Космические съемки и космические носители В А Мелкий

Космические съемки и космические носители В. А. Мелкий, декан Факультета природных ресурсов и нефтегазового дела Сах. ГУ, профессор, доктор технических наук

Структура космической системы дистанционного зондирования Земли

Геостационарные орбиты Орбиту ГСО еще в 1945 г. рассчитал и предложил использовать для спутников связи английский инженер Артур Кларк, известный впоследствии как писатель-фантаст. В Англии и многих других странах геостационарную орбиту называют «Пояс Кларка»

Орбита имеет форму окружности, лежащей в плоскости земного экватора с высотой над поверхностью Земли 35 786 км. Направление вращения ИСЗ совпадает с направлением суточного вращения Земли. Поэтому для земного наблюдателя спутник кажется неподвижным в определенной точке небесной полусферы.

Наклонение орбиты A —объект B — центральный объект C — плоскость отсчёта D — плоскость орбиты i — наклонение Наклонение орбиты (наклон орбиты, наклонность орбиты, наклонение)— это угол между плоскостью его орбиты и плоскостью отсчёта (базовой плоскостью). Для искусственных спутников Земли за плоскость отсчёта обычно выбирают плоскость экватора Земли.

Основные космодромы

Число ракетносителей (мод. ) Число СК (ПУ) Число МИК Проект произв. СК, шт/год Мак. грузопоток на орбиту т/год Страна Космодром Россия Плесецк 3 7 (9) 9 130 570 Казахстан Байконур 6 9 (15) 14 153 2196 США Восточный испытательны й полигон 1 (2) 2 20 653 США Западный испытательны й полигон 4 (5) 6 (7) 1 76 370 США Космический центр им. Дж. Кеннеди 3 (4) 3 (6) 1 50 360 КНР Шуанчэнцзы 1 (3) 3 (3) 1 12 48 КНР Сичан 1 2 (3) Франция Куру 1 (3) 3 (3) 2 23 72 Япония Утиноура 2 3 (3) 1 6 24 Япония Танегасима 2 3 (3) 1 Индия Шрихарикота 1 1 (1) 1 3 4, 5

Свободный

Пусковые услуги КБ "Южное" - единственная компания в мире, которой принадлежат 3 семейства (5 типов) ракет-носителей, в настоящий момент находящиеся в эксплуатации. Ракеты-носители Циклон-2, Циклон-3, Днепр, Зенит-2 и Зенит-3 SL имеют высокие показатели по надежности и точности выведения, подтвержденные большим количеством пусков. Они могут обеспечить выполнение практически любой, актуальной на сегодняшний день, задачи по запуску космических аппаратов

Обеспечиваемые наклонения орбит

Пусковые услуги с помощью ракет-носителей разработки КБ "Южное" предоставляются специально созданными международными совместными предприятиями: Пусковые услуги с помощью РН "Зенит" осуществляет совместное предприятие (Украина, Россия, США, Норвегия) "Sea Launch". Пуски осуществляются с плавающей платформы "Одиссей" из экваториальной зоны Тихого океана (0° северной широты, 154° западной долготы). Информация о пусковых услугах представлена на веб-сайте «Sea Launch» . Пусковые услуги с помощью РН "Днепр" осуществляет совместное предприятие (Украина, Россия) "Космотрас". Пуски осуществляются с космодрома Байконур (Казахстан), имеющего координаты 45, 6° северной широты и 63, 4° восточной долготы. Информация о пусковых услугах представлена на веб-сайте «Космотрас» . Пусковые услуги с помощью РН "Циклон" осуществляет совместное предприятие (Украина, Россия) "МКУ (Международные Космические Услуги)". Пуски осуществляются с космодрома Плесецк (Россия), имеющего координаты 62, 9° северной широты и 40, 8° восточной долготы. Информация о пусковых услугах представлена на веб-сайте "МКУ".

Американская система LANDSAT Многозональные данные со спутника LANDSAT за 30 лет функционирования этой системы приобрели огромную известность. Несомненное преимущество снимков тематического картографа (TM) перед другими данными: n сравнительно большое число спектральных диапазонов 7 зон съемки; n наличие теплового канала; n цифровая форма данных; n большие архивы. ETM+ (сенсор Thematic Mapper с улучшенными характеристиками). Геометрическое разрешение в панхроматическом видимом канале составляет 15 м, а при многозональной съемке - 30 м). Стоимость стандартной сцены 185 х 185 км составляет 600$.

Спутники Landsat 4 и 5 завершают свою долгую карьеру n n Геологическая служба США (U. S. Geological Survey) начала выводить из эксплуатации два спутника Landsat с номерами 4 и 5, которые долго и успешно работали на орбите много лет. Они занимались съемкой поверхности Земли. Первый из них - Landsat 4 - был запущен космическим агентством NASA в 1982 г. , а второй точно такой же спутник Landsat 5 - двумя годами позже. Оба они были рассчитаны на 2 года работы, однако, продолжали много лет работать и дальше. За прошедшие годы они сделали сотни тысяч снимков поверхности Земли, на каждом из которых запечатлен участок размером 100 х100 миль (160 х160 км). Они фотографировали извержения вулканов, гигантские айсберги, откалывающиеся от ледяного шельфа Антарктиды, вырубку лесов в долине Амазонки и другие интересные объекты. Правда, несколько лет назад на спутнике Landsat 4 вышла из строя аппаратура, ответственная за отправку изображений на Землю. Но и после этого спутник работал в качестве тестовой лаборатории для программного обеспечения, предназначенного для его близнеца - Landsat 5.

Landsat 7 n В 1999 г. им на смену пришел спутник Landsat 7 (спутник под номером 6 так и не был запущен из-за очередной кампании по сокращению затрат на космос). Его работой управляет Геологическая служба США, то есть государственная организация, но снимки, сделанные Landsat 7 продаются и коммерческим клиентам. Вот, например, слева - фотография извержения японского вулкана Кагосима на острове Кюсю. Landsat 7 уже сделал снимки всех основных городов США, лесных пожаров в Америке, Австралии и Сибири, вулканические извержения на Аляске, в Мексике, на Гавайских островах, в Италии, Японии и Центральной Америке.

Каналы Landsat

Каналы Landsat

Каналы Landsat 1 канал (голубой): • волны данного диапазона имеет наибольшую водопроницаемость (длинные волны больше поглощаются). Таким образом, данный канал оптимален для изучения подводной растительности, мутности воды, водных осадков и загрязнения воды; • полезен для выявления дымовых факелов (т. к. короткие волны легче рассеиваются маленькими частицами); • хорошо отличает облака от снега и горных пород, а также голые почвы от участков с растительностью. • наиболее чувствителен к атмосферным газам. Как следствие изображение данного канала пестрее остальных;

Каналы Landsat 2 канал (зеленый): • чувствителен к мутности воды, осадочным шлейфам и факелам выбросов; • охватывает пик отражательной способности поверхностей листьев, может быть полезен для различения обширных классов растительности; • полезен для изучении подводной растительности, факелов выбросов, мутности и осадков.

Каналы Landsat 3 канал (красный): • чувствителен в зоне сильного поглощения хлорофилла, и растительности; • чувствителен в зоне высокой отражательной способности для большинства почв; • используется для картографирования снежного покрова.

Каналы Landsat 4 канал (ближний инфракрасный): отражательная способность в этом канале в первую очередь зависит от свойств растительности. Максимально чувствителен к различиям породного состава.

Каналы Landsat 5 канал (коротковолновый инфракрасный): • чувствителен к содержанию воды в тканях листьев (отражательная способность уменьшается при возрастании содержания воды); • полезен для определения энергии растений и отделения суккулентов от древесной растительности; • особенно чувствителен к наличию/отсутствию трехвалентного железа в горных породах (отражательная способность возрастает при увеличении количества трехвалентного железа); • отличает лед и снег (светлый тон) от облаков (темный тон).

Каналы Landsat 6 канал (длинноволновый инфракрасный или тепловой): • датчики предназначены для измерения температуры излучающей поверхности от – 100 до +150 С; • подходит для дневного и ночного использования; • применение тепловой съемки: анализ влажности почв, типов горных пород, выявление теплового загрязнения воды, бытового скопления тепла, источников городского производства тепла, эффективное военное наведение, инвентаризация живой природы, выявление геотермальных зон.

Каналы Landsat 7 канал (средний или коротковолновый инфракрасный): • совпадает с полосой поглощения излучения гидроминералами (глинистые сланцы, некоторые оксиды и сульфаты), благодаря чему они выглядят темными (например, зоны метаморфического вытеснения глинистых сланцев в ассоциации с месторождениями меди); • полезен для литологической съемки; • как и 5 канал чувствителен к варьированию влаги в растительности и почвах.

Каналы Landsat 8 канал (панхроматический – 2, 3, 4, 5, 7): наиболее типичная комбинация каналов, используемая в дистанционном зондировании для анализа растительности, зерновых культур, землепользования и водно-болотных угодий.

ПОВЕРХНОСТЬ ОКЕАНА НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ к регистратору ИСЗ телеметрия ФОТОСИНТЕЗ КЛЕТОК ФИТОПЛАНКТОНА АППАРАТНО - ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОБРАБОТКИ СПУТНИКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Ресурс-Ф Космический аппарат "Ресурс-Ф 2" осуществляет синхронную многозональную и спектрозональную (или цветную) фотосъемку поверхности Земли с высоким разрешением. Используются солнечные батареи, что позволило увеличить время работы спутника на орбите до 30 суток. На борту спутника вместо аппаратов КАТЭ-200 и КФА-1000 установлена высокоинформативная многозональная фотокамера МК-4, которая осуществляет фотографирование в четырех зонах спектра из шести возможных. С помощью МК-4 получают многозональные снимки с разрешение 5… 8 м, спектрозональные - 8… 12 м. Аппаратура спутника позволяет при необходимости проводить многозональную съемку в сочетании со спектрозональной и цветной фотосъемкой.

"Ресурс-Ф" Запуски спутников серии "Ресурс. Ф" осуществляются ракетой носителем «Союз-У» на эллиптические приполярные орбиты с высотой апогея 250… 275 км, высотой перигея 190… 200 км. Первый запуск "Ресурса" на космодроме состоялся 5 сентября 1979 года.

Ресурс-О Данные со спутников серии Ресурс-О (сканеры МСУ-Э и МСУ-СК) – наиболее популярны в России благодаря широкому распространению региональных станций приема. Данные с Ресурс-О цифровые и доступны в оперативном режиме. Прием многозональных данных МСУ-Э (разрешение 45 м) и МСУ-СК (разрешение 150 м) с Ресурс-О № 3 велся успешно с 1994 года. В июле 1998 года был запущен очередной спутник серии - Ресурс-О № 4, но после нескольких месяцев успешной работы он прекратил передачу данных съемок по техническим причинам.

SPOT В 1998 году был запущен очередной спутник SPOT № 4 (отличающийся от предыдущих наличием дополнительного 4 -ого спектрального канала 1. 551. 75 мкм). Геометрическое разрешение данных SPOT при панхроматической съемке - 10 м, при многозональной - 20 м. Кроме высокого геометрического разрешения этих цифровых съемок, есть возможность получения стереопар для анализа рельефа. Недостатком снимков SPOT является их дороговизна. Минимальная стоимость архивных данных SPOT - 8000 французских франков за сцену размером примерно 60 х 60 км. Съемка после 1993 года стоит дороже, а за заказ новой съемки к стоимости обычного кадра следует добавить еще 7000 французских франков (цены указаны по состоянию на 2000 г. ).

Spot Основные характеристики съемочной аппаратуры спутников SPOT Спутник Прибор Пространствен Спектральный диапазон, ное мкм разрешение, м SPOT 5 HRG - High Geometric Resolution 60 Panchromatic 2. 5 или 5 0. 48 – 0. 71 B 1 : green 10 0. 50 – 0. 59 B 2 : red 10 0. 61 – 0. 68 B 3 : near-infra-red 10 0. 78 – 0. 89 B 4 : short-wave infrared (SWIR) SPOT 4 20 1. 58 – 1. 75 HRVIR - High Resolution Visible Infra Red Monospectral 10 20 0. 50 – 0. 59 B 2 : red 20 0. 61 – 0. 68 B 3 : near-infra-red 20 0. 78 – 0. 89 B 4 : short-wave infrared (SWIR) 20 60 0. 61 – 0. 68 B 1 : green SPOT 2 Полоса обзора, км 1. 58 – 1. 75 HRV - High Resolution Visible 60 Panchromatic 10 0. 50 – 0. 73 B 1 : green 20 0. 50 – 0. 59 B 2 : red 20 0. 61 – 0. 68 B 3 : near-infra-red 20 0. 78 – 0. 89

КОМЕТА Фотографические изображения со спутника КОМЕТА (камера КВР-1000) имеют разрешение 2 м. Устанавливаемая на том же спутнике специальная топографическая камера ТК-350 позволяет получать стереоснимки, предназначенные для обновления топографических карт (разрешение на местности данных ТК-350 – 10 м). Как правило, спутники КОМЕТА запускаются на короткие сроки – около 1 месяца и большинство данных архива покрывает зарубежную территорию. Однако, и российские потребители могут найти в архивах данные на интересующую их территорию.

IRS Индийская система дистанционного зондирования IRS. Сенсоры на спутниках последнего поколения (IRS-1 C, IRS-1 D) позволяют получать панхроматические снимки с геометрическим разрешением 5 - 6 м, а в многозональном режиме – 23 м. Минимальная стоимость панхроматических данных IRS составляет порядка $ 900 за фрагмент размером 23 х 23 км, а полный кадр стоит от $ 2500.

Terra В рамках программы EOS 18 декабря 1999 г. был запущен спутник EOS-AM 1 (под названием Terra), позднее – EOS-PM 1 (Aqua). Спутники имеют солнечносинхронные полярные орбиты (высота – 705 км, период обращения – 99 мин, наклонение – 98, 2°; EOS-AM пересекает экватор, двигаясь с севера на юг в 10. 30 по местному времени, а EOS-PM – с юга на север – в 13. 30). Срок службы каждого спутника 5 лет, по его истечении планируются дальнейшие запуски. Вся программа рассчитана на 15 лет.

Terra Съемочные системы на борту Terra Аппаратура спутника TERRA - это пять съемочных систем, предназначенных для одновременного согласованного сбора информации о радиационном балансе Земли, атмосферной циркуляции, взаимодействии суши и океанов, биопродуктивности, свойствах поверхности суши: ASTER MODIS MISR CERES MOPITT

Terra ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) - гиперспектральная 14 канальная съемка в диапазоне от 0. 52 до 11. 65 мкм с разрешением 15 -90 м и стереосъемка в диапазоне 0. 76 -0. 86 мкм. MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer ) - гиперспектральная 36 -канальная съемка в диапазоне от 0. 45 до 14. 36 мкм с разрешением 250 -1000 м. MISR (Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer) - четырехзональная съемка под 9 углами наклона в диапазоне от 0. 42 до 0. 87 мкм с разрешением от 250 х 275 до 1100 х 1100 м. CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System ) - съемка в трех широких спектральных зонах в диапазоне от 0. 3 до более 100 мкм с разрешением от 20 км (в надире). MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere) - двухзональная съемка (4. 7 и 2. 2 - 2. 4 мкм) с разрешением 22 км.

Технологические параметры систем дистанционного зондирования способных обеспечить мониторинг ГСП в Дальневосточном регионе Параметры Съемки Процесс Тип сканера Разрешение (м) Периодичность (сут) Оптимальные Каналысъемки (мкм)* Космический аппарат Оползни** МСУ-Э ETM+ MSS (для обзорного наблюдения) AMI PAN HR-PAN около 30 15 -30 80 30 5, 8 2, 5 16 16 16 3, 35 (при глобальном наблюдении) 22 22 0, 8 -0, 9 0, 52 -0, 90; 0, 750, 90; 2, 09 -2, 35 0, 701 -0, 813; 0, 808 -1, 023 0, 5 -0, 75 Ресурс-О – 4 Landsat-7 Landsat-5 Ers 1, 2 Irs 1 C, 1 D Обвалы и осыпи** МСУ-Э ETM+ HRVIR PAN HR-PAN около 30 15 -30 10 -20 5, 8 2, 5 16 16 26 22 22 0, 8 -0, 9 0, 52 -0, 90; 0, 750, 90; 2, 09 -2, 35 0, 5 -0, 75 Ресурс-О – 4 Landsat-7 Spot 4 -6 Irs 1 C, 1 D Селевые потоки и лахары МСУ-Э ETM+ MCУ-СК (для обзорного наблюдения) около 30 15 -30 от 140 до 550 (в тепловом ИК) 16 16 16 0, 8 -0, 9 Ресурс-О – 4 0, 52 -0, 90; 0, 75 - Landsat-7 0, 90; 2, 09 -2, 35 Ресурс-О – 4 0, 7 -0, 8; 0, 8 -1, 1

Ежедневные спутниковые снимки TERRA с разрешением 1000 метров за период с 2002 по 2006 г. г. с февраля по март;

19 марта 1999 г.

International “Egg” Code - Total Concentration (tenths) - Partial Concentration (tenths) - Stage of Development – Age (symbol) - Form of ice – Floe size (symbol) Stafe of Develobment Element Symbol New ice 1 Nilas, ice rind (0 -10 cm) 2 Young ice (10 -30 cm) 3 Grey ice (10 -15 cm) 4 Grey-white ice (15 -30 cm) 5 First-year ice (over 30 cm) 6 Thin first-year ice (30 -70 cm) 7 Thin first-year ice, first stage (30 -50 cm) 8 Thin first-year ice, second stage (50 -70 cm) 9 Medium first-year ice (70 -120 cm) 1. Thick first-year ice (over 120 cm) 4. Old ice 7. Form of Ice Element Symbol Pancake ice 0 Small ice, brash ice (>2 m) 1 Ice cake (2 -20 m) 2 Small floe (20 -100 m) 3 Medium floe (100 -500 m) 4 Big floe (500 m – 2 km) 5 Vast floe (2 – 10 km) 6 Glant floe (10 > km) 7 Fast ice/ Growlers or floebergs 8 Icebergs 9

Методика расчета площади полыньи по спутниковым данным

Развитие вдольбереговой полыньи по данным спутника Terra-Modis Полнолуние 25. 02. 05 Новолуние 10. 02. 05 11 -23 февраля 2005 года

Полученные результаты: n n n Создана методика, позволяющая обеспечить безопасность сооружений на нефтепромыслах и обслуживающем их транспорте в условиях сложной ледовой обстановки. Изучены свойства льда и особенности ледовой обстановки на северо-востоке о. Сахалина. Проанализированы методы и технические средства контроля состояния льдов и ледовой обстановки. Разработана методика для выявления ледовой нагрузки. Создана классификация дешифровочных признаков. Выявлен характер процесса, при котором образуется полынья, используемая для безопасной проводки судов.

Спутники Rapid Eye

Спутники Rapid Eye 16 июля 2008 на Байконур доставлена ракета-носитель "Днепр" для запуска пяти немецких спутников Rapid Eye

Спутник Quick. Bird

IKONOS 24 сентября 1999 года с космодрома Ванденберг (США) был успешно запущен первый коммерческий спутник для съемки Земли со сверхвысоким (лучше 1 м) разрешением – IKONOS.

Основные характеристики съемочной аппаратуры спутника IKONOS

Comoros volcano, Comoros Archipelago (Indian Ocean)

Владельцы снимков

Космические новости

Кондор-Э В начале 2008 г. будут проведены первые летные испытания системы ДЗЗ высокого разрешения «Кондор-Э» Как сообщает ИТАР-ТАСС со ссылкой на НПО Машиностроения, в начале 2008 года будут проведены первые летные испытания космической системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) высокого разрешения на базе малых спутников «Кондор-Э» . «Нами проведен значительный объем работ по испытаниям всех элементов системы, и сейчас мы занимаемся подготовкой ее к летным испытаниям, которые должны быть развернуты в начале 2008 года» , уточнил представитель предприятия. Система «Кондор-Э» вберет в себя новейшие научные достижения и разработки в области ДЗЗ и даст возможность оперативно получать высококачественные изображения, необходимые для мониторинга земной поверхности, поверхности океанов, экологического мониторинга и эффективного управления ресурсами. Разработчиком космической системы ДЗЗ «Кондор-Э» как по госзаказу, так и в рамках военно-технического и внешнеэкономического сотрудничества является НПО Машиностроения. В составе системы малых космических аппаратов могут быть спутники с радиолокатором и с оптико-электронной аппаратурой. Высота орбит аппаратов составит 450 -900 км. Время существования системы до 10 лет. Масса аппарата около 1150 кг, а вес полезной нагрузки до 350 кг. Запуск спутников планируется осуществлять конверсионной РН «Старт» , созданной на базе МБР РС-18

Россия потеряла в космосе спутник «Монитор-Э» 19. 10. 2005 В Федеральном космическом агентстве с глубокой озабоченностью восприняли информацию о потере контроля за космическим аппаратом дистанционного зондирования Земли «Монитор-Э» , находящемся в неориентированном состоянии. Об этом стало известно из центра управления полетом этого КА, расположенного в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. По данным ЦУП КА «Монитор-Э» 18 октября с. г. на спутнике возникли серьезные проблемы, связанные с его управлением, после чего он вошел в неориентируемый режим. Специалисты ГКНПЦ им. М. В. Хруничева принимают все возможные меры, чтобы вернуть космический аппарат в управляемое состояние, однако пока это сделать не удается. Это уже вторая крупная неудача ГКНПЦ им. М. В. Хруничева за последние 2 месяца, непосредственно связанная с деятельностью предприятия. Недавно из-за неполадок в работе ракеты-носителя «Рокот» , производимой ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, не был выведен на орбиту КА Cryo. Sat. КА «Монитор-Э» был выведен на орбиту той же РН «Рокот» , однако причины неудачной работы аппарата, по всей видимости, кроются в ошибках, допущенных руководством предприятия при организации работ по его созданию, испытаниям и эксплуатации на орбите в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. Космический аппарат дистанционного зондирования Земли «Монитор-Э» был запущен 26 августа 2005 года и, в соответствии с программой проведения летных испытаний, до 26 сентября с. г. должна была завершиться проверка работоспособности и оценка характеристик КА, и начата подготовка целевой аппаратуры к проведению съемок. Но этого не произошло до настоящего времени и, по всей видимости, перспективы получения снимка в дальнейшем очень туманны. В связи с нештатной работой радиолинии управления бортовой аппаратурой спутника, с момента его отделения от разгонного блока было отмечено непрохождение командно-программной информации на борт с наземных средств. В день запуска это подтвердило, что подготовка к запуску «Монитора-Э» специалистами предприятия была проведена не в полном объеме, несмотря на то, что на заседании Государственной комиссии по проведению летных испытаний генеральным директором ГКНПЦ имени М. В. Хруничева А. А. Медведевым было доложено о полной готовности космического комплекса к запуску и проведению его летных испытаний. Отсутствие устойчивой связи с космическим аппаратом поставило под угрозу его функционирование на орбите. В итоге летные испытания фактически были остановлены, а исследование функционирования бортовых систем КА проводится по частным программам.

Спасибо за внимание ! Спасибо за внимание