Ресурса-П” только с похожими спутниками NASA, которые не сильно уступают по размерам, например Landsat-8.

Второй научный прибор, которым оборудован аппарат - это КШМСА - комплекс широкозахватной мультиспектральной съемочной аппаратуры. Он состоит из двух камер, одна из которых имеет полосу захвата 97 км и разрешение 12 м (23 м для цвета), а вторая ширину полосы 441 км, и разрешение 60 м (120 для цвета).

rp_20130809_serpukhov_russia_hr

Эти камеры тоже имеют наборы из пяти фильтров, только диапазоны немного отличаются: к красно-зелено-синему добавлены два ближних инфракрасных, с разной длиной волны.

Съемка этими приборами позволяет наблюдать более масштабные объекты или события, например такие как лесные пожары, наводнения, извержения вулканов. Средняя полоса (разрешение 22 метра) позволяет еще проводить анализ развития сельскохозяйственных и лесных насаждений.

rp_20130913_sacramento_usa_hr

С той же целью можно использовать и открытые данные американских Landsat, и коммерческие от спутниковой группировки Disaster monitoring constellation. Для той же задачи сейчас разрабатываются спутники серии Perseus-O компании "Даурия Аэроспейс". Т.е. разрешение 22 метра имеет большую коммерческую привлекательность на международном рынке, и с развитием технологии "точного земледелия" спрос будет только расти.

Третий прибор "Ресурса-П" в полной мере оправдывает название спутнтка. Это комплекс ГСА - аппаратуры гиперспектрального наблюдения. Фактически это спектрометр на орбите, который позволяет определять химический состав геологических пород, воды и сорта растительности на поверхности Земли. Такой прибор мог бы сделать немало для науки на орбите Марса или Луны, а для Земли его возможности имеют прикладное значение.

rp_20130822_petropavlovsk-kamchatsky_russia_hsa

Правда, мне не встречались данные о том, кто и с каким успехом использует ГСА на "Ресурсе-П": может нашли несколько месторождений "золота и бриллиантов", а может сделали пару календарей с красивыми разноцветными фотками.

Если говорить о практическом применении спутника, то здесь больше всего открытой информации по "дальнобойному" "Геотон-1". К примеру, с его помощью искали (но не нашли) пропавший в Индийском океане "Боинг", помогали сербам во время наводнения весной, и панамцам летом...

RP_Shabats_fr1_A_tem_A4

А в целом, иностранная работа "Ресурса-П" проводится в рамках участия России в Международной Хартии по космосу и крупным катастрофам. И можно быть практически уверенным, если где-то в мире произошло масштабное происшествие, то наш аппарат делал снимки и передавал их партнерам по Хартии.

К сожалению, мне не встречалась информация, как применяют данные "Ресурса-П" в России. Остается только надеяться, что этим мощным прибором осуществляется реальная работа, а не только пиар Олимпиады или пионерлагеря.

zelenyikot
Subscribe to  zelenyikot

promo zelenyikot september 5, 07:45 77
Buy for 800 tokens
Наконец-то я могу официально объявить, что в продаже появилась научно-популярная книга моего авторства об исследовании Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями. Здесь можно найти как описание отдельных космических миссий последних лет, так и обобщенные результаты исследований…

  • 1
Фотоснимки из космоса - давно освоенная технология, мне же интересно, когда появится видеосъемка в реальном времени с орбиты? Это было бы полезно смотреть пробки, погоду, стихийные бедствия, охранять территорию. А уж военным было бы просто прекрасно - видеть, куда у кого танки поехали.

Ага. Я когда маме показывал гугл мапс в режиме фотографий со спутников, она расстроилась, что это не я управляю спутником и не могу получать фото в реальном времени.

баловство это всё, без орбитальной пушки...

Видео с орбиты доступно в экспериментальном режиме довольно давно. Но полезность его гораздо меньше, чем вам кажется. Т.к. спутники не висят над землей, а движутся по орбитам, причем очень быстро, то "наблюдать за пробками" можно только запустив несколько десятков спутников так, чтобы проекции их орбит на Землю перекрывались с достаточной частотой - это очень дорого и пока еще никто такого не сделал (хотя планы есть).

Не, это совсем другого типа проект. Для военных есть смысл собирать данные с геостационара, для гражданских нужно совсем другое:


Вы думаете у военных этого нет?

У американцев кажется скоро появится )

Нереально.
Я уже молчу про ситуацию, когда облачность не позволяет что-либо увидеть. Даже если предположить, что у нас всегда ясное небо, мы все равно вынуждены выбирать между скоростью и точностью.
Поясню. Есть два параметра орбиты, которые нам интересны: высота и наклонение. Высота - это расстояние от центра Земли в конкретный момент времени. Наклонение - это угол, который орбита спутника образует с экватором. С точки зрения высоты полета спутники делятся на низкоорбитальные (апогей не больше 1000-2000 километров от поверхности Земли), высокоорбитальные - у них обычно довольно низкий перигей, но очень высокий апогей (вроде бы до 30000 километров), и геостационарные, которые "висят" над определенной точкой на поверхности Земли. Геостационарные спутники по определению могут "зависать" только над экватором. Все спутники дальней связи и телевидения - геостационарные: мы наводимся в заданную точку неба, которая определяется нашими географическими координатами и параметрами орбиты спутника, и получаем со спутника сигнал. Теперь насчет наклонения: чем выше угол наклонения у спутника, тем большую территорию он охватывает. В этом, кстати, был просчет Лукьяненко, когда он писал "Последний дозор": по сюжету вампир Костя "телепортируется" на МКС, откуда осуществляет "реморализацию" человечества. Проблема в том, что у МКС низкое наклонение, 53 градуса, кажется, поэтому с широт больше 55-60 градусов МКС не видим в принципе (и МКС, соответственно, их тоже не видит). Поэтому все спутники дистанционного зондирования и космического фотографирования летают через полюс, нарезая видимую им часть земной поверхности на сектора. Но - тут как раз и начинают влиять те факторы, о которых я говорил. Все спутники дистанционного зондирования по определению являются низкоорбитальными, потому что по мере увеличения высоты орбиты размер матрицы растет в квадрате. (ну, и объем вычислений - тоже, как минимум, в квадрате). Низкоорбитальный спутник совершает один виток вокруг Земли примерно за полтора часа, но при этом его подспутниковая точка для заданной широты (точка, которая находится под спутником) постоянно смещается Ну и последний момент - интервал времени прохождения для конкретного спутника, при условии его прохождения через зенит, составляет порядка 10 минут. Т.е., чтобы иметь актуальную информацию о заданной точке поверхности Земли, мы должны запустить порядка 9 (90/10) умножить на восемь или десять (потому что спутники не могут пролететь на низкой орбите и на достаточном возвышении над одной точкой чаще 2-3 раз в сутки). А потом еще следить, чтобы они не столкнулись, как Иридиум с Космосом. :) По факту же данную оценку следует увеличить минимум на порядок, потому что спутник смотрит не всю поверхность, которая ему доступна, а некоторую полосу. Замечу, что и по широте, и по долготе, поэтому, если Вы хотите иметь актуальную информацию о пробках, то нужно, чтобы спутники сменялись с частотой не меньше 441 километр поделить на 8 километров в секунду (раз в 50 секунд). Ну или можно сделать грубую оценку, поделив площадь поверхности Земли на площадь квадрата размером 441 километр на 441 километр, и умножив результат на число "пи" (это стандартная практика оценки трудоемкости после того, как группа экспертов выдаст свое заключение).
Ну, и второй момент: существует по необходимости ограничение на скорость передачи данных со спутника. _Даже_ если мы предположим, что этого ограничения нет, и мы можем в любой момент получить свежую информацию, то - предположим, что у нас в одном квадратном метре один пиксель, и этот пиксель равен одному биту, который надо передать (реально нужно 4 или 8 пикселей). Посчитайте площадь поверхности Земли и необходимый поток информации. Там, по-моему, не гигабиты нужны, а терабиты. ;)
Поэтому проект "тотального контроля за Землей" откладывается как минимум до завершения Чубайсовского проекта "Сколково" (хотя и там вряд ли чего получится, потому что нежную электронику не рекомендуется отправлять на орбиту).
В-общем, "вот такая вот фигня" (c) Егор Летов

Спасибо за столь офигенно подробный ответ!
А почему кстати геостационарный спутник нельзя запустить по орбите через полюс?

Потому что он будет постоянно смещаться на небе. А тв и связи нужна постоянная привязка к точке в небе. Поэтому - только над экватором.

Спасибо за развернутый комментарий. Работаете в отрасли? Нам в Даурии оптик вроде был нужен )

Действительно фундаментальный ответ. Согласен по существу. Позволю себе несколько уточнений:
- все спутники дальней связи и телевидения - геостационарные - ещё есть спутники связи на высокоэллиптической орбите, история которых берет начало с легендарной "Молнии", описанной у Чертока. К слову, на Западе высокоэллитическую орбиту с периодом 12 часов так и называют - Молния.
- все спутники дистанционного зондирования ... летают через полюс - ещё есть геостационарные метеорологические спутники (самый известный из них - "Электро-Л"), существуют спутники системы предупреждения о ракетном нападении и планируется система "Арктика" на высокоэллиптических орбитах.
- пиксель равен одному биту - наверное, одному байту (8 бит).
Интересно, насколько задача непрерывного обзора заданной точки (но не всей поверхности Земли!) отличается от задачи обслуживания спутникового телефона без перерывов в разговоре. Если задачи близкие - то можно предположить, что 66 спутников (как у Иридиума) должно хватить.

Когда я мапс увидел, был радостно шокирован.
Я думаю Ваша мама старше меня, но она хочет большего прогресса :)))
Обычно мамы наоборот себя ведут.

  • 1