Новейшие спутники ДЗЗ и ближайшие перспективы систем высокого и сверхвысокого разрешения

Можно смело утверждать, что дистанционное зондирование Земли из космоса (ДЗЗ) в настоящее время относится к одной из наиболее успешно и динамично развивающихся областей знания и техники. Научно-технические достижения последних лет в деле создания и развития космических средств, технологий обработки, хранения, интерпретации и использования получаемых данных многократно расширили круг и масштаб задач, решаемых с помощью ДЗЗ. Растет число потребителей: данные космических съемок активно используются не только в научных и практических целях, но и в повседневной жизни людей. На фоне удешевления и все большей доступности современной технологической и элементной базы, необходимой и достаточной для создания космических систем ДЗЗ, следует отметить тенденцию к появлению многочисленных национальных программ ДЗЗ.
Основными тенденциями последних лет в ДЗЗ 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 (пополнение группировки DMC спутником высокого разрешения Nigeriasat-2, 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 (разработки компании SkyBoх Imaging, США)..
С ростом количества космических аппаратов на орбите, кардинально улучшаются их характеристики и возможности по получению данных с уникальными свойствами и параметрами. Спутники сверхвысокого разрешения существенно различаются по своим характеристикам и возможностям; разработчики, таким образом, стремятся к большей специализации своих систем ДЗЗ.

Интересно посмотреть на ситуацию более детально по конкретным странам и космическим аппаратам.
Россия. В настоящее время на орбите завершает работу спутник ДЗЗ природно-ресурсного назначения «Ресурс-ДК1», который был запущен в 2006 г. Его особенностью являются повышенные оперативные и точностные характеристики получаемых изображений (разрешение 1 м в панхроматическом режиме, 2–3 м — в мультиспектральном). Расчетный срок существования космического аппарата истек в 2009 г., но он пока продолжает работу и передает на Землю данные, которые 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 отечественных спутников ДЗЗ высокого разрешения в интересах социально-экономического развития страны явится оптико-электронный космический аппарат наблюдения земной поверхности «Ресурс-П», который запланирован к запуску в 2012 г. При создании спутника используются 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 панхроматическом и пяти мультиспектральных диапазонах. Дополнительно к оптико-электронной аппаратуре высокого разрешения в состав целевой аппаратуры КА «Ресурс-П» будут введены еще два вида съемочной аппаратуры: гиперспектральная и широкозахватная.
22 июля 2012 г. был осуществлен запуск КА «Канопус-В». Он предназначается для обеспечения всех заинтересованных организаций в оперативной информации для решения следующих основных задач:
• обнаружение очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду;
• мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в том числе стихийных гидрометеорологических явлений;
• мониторинг сельскохозяйственной деятельности, природных (в том числе водных и прибрежных) ресурсов;
• землепользование;
• оперативное наблюдение заданных районов земной поверхности.

США. В США отрасль ДЗЗ развивается прежде всего в секторе сверхвысокого разрешения. В настоящее время компания DigitalGlobe располагает тремя космическими аппаратами сверхвысокого разрешения — QuickBird (запущен в 2001 г.; разрешение 60 см в панхроматическом режиме, 2,4 м — в мультиспектральном), WorldView-1 (запущен в 2007 г.; разрешение — 50 см в панхроматическом режиме), WorldView-2 (запущен в 2009 г.; разрешение 50 см в панхроматическом режиме, 2 м — в мультиспектральном; 8 спектральных каналов). Cqxfc ведется работа над спутником WorldView-3, запуск которого запланирован на 2014 г. Съемочная система WorldView-3 будет полностью аналогична той, которая установлена на КА WoldView-2. Она способна получать 8-канальные мультиспектральные изображения сверхвысокого разрешения. Пространственное разрешение в панхроматическом режиме составит 0,46 м, в мультиспектральном — 1,84 м. Точность геопозиционирования – 6,5 м СЕ90 (4 м СКО) без наземных точек привязки. Ширина полосы съемки — 16,4 км.
Компания GeoEye ежегодно GeoEye снимает десятки миллионов квадратных километров земной поверхности с помощью спутников GeoEye-1 и IKONOS. С запуском спутника IKONOS в 1999 г. GeoEye (в то время называлась OrbImage) вошла в историю как первая компания с коммерческим спутником ДЗЗ с разрешением меньше 1 м. Съемка IKONOS имеет разрешение 0,82 м в надире с точностью, позволяющей выполнять на ее основе средне- и крупномасштабное картографирование. КА GeoEye-1, запущенный в 2008 г., — самый точный коммерческий спутник ДЗЗ с самым высоким разрешением среди коммерческих спутников — 0,41 м. Точность моносъемки в плане 3,5 м (CE90), в то время как стереосъемка достигает точности 2,8 м (LE90) по высоте без применения опорных точек. Перспективный КА GeoEye-2 начал разрабатываться в 2007 г. Согласно открытой информации, предполагается достижение следующих технических характеристик: разрешение в панхроматическом режиме — 0,25–0,3 м (загрубляемое для коммерческих потребителей до 0,5 м), улучшенные спектральные характеристики. Предполагаемая апертура телескопа — 1,1 м, производитель сенсора — компания ITT Corp. Запуск GeoEye-2 запланирован на 2013 г.

Франция. Основным коммерческим оператором спутников ДЗЗ является компания Astrium GEO-Information Services. В настоящее время Astrium поставляет данные с французских космических аппаратов SPOT-4 (запущен в 1998 г.; разрешение 10 м в панхроматическом режиме, 20 м — в мультиспектральном) и SPOT-5 (запущен в 2002 г.; разрешение 2,5 и 5 м в панхроматическом режиме, 20 м — в мультиспектральном). Следует обратить внимание на достаточно большое время, прошедшее с начала эксплуатации спутников SPOT-4 и SPOT-5 (первый находится на орбите уже 12 лет, второй — 8). Планируется, что SPOT-5 продолжит свою работу на орбите как минимум до 2014 г.
Для того чтобы гарантировать непрерывность получения данных высокого разрешения на долгие годы вперед 9 сентября 2012 г. запущен спутник SPOT-6, а на 2014 г. запланированы запуск спутника SPOT-7. SPOT-6 имеет следующие характеристики:
• пространственное разрешение: 2 м в панхроматическом режиме и 8 м — в мультиспектральном (4 спектральных канала);
• ширина полосы съемки — 60 км, полоса обзора – 600 км;
• возможно получение стереопар и триплетов изображений;
• пространственная точность данных без наземных точек привязки составит 10 м СЕ90 (6–7 м СКО — в масштабе 1:25 000);
• производительность — 3 млн кв. км в сутки.
Оба спутника составят единую группировку, планирование их работы будет осуществляться централизованно. Предполагается, что будут реализованы более точные алгоритмы учета облачности и атмосферных явлений при планировании новой съемки. Расчетный срок эксплуатации каждого аппарата — 9 лет.
Помимо спутников высокого разрешения SPOT-6 и SPOT-7, создается группировка космических аппаратов сверхвысокого разрешения Pleiades-1 и Pleiades-2. Первый спутник запущен в конце 2011 г., второй планируется запустить до конца 2012 г.
Программа Pleiades High Resolution является составной частью европейской спутниковой системы ДЗЗ и ведется под руководством французского космического агентства CNES начиная с 2001 г. Она включает в себя два спутника нового поколения сверхвысокого пространственного разрешения Pleiades-1 и Pleiades-2 весом по 1 т каждый, с одинаковыми техническими характеристиками. Разрешение — 70 см в панхроматическом режиме и 2.8 м — в мультиспектральном (4 спектральных канала), полоса съемки — 20 км. Спутники будут синхронизированы на одной орбите таким образом, чтобы иметь возможность обеспечить ежедневную съемку одного и того участка земной поверхности.
Используя космические технологии нового поколения, такие, как оптико-волоконные системы гиростабилизации, космические аппараты Pleiades-1 и Pleiades-2, оборудованные самыми современными системами, будут обладать беспрецедентной маневренностью. Они смогут 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 будут способны снимать более 1 млн кв. км в день в панхроматическом и мультиспектральном режимах.
Компания Astrium намерена обеспечить очень большую оперативность заказа съемки и получения необходимых данных. Планирование съемки будет осуществляться трижды в день, поэтому заказчик сможет получить необходимые снимки уже через несколько часов после запроса.

Япония. Наиболее известным японским спутником ДЗЗ являлся ALOS (разрешение 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). Управление КА ALOS осуществляется специалистами JAXA, функции коммерческого оператора ДЗЗ переданы компании RESTEC, которая занимается маркетинговой деятельностью, продвижением данных ДЗЗ на зарубежном и внутреннем рынках, является уполномоченной по назначению партнеров и дистрибьюторов во всем мире.
Хотя миссия спутника ALOS была завершена 12 мая 2011 г., спрос на архивные радарные данные ALOS/ PALSAR по-прежнему велик.
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 реализовано на действующем спутнике ALOS, на котором установлены две оптических камеры (PRISM и AVNIR) и один радар (PALSAR).
КА ALOS-2 (рис. 3) уже полностью обеспечен финансированием и запланирован к запуску в 2013 г. Спутник будет радарным со следующими характеристиками:
• съемка в L-диапазоне;
• режимы съемки и пространственное разрешение: 1–3 м с полосой съемки 25 км в режиме SpotLight, 3–10 м с полосой съемки 50–70 км в режиме StripMap, 100 м с полосой съемки 350 км в режиме ScanSAR;
• орбита — солнечно-синхронная, высота 628 км;
• периодичность съемки — 14 дней;
• расчетный срок эксплуатации — 5 лет (с продлением до 7 лет).
Оптико-электронный КА ALOS-3 полностью прошел фазу разработки и проектирования. Запуск запланирован на 2014 г. Он будет работать на солнечно-синхронной орбите высотой 618 км, расчетный срок эксплуатации — 5 лет.
Спутник будет способен выполнять съемку в панхроматическом режиме с разрешением 80 см и шириной полосы 50 км, в мультиспектральном режиме — 5 м и шириной полосы 90 км, в гиперспектральном режиме — 30 м и полосой 30 км.
В рамках нашего обзора мы в основном коснулись наиболее, на наш взгляд, интересных космических аппаратов, запуск которых осуществлен в последние годы или запланирован на самое ближайшее будущее. Мы не ставили задачу проанализировать все действующие и перспективные системы ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения. 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), Индия (CARTOSAT-1,2, RESOURCESAT-1 и др.), Италия (радарные КА COSMO-SkyMed-1-4), Канада (радарные КА RADARSAT-1,2), Китай и др.