Геостационарный детектор молний

Задача наблюдения вспышек молний из космоса является одной из важных задач современной метеорологии и ДЗЗ. Обеспечение пользователей информацией об интенсивности вспышек и их географии позволит уточнять прогноз погоды и усовершенствовать климатические модели.
В докладе рассматривается детектор молний (ДМ) для геостационарного космического аппарата, выполненный по однокамерной схеме на основе перспективного КМОП-фотоприёмника.
Создаваемый детектор молний должен обеспечивать обзор Земли с геостационарной орбиты и обнаружение вспышек молний и обладать следующими характеристиками:
• Проекция пикселя при наблюдении в надир, км: не более 10
• Угловой размер изображения, градусы: не менее 17,5*17,5 (вся поверхность диска Земли, видимого с ГСО)
• Спектральный диапазон наблюдения: 775,9 нм - 777,9 нм.
• Зачётная яркость вспышки молнии для спектральной линии 777,4±0,17 нм: 10 мкДж/(м2*ср) при общей её длительности не более 1 мс и диаметре пятна-отблеска 15 км
• Вероятность обнаружения зачётной вспышки молнии: не менее 70%
• Точность привязки координат вспышки к географическим координатам на поверхности Земли вблизи подспутниковой точки должна быть не хуже 15 км.

Комплекс ДМ представляет собой оптико-электронную камеру детектора молний (ОЭК-ДМ) и блок управления (БУ-ДМ), размещённые на геостационарном космическом аппарате.
• Оптико-электронная камера располагается на внешней поверхности КА, оптическая ось ОЭК-ДМ направлена в надир. Камера осуществляет круглосуточную съёмку подстилающей поверхности Земли. Снятые изображения передаются в БУ-ДМ для последующей обработки с выявлением на них вспышек молнии.
• Блок управления детектора молний (БУ-ДМ) осуществляет обработку изображений (выделение вспышек молний) и формирование массивов выходных данных. Массивы выходных данных, формируемые в БУ-ДМ, содержат информацию о яркости вспышек, их координатах и времени, величине фона. Периодически массивы отправляются в цифровом виде в БССИ КА для хранения и последующей передачи на Землю по бортовой радиолинии.

Требования к создаваемой аппаратуре исключают возможность использования серийных ПЗС или КМОП-фотоприёмников. Основной проблемой является совместимость требований высокой кадровой частоты и большого формата изображения. Расчётами показано, что фотоприёмник должен иметь формат не менее 1102*1102 пикселей. Это позволит обеспечить размер проекции пикселя в надир не более 10 км при угловом размере кадра 17,5х17,5 градусов.
Кроме того, в докладе описаны и обоснованы требования к оптической системе и узкополосному интерференционному светофильтру.
Важной задачей является разработка высокопроизводительного программно-аппаратного вычислительного комплекса, способного в режиме реального времени выполнять поиск изображений молний на снимках.
Создание отечественного детектора молний для геостационарной орбиты позволит обеспечить наблюдение грозовых фронтов в масштабе времени, близком к реальному. Это даст возможность существенного улучшения точности прогноза погоды и оперативности работы наземных служб метеоинформации. Кроме того, длительная работа прибора позволит накопить информацию, полезную для климатологии и формирования новых моделей климатических процессов.
Рассмотренный вариант детектора молний, выполненный по однокамерной схеме на основе перспективного КМОП-фотоприёмника, позволяет создать аппаратуру детектора молний с характеристиками, обеспечивающими решение целевой задачи с требуемой достоверностью не хуже 70% в наихудших условиях наблюдения. Масса комплекса аппаратуры оценивается в 115 кг.