Serghei Revnivykh, șef adjunct al Direcției GLONASS, director al Departamentului de dezvoltare a sistemelor GLONASS al OJSC Sisteme de informații prin satelit, numit după V.I. Academicianul M.F. Reshetnev"

Poate că nu există un singur sector al economiei în care tehnologiile de navigație prin satelit să nu fie deja utilizate - de la toate tipurile de transport până la agricultură. Iar domeniile de aplicare sunt în continuă expansiune. În plus, în cea mai mare parte, dispozitivele receptoare primesc semnale de la cel puțin două sisteme de navigație globale - GPS și GLONASS.

Starea problemei

S-a întâmplat că utilizarea GLONASS în industria spațială din Rusia nu este atât de mare pe cât s-ar putea aștepta, având în vedere faptul că principalul dezvoltator al sistemului GLONASS este Roskosmos. Da, multe dintre navele noastre spațiale, transportatorii și etapele superioare au deja receptoare GLONASS ca parte a echipamentului lor de bord. Dar până acum sunt fie mijloace auxiliare, fie sunt folosite ca parte a sarcinii utile. Până în prezent, pentru efectuarea măsurătorilor de traiectorie, pentru determinarea orbitelor navelor spațiale din apropierea Pământului, pentru sincronizare, în majoritatea cazurilor, se folosesc mijloace de la sol ale complexului de comandă-măsurare, dintre care multe și-au epuizat de mult resursele. În plus, instrumentele de măsurare sunt situate pe teritoriul Federației Ruse, ceea ce nu permite acoperirea globală a întregii traiectorii a navei spațiale, ceea ce afectează precizia orbitei. Utilizarea receptoarelor de navigație GLONASS ca parte a echipamentului standard de bord pentru măsurătorile traiectoriei va face posibilă obținerea preciziei orbitei navelor spațiale cu orbită joasă (acestea alcătuiesc partea principală a constelației orbitale) la nivelul 10 centimetri în orice punct al orbitei în timp real. În același timp, nu este nevoie să implicăm mijloacele complexului de comandă-măsurare în efectuarea măsurătorilor de traiectorie, să cheltuiți bani pentru asigurarea performanței acestora și întreținerea personalului. Este suficient să aveți una sau două stații pentru a primi informații de navigație de la bord și a le transmite la centrul de control al zborului pentru rezolvarea problemelor de planificare. Această abordare schimbă întreaga strategie de sprijin balistic și de navigație. Dar, cu toate acestea, această tehnologie este deja destul de bine dezvoltată în lume și nu este deosebit de dificilă. Este nevoie doar de o decizie de a trece la o astfel de tehnologie.

Un număr semnificativ de nave spațiale pe orbită joasă sunt sateliți pentru teledetecția Pământului și rezolvarea problemelor științifice. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor și mijloacelor de observare, creșterea rezoluției, cerințele pentru acuratețea legării informațiilor țintă primite la coordonatele satelitului în momentul fotografierii cresc. În modul a posteriori, pentru procesarea imaginilor și a datelor științifice, în multe cazuri, precizia orbitei trebuie cunoscută la nivel de centimetru.

Pentru navele spațiale de clasă geodezică specială (cum ar fi Lageos, Etalon), care sunt special concepute pentru a rezolva problemele fundamentale de studiere a Pământului și de rafinare a modelelor de mișcare a navelor spațiale, a fost deja atinsă precizia orbitală în centimetri. Dar trebuie să ținem cont de faptul că aceste vehicule zboară în afara atmosferei și au o formă sferică pentru a minimiza incertitudinea perturbațiilor presiunii solare. Pentru măsurătorile traiectoriei, se folosește o rețea internațională globală de telemetrie cu laser, care nu este ieftină, iar funcționarea mijloacelor este foarte dependentă de condițiile meteorologice.

Navele spațiale cu teledetecție și știință zboară în principal la altitudini de până la 2000 km, au o formă geometrică complexă și suferă perturbări din atmosferă și presiunea solară în toată măsura. Nu este întotdeauna posibilă utilizarea facilităților laser ale serviciilor internaționale. Prin urmare, sarcina de a obține orbitele unor astfel de sateliți cu precizie centimetrică este foarte dificilă. Este necesară utilizarea modelelor speciale de mișcare și a metodelor de procesare a informațiilor. În ultimii 10-15 ani, s-au înregistrat progrese semnificative în practica mondială pentru a rezolva astfel de probleme folosind receptoare de navigație GNSS de înaltă precizie la bord (în principal GPS). Pionierul în acest domeniu a fost satelitul Topex-Poseidon (proiect comun NASA-CNES, 1992-2005, altitudine 1.336 km, înclinație 66), a cărui precizie a orbitei în urmă cu 20 de ani era asigurată la nivelul de 10 cm (2,5 cm pe rază) .

În următorul deceniu, Federația Rusă intenționează să lanseze destul de multe nave spațiale cu teledetecție pentru a rezolva probleme aplicate în diverse scopuri. În special, pentru un număr de sisteme spațiale, este necesară legarea informațiilor țintă cu o precizie foarte mare. Acestea sunt sarcinile de explorare, cartografiere, monitorizare a condițiilor de gheață, situații de urgență, meteorologie, precum și o serie de sarcini științifice fundamentale în domeniul studierii Pământului și oceanelor, construirea unui model dinamic de înaltă precizie al geoidului, înalt. -modele dinamice de precizie ale ionosferei si atmosferei. Precizia poziției navei spațiale trebuie deja cunoscută la nivel de centimetri pe întreaga orbită. Vorbim de acuratețe a posteriori.

Aceasta este deja o sarcină dificilă pentru balistica spațială. Poate singura modalitate care poate oferi o soluție la această problemă este utilizarea măsurătorilor de la receptorul de navigație GNSS de la bord și mijloacele corespunzătoare de procesare de înaltă precizie a informațiilor de navigație la sol. În cele mai multe cazuri, acesta este un receptor combinat care funcționează pe sisteme GPS și GLONASS. În unele cazuri, pot fi prezentate cerințe pentru utilizarea numai a sistemului GLONASS.

Experiment pentru determinarea de înaltă precizie a orbitelor folosind GLONASS

În țara noastră, tehnologia de obținere a coordonatelor de înaltă precizie cu ajutorul receptorilor de navigație din clasa geodezică este bine dezvoltată pentru rezolvarea problemelor geodezice și geodinamice de pe suprafața Pământului. Aceasta este tehnologia așa-numitei poziționări de înaltă precizie (poziționare precisă a punctului). Caracteristica tehnologiei este următoarea:

* pentru prelucrarea măsurătorilor receptorului de navigație, ale cărui coordonate trebuie specificate, informațiile din cadrele de navigație ale semnalelor GNSS nu sunt utilizate. Semnalele de navigație sunt utilizate numai pentru măsurători de distanță, în principal bazate pe măsurători ale fazei purtătoare a semnalului;

* Orbitele de înaltă precizie și corecțiile de ceas la bord sunt utilizate ca informații în timp efemeride ale navelor spațiale de navigație, care sunt obținute pe baza procesării continue a măsurătorilor rețelei globale de stații pentru recepția semnalelor de navigație GNSS. În cea mai mare parte, soluțiile Serviciului Internațional GNSS (IGS) sunt acum utilizate;

* măsurătorile receptorului de navigație ale cărui coordonate urmează să fie determinate sunt prelucrate împreună cu informații de înaltă precizie în timp efemeride folosind metode speciale de procesare.

Ca urmare, coordonatele receptorului (centrul de fază al antenei receptorului) pot fi obținute cu o precizie de câțiva centimetri.

Pentru rezolvarea problemelor științifice, precum și pentru problemele de gestionare a terenurilor, cadastru, construcție în Rusia de câțiva ani, astfel de instrumente există și sunt utilizate pe scară largă. În același timp, autorul nu a avut încă informații despre mijloacele care pot rezolva problemele determinării de înaltă precizie a orbitelor navelor spațiale cu orbită joasă.

Un experiment de inițiativă efectuat în urmă cu câteva luni a arătat că avem prototipuri ale unor astfel de instrumente și pot fi folosite pentru a crea instrumente standard din industrie pentru suport balistic și de navigație de înaltă precizie pentru nave spațiale pe orbită joasă.

În urma experimentului, a fost confirmată posibilitatea utilizării prototipurilor existente pentru determinarea de înaltă precizie a orbitei navelor spațiale cu orbită joasă la nivelul mai multor centimetri.

Pentru experiment, a fost aleasă o navă spațială internă zburătoare cu teledetecție „Resurs-P” nr. 1 (orbita circulară sincronă cu soarele cu o altitudine medie de 475 km.), echipată cu un receptor de navigație combinat GLONASS/GPS. Pentru a confirma rezultatul, s-a repetat prelucrarea datelor pentru sonda geodezică GRACE (un proiect comun NASA și DLR, 2002-2016, altitudine 500 km, înclinație 90), la bordul căreia au fost instalate receptoare GPS. Caracteristicile experimentului sunt următoarele:

* pentru a evalua capacitățile sistemului GLONASS de a determina orbita navei spațiale Resurs-P (o vedere generală este prezentată în Fig. 1), au fost utilizate doar măsurătorile sistemului GLONASS (4 seturi de receptoare de navigație la bord dezvoltate de JSC RIRV);

* pentru a obține orbita navei spațiale a sistemului GRACE (vederea generală este prezentată în Fig. 2), s-au folosit doar măsurători GPS (măsurătorile sunt disponibile gratuit);

* Efemeridele de înaltă precizie și corecțiile de ceas la bord ale sateliților de navigație GLONASS și GPS au fost utilizate ca informații de asistență, care au fost obținute la IAC KVNO TsNIIMash pe baza procesării măsurătorilor de la stațiile rețelei globale IGS (datele sunt disponibile gratuit) . Evaluarea acurateței acestor date de către serviciul IGS este prezentată în fig. 3 și are aproximativ 2,5 cm.Locația rețelei globale de stații GLONASS/GPS a serviciului IGS este prezentată în fig. 4;

* un eșantion model al complexului hardware și software, care oferă determinarea de înaltă precizie a orbitei navelor spațiale cu orbită joasă (dezvoltarea inițiativei CJSC GEO-TsUP). Eșantionul oferă, de asemenea, decodarea măsurătorilor receptoarelor de bord ale navei spațiale Resurs-P utilizând informații de înaltă precizie în timp efemeride și ținând cont de caracteristicile funcționării sesiunii ale receptorilor de bord. Proba-machetă a fost testată conform măsurătorilor sistemului de navă spațială GRACE.

Orez. 1. Vedere generală a navei Resurs-P.

Orez. Fig. 2. Vedere generală a navei spațiale a sistemului GRACE.

Orez. 3. Estimarea acurateței efemeridei IAC KVNO TsNIIMash de către serviciul IGS. Precizia informațiilor efemeride de asistență ale sateliților de navigație GLONASS (denumirea - IAC, puncte albastru închis pe grafic) este de 2,5 cm.

Orez. 4. Localizarea rețelei globale de stații GLONASS/GPS ale serviciului internațional IGS (sursa - http://igscb.jpl.nasa.gov/network/iglos.html).

Ca rezultat al experimentului, a fost obținut un rezultat fără precedent pentru suportul balistic și de navigație intern al navelor spațiale pe orbită joasă:

* Ținând cont de informațiile de asistență și măsurătorile reale ale receptoarelor de navigație de la bord ale navei spațiale Resurs-P, s-a obținut o orbită de înaltă precizie a acestei nave spațiale cu o precizie de 8-10 cm numai din măsurătorile GLONASS (vezi Fig. 5) .

* Pentru a confirma rezultatul pe parcursul experimentului, au fost efectuate calcule similare pentru nave spațiale geodezice ale sistemului GRACE, dar folosind măsurători GPS (vezi Fig. 6). Precizia orbitei acestor nave spațiale a fost obținută la nivelul de 3-5 cm, ceea ce coincide pe deplin cu rezultatele principalelor centre de analiză ale serviciului IGS.

Orez. Fig. 5. Precizia orbitei navei spațiale Resurs-P obținută din măsurătorile GLONASS numai folosind informații de asistență, estimată din măsurătorile a patru seturi de receptoare de navigație la bord.

Orez. Fig. 6. Precizia orbitei GRACE-B obținută din măsurători numai GPS folosind informații de asistență.

Sistemul ANNKA din prima etapă

Pe baza rezultatelor experimentului, rezultă în mod obiectiv următoarele concluzii:

În Rusia, există un întârziere semnificativ de dezvoltare internă pentru rezolvarea problemelor determinării de înaltă precizie a orbitelor navelor spațiale cu orbită joasă la un nivel competitiv cu centrele străine de procesare a informațiilor. Pe baza acestei baze, crearea unui centru balistic permanent al industriei pentru rezolvarea unor astfel de probleme nu va necesita cheltuieli mari. Acest centru va putea oferi servicii pentru determinarea de înaltă precizie a orbitelor oricăror sateliți de teledetecție echipați cu echipamente de navigație prin satelit GLONASS și/sau GLONASS / GPS tuturor organizațiilor interesate care au nevoie să conecteze informațiile de la sateliții de teledetecție la coordonatele. În viitor, pot fi utilizate și măsurătorile sistemului chinezesc BeiDou și Galileo european.

Se arată pentru prima dată că, folosind măsurători GLONASS, atunci când se rezolvă probleme de înaltă precizie, este posibil să se asigure că acuratețea soluțiilor nu este practic mai rea decât utilizarea măsurătorilor GPS. Precizia finală depinde în principal de acuratețea informațiilor efemeridelor de asistență și de acuratețea cunoașterii modelului de mișcare a navei spațiale pe orbită joasă.

Prezentarea rezultatelor sistemelor interne de teledetecție cu referire de înaltă precizie la coordonate va crește dramatic semnificația și competitivitatea acesteia (ținând cont de creșterea și prețul pieței) pe piața globală a rezultatelor teledetecției Pământului.

Astfel, pentru a crea prima etapă a sistemului de navigație asistată pentru SC-urile LEO (nume de cod - sistem ANNKA) în Federația Rusă, toate componentele sunt disponibile (sau sunt în construcție):

* are propriul software special de bază care vă permite să primiți informații de înaltă precizie în timpul efemeridelor, indiferent de operatorii GLONASS și GPS;

* există un prototip de software special, pe baza căruia poate fi creat în cel mai scurt timp posibil un complex hardware-software standard pentru determinarea orbitelor navelor spațiale pe orbită joasă cu o precizie de centimetri;

* există mostre interne de receptoare de navigație la bord care permit rezolvarea problemei cu o asemenea acuratețe;

* Roskosmos își creează propria rețea globală de stații pentru recepția semnalelor de navigație GNSS.

Arhitectura sistemului ANNKA pentru implementarea primei etape (modul a posteriori) este prezentată în fig. 7.

Funcțiile sistemului sunt următoarele:

* primirea măsurătorilor din rețeaua globală către centrul de procesare a informațiilor din sistemul ANNKA;

* formarea de efemeride de înaltă precizie pentru sateliții de navigație ai sistemelor GLONASS și GPS (în viitor - pentru sistemele BeiDou și Galileo) la centrul ANNKA;

* primirea măsurătorilor echipamentelor de navigație prin satelit de la bord instalate la bordul navei spațiale cu teledetecție pe orbită joasă și transmiterea acestora către centrul ANNKA;

* calculul orbitei de înaltă precizie a satelitului de teledetecție la centrul ANNKA;

* transferul orbitei satelitului ERS de înaltă precizie către centrul de procesare a datelor din complexul special de la sol al sistemului ERS.

Sistemul poate fi creat în cel mai scurt timp posibil, chiar și în cadrul activităților existente ale programului țintă federal pentru întreținerea, dezvoltarea și utilizarea sistemului GLONASS.

Orez. Fig. 7. Arhitectura sistemului ANNKA în prima etapă (mod a posteriori), care asigură determinarea orbitelor navelor spațiale cu orbită joasă la un nivel de 3-5 cm.

Dezvoltare în continuare

Dezvoltarea ulterioară a sistemului ANNKA în direcția implementării modului de determinare și predicție de înaltă precizie a orbitei navelor spațiale pe orbită joasă în timp real la bord poate schimba radical întreaga ideologie a suportului balistic și de navigație pentru astfel de sateliți și poate abandona complet. utilizarea măsurătorilor la sol ale complexului de comandă și măsurare. Este greu de spus cu cât, dar costurile operaționale ale suportului balistic și de navigație vor fi reduse semnificativ, având în vedere plata lucrărilor instalațiilor terestre și a personalului.

În Statele Unite, NASA a creat un astfel de sistem în urmă cu mai bine de 10 ani, pe baza unui sistem de comunicații prin satelit pentru controlul navelor spațiale TDRSS și a sistemului global de navigație de înaltă precizie GDGPS, creat chiar mai devreme. Sistemul a fost numit TASS. Oferă informații de asistență tuturor navelor spațiale științifice și sateliților de teledetecție pe orbite joase pentru a rezolva la bord sarcinile de determinare a orbitelor în timp real la un nivel de 10-30 cm.

Arhitectura sistemului ANNKA din a doua etapă, care oferă o soluție la problemele de determinare a orbitelor la bord cu o precizie de 10-30 cm în timp real, este prezentată în Fig. opt:

Funcțiile sistemului ANNKA în a doua etapă sunt următoarele:

* primirea măsurătorilor de la stațiile pentru recepția semnalelor de navigație GNSS ale rețelei globale în timp real către centrul de procesare a datelor ANNKA;

* formarea de efemeride de înaltă precizie pentru sateliții de navigație ai sistemelor GLONASS și GPS (în viitor - pentru sistemele BeiDou și Galileo) în centrul ANNKA în timp real;

* marcaj efemeride de înaltă precizie pe releul navei spațiale a sistemelor de comunicații (permanent, în timp real);

* retransmisie de efemeride de înaltă precizie (informații de asistență) prin sateliți releu pentru sateliții de teledetecție pe orbită joasă;

* Obținerea unei poziții de înaltă precizie a navelor spațiale cu teledetecție la bord folosind echipamente speciale de navigație prin satelit capabile să proceseze semnalele de navigație GNSS recepționate împreună cu informații de asistență;

* transmiterea informațiilor țintă cu legare de înaltă precizie către centrul de procesare a datelor al unui complex special de teledetecție la sol.

Orez. Fig. 8. Arhitectura sistemului ANNKA la a doua etapă (mod real time), care asigură determinarea în timp real la bord a orbitelor navelor spațiale cu orbită joasă la un nivel de 10-30 cm.

Analiza capacităților existente, rezultatele experimentale arată că Federația Rusă are un început bun pentru a crea un sistem de navigație asistată de înaltă precizie a navelor spațiale pe orbită joasă, care va reduce semnificativ costurile de gestionare a acestor vehicule și va reduce întârzierea de la liderii. puterile spaţiale în domeniul navigaţiei navelor spaţiale de înaltă precizie în rezolvarea problemelor urgente.probleme ştiinţifice şi aplicative. Pentru a face pasul necesar în evoluția tehnologiei de control al navelor spațiale pe orbită joasă, este necesar doar să luăm o decizie adecvată.

Sistemul ANNKA din prima etapă poate fi creat în cel mai scurt timp posibil la costuri minime.

Pentru a trece la a doua etapă, va fi necesar să se implementeze un set de măsuri, care ar trebui să fie prevăzute în cadrul programelor țintite de stat sau federale:

* crearea unui sistem special de comunicații prin satelit care să asigure controlul continuu al navelor spațiale apropiate de Pământ, fie pe orbită geostaționară, fie pe orbite geosincrone înclinate;

* modernizarea complexului hardware-software pentru formarea in timp real a informatiilor efemeride asistatoare;

* finalizarea creării rețelei globale rusești de stații pentru recepția semnalelor de navigație GNSS;

* dezvoltarea și organizarea producției de receptoare de navigație la bord capabile să proceseze semnale de navigație GNSS împreună cu informații de asistare în timp real.

Implementarea acestor măsuri este o muncă serioasă, dar destul de realizabilă. Acesta poate fi realizat de întreprinderile ORSC, ținând cont de activitățile deja planificate în cadrul Programului Spațial Federal și în cadrul Programului țintă federal pentru întreținerea, dezvoltarea și utilizarea sistemului GLONASS, sub rezerva ajustărilor corespunzătoare. Estimarea costurilor pentru crearea acestuia și efectul economic este o etapă necesară care ar trebui făcută ținând cont de proiectele planificate pentru crearea de sisteme spațiale de teledetecție a Pământului, sisteme de comunicații prin satelit, sisteme spațiale și complexe în scopuri științifice. Există o certitudine absolută că aceste costuri se vor justifica de la sine.

În concluzie, autorul își exprimă recunoștința sinceră față de specialiștii de top din domeniul navigației interne prin satelit Arkady Tyulakov, Vladimir Mitrikas, Dmitri Fedorov, Ivan Skakun pentru organizarea experimentului și furnizarea de materiale pentru acest articol, serviciul internațional IGS și liderii săi - Urs Hugentobl și Ruth Nilan - pentru oportunitatea de a folosi pe deplin măsurătorile rețelei globale de stații de recepție a semnalelor de navigație, precum și tuturor celor care au ajutat și nu au intervenit.

Satelit cu teledetecție „Resurs-P”

Teledetecția Pământului (ERS) este observarea suprafeței prin mijloace aviatice și spațiale echipate cu diverse tipuri de echipamente de imagistică. Gama de operare a lungimilor de undă primite de echipamentul de imagistică variază de la fracțiuni de micrometru (radiație optică vizibilă) la metri (unde radio). Metodele de sondare pot fi pasive, adică să folosească radiația termică naturală reflectată sau secundară a obiectelor de pe suprafața Pământului, datorită activității solare, și active - folosind radiația stimulată a obiectelor inițiată de o sursă artificială de acțiune direcțională. Datele de teledetecție obținute cu (KA) se caracterizează printr-un grad mare de dependență de transparența atmosferei. Prin urmare, nava spațială folosește echipamente pasive și active multicanal care detectează radiația electromagnetică în diferite intervale.

Echipamentele de teledetecție ale primei nave spațiale lansate în anii 1960-70. era de tipul pistei - proiecția zonei de măsurare pe suprafața Pământului era o linie. Mai târziu, au apărut și s-au răspândit echipamente de teledetecție de tip panoramic - scanere, a căror proiecție a zonei de măsurare pe suprafața Pământului este o bandă.

Navele spațiale cu teledetecție ale Pământului sunt folosite pentru a studia resursele naturale ale Pământului și pentru a rezolva probleme meteorologice. Navele spațiale pentru studiul resurselor naturale sunt echipate în principal cu echipamente optice sau radar. Avantajele acestuia din urmă sunt că permite observarea suprafeței Pământului în orice moment al zilei, indiferent de starea atmosferei.

revizuire generală

Teledetecția este o metodă de obținere a informațiilor despre un obiect sau fenomen fără contact fizic direct cu acest obiect. Teledetecția este un subset al geografiei. În sensul modern, termenul se referă în principal la tehnologiile de detectare aeropurtate sau spațiale în scopul detectării, clasificării și analizei obiectelor de pe suprafața pământului, precum și a atmosferei și oceanului, folosind semnale propagate (de exemplu, radiația electromagnetică). Acestea sunt împărțite în teledetecție activă (semnalul este emis mai întâi de o aeronavă sau de un satelit spațial) și pasivă (se înregistrează doar un semnal din alte surse, cum ar fi lumina soarelui).

Senzorii pasivi de teledetecție înregistrează un semnal emis sau reflectat de un obiect sau de un teritoriu adiacent. Lumina solară reflectată este cea mai frecvent utilizată sursă de radiație înregistrată de senzorii pasivi. Exemple de teledetecție pasivă sunt fotografia digitală și de film, utilizarea infraroșului, CCD și radiometre.

Dispozitivele active, la rândul lor, emit un semnal pentru a scana obiectul și spațiul, după care senzorul este capabil să detecteze și să măsoare radiația reflectată sau formată prin retroîmprăștierea țintei de detectare. Exemple de senzori activi de teledetecție sunt radarul și lidarul, care măsoară timpul de întârziere dintre emiterea și înregistrarea semnalului returnat, determinând astfel locația, viteza și direcția unui obiect.

Teledetecția oferă o oportunitate de a obține date despre obiecte periculoase, greu accesibile și care se mișcă rapid și, de asemenea, vă permite să efectuați observații pe zone vaste de teren. Exemple de aplicații de teledetecție includ monitorizarea defrișărilor (de exemplu, în Amazon), condițiile ghețarilor din Arctica și Antarctica și măsurarea adâncimii oceanului folosind multe. Teledetecția vine, de asemenea, să înlocuiască metodele costisitoare și relativ lente de colectare a informațiilor de pe suprafața Pământului, garantând în același timp neintervenția omului în procesele naturale din teritoriile sau obiectele observate.

Cu navele spațiale care orbitează, oamenii de știință sunt capabili să colecteze și să transmită date în diferite benzi ale spectrului electromagnetic, care, combinate cu măsurători și analize mai mari la sol și aerian, oferă gama necesară de date pentru a monitoriza fenomenele și tendințele actuale, cum ar fi El. Niño și altele.fenomene naturale, atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. Teledetecția este de importanță aplicată și în domeniul geoștiințelor (de exemplu, managementul naturii), agriculturii (utilizarea și conservarea resurselor naturale), securității naționale (monitorizarea zonelor de frontieră).

Tehnici de achizitie a datelor

Scopul principal al studiilor multispectrale și al analizei datelor obținute este obiectele și teritoriile care emit energie, ceea ce face posibilă distingerea acestora de fundalul mediului. O scurtă prezentare generală a sistemelor de teledetecție prin satelit poate fi găsită în tabelul de prezentare generală.

De regulă, cel mai bun moment pentru a obține date din metodele de teledetecție este ora de vară (în special, în aceste luni, soarele se află la cel mai mare unghi deasupra orizontului și durata zilei este cea mai lungă). O excepție de la această regulă este achiziția de date folosind senzori activi (de ex. Radar, Lidar), precum și date termice în intervalul lung de undă. În imaginile termice, în care senzorii măsoară energia termică, este mai bine să folosiți perioada de timp în care diferența dintre temperatura solului și temperatura aerului este cea mai mare. Astfel, cel mai bun moment pentru aceste metode este în lunile mai reci, precum și cu câteva ore înainte de zori în orice moment al anului.

În plus, există și alte considerații de luat în considerare. Cu ajutorul radarului, de exemplu, este imposibil să obțineți o imagine a suprafeței goale a pământului cu o acoperire groasă de zăpadă; acelasi lucru se poate spune despre lidar. Cu toate acestea, acești senzori activi sunt insensibili la lumină (sau lipsa acesteia), făcându-i o alegere excelentă pentru aplicații la latitudine mare (de exemplu). În plus, atât radarul, cât și lidarul sunt capabili (în funcție de lungimile de undă utilizate) să capteze imagini de suprafață sub acoperișul pădurii, făcându-le utile pentru aplicații în regiunile cu vegetație intensă. Pe de altă parte, metodele de achiziție a datelor spectrale (atât metodele stereo, cât și metodele multispectrale) sunt aplicabile în principal în zilele însorite; datele colectate în condiții de lumină scăzută tind să aibă niveluri scăzute de semnal/zgomot, ceea ce le face dificil de procesat și interpretat. În plus, în timp ce imaginile stereo sunt capabile să înfățișeze și să identifice vegetația și ecosistemele, cu această metodă (ca și în cazul sondajului multispectral) nu este posibil să pătrundă în copacurile copacilor și să obțină imagini ale suprafeței pământului.

Aplicarea teledetecției

Teledetecția este folosită cel mai adesea în agricultură, geodezie, cartografiere, monitorizarea suprafeței pământului și a oceanului, precum și a straturilor atmosferei.

Agricultură

Cu ajutorul sateliților, se pot obține imagini ale câmpurilor, regiunilor și districtelor individuale cu o anumită ciclicitate. Utilizatorii pot primi informații valoroase despre starea terenului, inclusiv identificarea culturii, determinarea suprafeței culturii și starea culturii. Datele din satelit sunt folosite pentru a gestiona și monitoriza cu acuratețe rezultatele agriculturii la diferite niveluri. Aceste date pot fi utilizate pentru optimizarea fermei și gestionarea spațială a operațiunilor tehnice. Imaginile pot ajuta la determinarea locației culturilor și a gradului de epuizare a terenurilor și pot fi apoi utilizate pentru a dezvolta și implementa un plan de tratare pentru a optimiza la nivel local utilizarea substanțelor chimice agricole. Principalele aplicații agricole ale teledetecției sunt următoarele:

• vegetație:
  • clasificarea tipurilor de culturi
  • evaluarea stării culturilor (monitorizarea culturilor agricole, evaluarea daunelor)
  • evaluarea randamentului

• pamantul
  • afișarea caracteristicilor solului
  • afișaj tip sol
  • eroziunea solului
  • umiditatea solului
  • cartografierea practicilor de prelucrare a solului

Monitorizarea acoperirii forestiere

Teledetecția este, de asemenea, utilizată pentru a monitoriza acoperirea pădurilor și pentru a identifica speciile. Hărțile obținute în acest fel pot acoperi o suprafață mare, afișând în același timp măsurători detaliate și caracteristici ale zonei (tip de arbori, înălțime, densitate). Folosind datele de teledetecție, este posibilă definirea și delimitarea diferitelor tipuri de pădure, care ar fi dificil de realizat folosind metode tradiționale la suprafața solului. Datele sunt disponibile la o varietate de scări și rezoluții pentru a se potrivi cerințelor locale sau regionale. Cerințele pentru detaliile afișajului terenului depind de scara studiului. Pentru a afișa modificările în acoperirea pădurii (textură, densitatea frunzelor) aplicați:

• imagini multispectrale: sunt necesare date cu rezoluție foarte mare pentru identificarea precisă a speciilor

• imagini reutilizabile ale aceluiași teritoriu, folosite pentru a obține informații despre schimbările sezoniere de diferite tipuri

• stereofotografii - pentru distingerea speciilor, evaluarea densității și înălțimii copacilor. Fotografiile stereo oferă o vedere unică a pădurii, accesibilă doar prin tehnologia de teledetecție.

• Radarele sunt utilizate pe scară largă în tropicele umede datorită capacității lor de a obține imagini în toate condițiile meteorologice.

• Lidar vă permite să obțineți o structură tridimensională a pădurii, să detectați modificări ale înălțimii suprafeței pământului și ale obiectelor de pe aceasta. Datele Lidar ajută la estimarea înălțimii copacilor, a suprafețelor coroanei și a numărului de copaci pe unitate de suprafață.

Monitorizarea suprafetei

Monitorizarea suprafeței este una dintre cele mai importante și tipice aplicații ale teledetecției. Datele obținute sunt utilizate în determinarea stării fizice a suprafeței pământului, cum ar fi pădurile, pășunile, suprafețele drumurilor etc., inclusiv rezultatele activităților umane, precum peisajul din zonele industriale și rezidențiale, starea zonelor agricole, etc. Inițial, ar trebui stabilit un sistem de clasificare a acoperirii terenului, care include de obicei niveluri și clase de teren. Nivelurile și clasele ar trebui dezvoltate ținând cont de scopul utilizării (național, regional sau local), rezoluția spațială și spectrală a datelor de teledetecție, cererea utilizatorului și așa mai departe.

Detectarea schimbărilor în starea suprafeței pământului este necesară pentru actualizarea hărților de acoperire a solului și raționalizarea utilizării resurselor naturale. Modificările sunt de obicei detectate când se compară mai multe imagini care conțin mai multe niveluri de date și, în unele cazuri, când se compară hărți vechi și imagini actualizate de teledetecție.

• schimbări sezoniere: terenurile agricole și pădurile de foioase se modifică sezonier

• modificare anuală: modificări ale suprafeței terenului sau ale zonei de utilizare a terenului, cum ar fi zonele de defrișare sau extinderea urbană

Informațiile despre suprafața terenului și modificările acoperirii terenului sunt esențiale pentru stabilirea și implementarea politicilor de protecție a mediului și pot fi utilizate împreună cu alte date pentru a efectua calcule complexe (de exemplu, riscuri de eroziune).

Geodezie

Colectarea datelor geodezice din aer a fost folosită mai întâi pentru a detecta submarine și pentru a obține date gravitaționale utilizate pentru a construi hărți militare. Aceste date sunt nivelurile de perturbații instantanee ale câmpului gravitațional al Pământului, care pot fi folosite pentru a determina modificări în distribuția maselor Pământului, care la rândul lor pot fi necesare pentru diverse studii geologice.

Aplicații acustice și aproape acustice

• Sonar: sonar pasiv, înregistrează unde sonore provenite de la alte obiecte (navă, balenă etc.); sonarul activ, emite impulsuri de unde sonore și înregistrează semnalul reflectat. Folosit pentru a detecta, localiza și măsura parametrii obiectelor subacvatice și ai terenului.

• Seismografele sunt un dispozitiv special de măsurare care este folosit pentru a detecta și înregistra toate tipurile de unde seismice. Cu ajutorul seismogramelor luate în diferite locuri ale unui anumit teritoriu, este posibil să se determine epicentrul unui cutremur și să se măsoare amplitudinea acestuia (după ce acesta a avut loc) prin compararea intensităților relative și timpul exact al oscilațiilor.

• Ultrasunete: senzori ultrasonici care emit impulsuri de înaltă frecvență și înregistrează semnalul reflectat. Folosit pentru a detecta valurile pe apă și pentru a determina nivelul apei.

La coordonarea unei serii de observații la scară largă, majoritatea sistemelor de sondare depind de următorii factori: locația platformei și orientarea senzorilor. Instrumentele de înaltă calitate din zilele noastre folosesc adesea informații de poziție de la sistemele de navigație prin satelit. Rotația și orientarea sunt adesea determinate de busole electronice cu o precizie de aproximativ unul până la două grade. Compasele pot măsura nu numai azimutul (adică abaterea gradului de la nordul magnetic), ci și altitudinea (abaterea de la nivelul mării), deoarece direcția câmpului magnetic în raport cu Pământul depinde de latitudinea la care are loc observația. Pentru o orientare mai precisă este necesară utilizarea navigației inerțiale, cu corecții periodice prin diverse metode, inclusiv navigarea prin stele sau repere cunoscute.

Prezentare generală a principalelor instrumente de teledetecție

• Radarele sunt utilizate în principal în controlul traficului aerian, avertizare timpurie, monitorizarea acoperirii forestiere, agricultură și date meteorologice la scară largă. Radarul Doppler este folosit de agențiile de aplicare a legii pentru a monitoriza viteza vehiculelor, precum și pentru a obține date meteorologice privind viteza și direcția vântului, locația și intensitatea precipitațiilor. Alte tipuri de informații primite includ date despre gazul ionizat din ionosferă. Radarul interferometric cu deschidere artificială este utilizat pentru a obține modele digitale precise de elevație ale unor zone mari de teren.

• Altimetrele laser și radar de pe sateliți oferă o gamă largă de date. Măsurând variațiile nivelului oceanului cauzate de gravitație, aceste instrumente afișează caracteristici ale fundului mării cu o rezoluție de aproximativ o milă. Măsurând înălțimea și lungimea de undă a valurilor oceanului cu altimetre, puteți afla viteza și direcția vântului, precum și viteza și direcția curenților oceanici de suprafață.

• Senzorii cu ultrasunete (acustici) și radar sunt utilizați pentru a măsura nivelul mării, marea și marea, pentru a determina direcția valurilor în regiunile marine de coastă.

• Tehnologia Light Detection and Ranging (LIDAR) este binecunoscută pentru aplicațiile sale militare, în special pentru navigarea cu proiectile laser. LIDAR este, de asemenea, folosit pentru a detecta și măsura concentrația diferitelor substanțe chimice din atmosferă, în timp ce LIDAR la bordul unei aeronave poate fi folosit pentru a măsura înălțimea obiectelor și fenomenelor de la sol cu ​​o precizie mai mare decât se poate obține cu tehnologia radar. Teledetecția vegetației este, de asemenea, una dintre principalele aplicații ale LIDAR.

• Radiometrele și fotometrele sunt cele mai frecvente instrumente utilizate. Ele captează radiația reflectată și emisă într-o gamă largă de frecvențe. Senzorii vizibili și în infraroșu sunt cei mai des întâlniți, urmați de senzori cu microunde, raze gamma și, mai rar, senzori ultravioleți. Aceste instrumente pot fi utilizate și pentru a detecta spectrul de emisie al diferitelor substanțe chimice, oferind date despre concentrația acestora în atmosferă.

• Imaginile stereo obținute din fotografierea aeriană sunt adesea folosite în detectarea vegetației de pe suprafața Pământului, precum și pentru construirea de hărți topografice în dezvoltarea de potențiale rute prin analiza imaginilor terenului, în combinație cu modelarea caracteristicilor de mediu obținute prin intermediul solului. metode bazate.

• Platformele multispectrale precum Landsat au fost utilizate activ din anii 1970. Aceste instrumente au fost folosite pentru a genera hărți tematice prin luarea de imagini în mai multe lungimi de undă ale spectrului electromagnetic (multi-spectru) și sunt utilizate de obicei pe sateliții de observare a Pământului. Exemple de astfel de misiuni includ programul Landsat sau satelitul IKONOS. Hărțile de acoperire și utilizare a terenului produse prin cartografiere tematică pot fi utilizate pentru explorarea minerală, detectarea și monitorizarea utilizării terenurilor, defrișările și studiul sănătății plantelor și culturilor, inclusiv a unor suprafețe vaste de teren agricol sau zone împădurite. Imaginile satelitare Landsat sunt utilizate de autoritățile de reglementare pentru a monitoriza parametrii de calitate a apei, inclusiv adâncimea Secchi, densitatea clorofilei și fosforul total. Sateliții meteorologici sunt utilizați în meteorologie și climatologie.

• Metoda de imagistică spectrală produce imagini în care fiecare pixel conține informații spectrale complete, afișând intervale spectrale înguste într-un spectru continuu. Dispozitivele de imagistică spectrală sunt folosite pentru a rezolva diverse probleme, inclusiv cele utilizate în mineralogie, biologie, afaceri militare și măsurători ale parametrilor de mediu.

• Ca parte a luptei împotriva deșertificării, teledetecția face posibilă observarea pe termen lung a zonelor expuse riscului, determinarea factorilor deșertificării, evaluarea profunzimii impactului acestora și furnizarea informațiilor necesare celor responsabili cu luarea deciziilor privind luarea masurilor corespunzatoare de protectie a mediului.

Procesarea datelor

În cazul teledetecției, de regulă, se utilizează procesarea datelor digitale, deoarece în acest format sunt primite în prezent datele de teledetecție. În format digital, este mai ușor să procesați și să stocați informații. O imagine bidimensională într-un interval spectral poate fi reprezentată ca o matrice (matrice bidimensională) de numere eu (i, j), fiecare dintre acestea reprezintă intensitatea radiației primite de senzor de la elementul de pe suprafața Pământului, care corespunde unui pixel al imaginii.

Imaginea este formată din n x m pixeli, fiecare pixel are coordonate (i, j)– numărul rândului și numărul coloanei. Număr eu (i, j)- un număr întreg și se numește nivelul de gri (sau luminozitatea spectrală) a pixelului (i, j). Dacă imaginea este obținută în mai multe intervale ale spectrului electromagnetic, atunci este reprezentată de o rețea tridimensională formată din numere eu (i, j, k), Unde k– numărul canalului spectral. Din punct de vedere matematic, nu este dificil să procesezi datele digitale obținute sub această formă.

Pentru a reproduce corect imaginea, înregistrările digitale furnizate de punctele de primire a informațiilor trebuie să cunoască formatul de înregistrare (structura datelor), precum și numărul de rânduri și coloane. Sunt utilizate patru formate, care aranjează datele astfel:

• secvența zonei ( Band Secvental, BSQ);

• zone alternante dar pe randuri ( Band Interleaved by Line, BIL);
• zone alternate cu pixeli ( Banda intercalată de Pixel, BIP);
• o secvență de zone cu compresie de informații într-un fișier utilizând metoda de codificare de grup (de exemplu, în format jpg).

V BSQ-format fiecare imagine de zonă este conținută într-un fișier separat. Acest lucru este convenabil atunci când nu este nevoie să lucrați cu toate zonele simultan. O zonă este ușor de citit și de vizualizat, imaginile zonei pot fi încărcate în orice ordine doriți.

V BIL-format Datele de zonă sunt scrise într-un fișier linie cu linie, cu zonele intercalate pe linii: prima linie a primei zone, prima linie a celei de-a doua zone, ..., a doua linie a primei zone, a doua linie a a doua zonă etc. Această înregistrare este convenabilă atunci când toate zonele sunt analizate simultan.

V BIP-format valorile zonale ale luminozității spectrale ale fiecărui pixel sunt stocate secvențial: mai întâi, valorile primului pixel din fiecare zonă, apoi valorile celui de-al doilea pixel din fiecare zonă și așa mai departe. Acest format este numite combinate. Este convenabil atunci când se efectuează procesarea per pixel a unei imagini cu mai multe zone, de exemplu, în algoritmii de clasificare.

Codarea grupului folosit pentru a reduce cantitatea de informații raster. Astfel de formate sunt convenabile pentru stocarea instantaneelor ​​mari; pentru a lucra cu ele, trebuie să aveți un instrument de despachetare a datelor.

Fișierele imagine vin de obicei cu următoarele informații suplimentare legate de imagine:

• descrierea fișierului de date (format, număr de rânduri și coloane, rezoluție etc.);

• date statistice (caracteristicile distribuției luminozității - valoare minimă, maximă și medie, dispersie);
• date de proiecție pe hartă.

Informații suplimentare sunt conținute fie în antetul fișierului imagine, fie într-un fișier text separat cu același nume ca fișierul imagine.

În funcție de gradul de complexitate, se disting următoarele niveluri de procesare a CS furnizate utilizatorilor:

• 1A - corecția radiometrică a distorsiunilor cauzate de diferența de sensibilitate a senzorilor individuali.

• 1B - corecția radiometrică la nivelul de procesare 1A și corecția geometrică a distorsiunilor sistematice ale senzorului, inclusiv distorsiunile panoramice, distorsiunile cauzate de rotația și curbura Pământului, fluctuațiile în înălțimea orbitei satelitului.

• 2A - corecția imaginii la nivelul 1B și corecția în conformitate cu o proiecție geometrică dată fără utilizarea punctelor de control la sol. Pentru corecția geometrică se folosește un model digital global de elevație ( DEM, DEM) cu o treaptă la sol de 1 km. Corecția geometrică utilizată elimină distorsiunile sistematice ale senzorului și proiectează imaginea într-o proiecție standard ( UTM WGS-84), folosind parametri cunoscuți (date efemeride satelit, poziție spațială etc.).

• 2B - corecția imaginii la nivelul 1B și corecția în conformitate cu o proiecție geometrică dată folosind punctele de control ale terenului;

• 3 – corectare a imaginii la nivelul 2B plus corecție folosind teren DTM (orto-rectificare).

• S - corectarea imaginii folosind o imagine de referință.

Calitatea datelor obținute din teledetecție depinde de rezoluția lor spațială, spectrală, radiometrică și temporală.

Rezolutie spatiala

Se caracterizează prin dimensiunea unui pixel (pe suprafața Pământului), înregistrată într-o imagine raster - de obicei variază de la 1 la 4000 de metri.

Rezoluție spectrală

Datele Landsat includ șapte benzi, inclusiv infraroșu, variind de la 0,07 la 2,1 µm. Senzorul Hyperion de la Earth Observing-1 este capabil să înregistreze 220 de benzi spectrale de la 0,4 la 2,5 µm, cu o rezoluție spectrală de 0,1 până la 0,11 µm.

Rezoluție radiometrică

Numărul de niveluri de semnal pe care le poate înregistra senzorul. De obicei, variază de la 8 la 14 biți, ceea ce oferă de la 256 la 16.384 de niveluri. Această caracteristică depinde și de nivelul de zgomot din instrument.

Permisiune temporară

Frecvența satelitului care trece peste zona de interes. Este de valoare în studiul serii de imagini, de exemplu, în studiul dinamicii pădurilor. Inițial, analiza în serie a fost efectuată pentru nevoile de informații militare, în special pentru a urmări schimbările în infrastructură și mișcările inamicului.

Pentru a crea hărți precise bazate pe date de teledetecție, este necesară o transformare pentru a elimina distorsiunile geometrice. O imagine a suprafeței Pământului cu un dispozitiv îndreptat exact în jos conține o imagine nedistorsionată doar în centrul imaginii. Pe măsură ce vă deplasați spre margini, distanțele dintre punctele de pe imagine și distanțele corespunzătoare de pe Pământ devin din ce în ce mai diferite. Corectarea unor astfel de distorsiuni se realizează în procesul de fotogrammetrie. De la începutul anilor 1990, majoritatea imaginilor comerciale prin satelit au fost vândute deja corectate.

În plus, poate fi necesară corecția radiometrică sau atmosferică. Corecția radiometrică convertește nivelurile de semnal discrete, cum ar fi 0 la 255, în valorile lor fizice adevărate. Corecția atmosferică elimină distorsiunile spectrale introduse de prezența atmosferei.

B.A. Dvorkin

Introducerea activă a tehnologiilor informaționale prin satelit ca parte integrantă a informatizării societății care se dezvoltă rapid, schimbă radical condițiile de viață și activitățile oamenilor, cultura lor, stereotipul comportamentului, modul de gândire. În urmă cu câțiva ani, navigatorii casnici sau auto erau priviți ca pe un miracol. Imaginile spațiale de înaltă rezoluție de pe serviciile de internet, precum Google Earth, oamenii se uitau și nu încetau să admire. Acum, niciun șofer (dacă nu există încă un navigator în mașină) nu va părăsi casa fără să aleagă mai întâi cea mai bună rută în portalul de navigație, ținând cont de ambuteiajele. Echipamentele de navigație sunt instalate pe materialul rulant al transportului public, inclusiv în scop de control. Imaginile din satelit sunt folosite pentru a obține informații operaționale în zonele cu dezastre naturale și pentru a rezolva diverse probleme, de exemplu, administrația municipală. Exemplele pot fi multiplicate și toate confirmă faptul că rezultatele activităților spațiale au devenit parte integrantă a vieții moderne. Nu este surprinzător că diferite tehnologii spațiale sunt adesea folosite împreună. Prin urmare, desigur, ideea de a integra tehnologii și de a crea lanțuri tehnologice unificate end-to-end se află la suprafață. În acest sens, tehnologia teledetecției Pământului (ERS) din spațiu și sistemele globale de navigație prin satelit (GNSS) nu fac excepție. Dar mai întâi lucrurile...

SISTEME GLOBALE DE NAVIGAȚIE SATELITARE

Sistemul global de navigație prin satelit (GNSS) este un set de instrumente hardware și software care vă permit să obțineți coordonatele în orice punct de pe suprafața pământului prin procesarea semnalelor satelitare. Elementele principale ale oricărui GNSS sunt:

• constelație orbitală de sateliți;
• sistem de control la sol;
• echipament de primire.

Sateliții transmit în mod constant informații despre poziția lor pe orbită, stațiile staționare terestre monitorizează și controlează poziția sateliților, precum și starea lor tehnică. Echipamentul de recepție este o varietate de navigatoare prin satelit care sunt utilizate de oameni în activitățile lor profesionale sau în viața de zi cu zi.

Principiul de funcționare al GNSS se bazează pe măsurarea distanței de la antena dispozitivului de recepție la sateliți, a căror poziție este cunoscută cu mare precizie. Distanța este calculată din timpul de întârziere de propagare a semnalului transmis de satelit către receptor. Pentru a determina coordonatele receptorului, este suficient să cunoaștem poziția a trei sateliți. De fapt, semnalele de la patru (sau mai mulți) sateliți sunt folosite pentru a elimina eroarea cauzată de diferența dintre ceasurile satelitului și ale receptorului. Cunoscând distanțele până la mai mulți sateliți ai sistemului, folosind construcții geometrice convenționale, programul „conectat” în navigator își calculează poziția în spațiu, astfel, GNSS vă permite să determinați rapid locația cu mare precizie în orice punct de pe suprafața pământului, oricând, în orice condiții meteorologice. Fiecare satelit al sistemului, pe lângă informațiile de bază, transmite și informații auxiliare necesare funcționării continue a echipamentului de recepție, inclusiv un tabel complet al poziției întregii constelații de sateliți, transmis secvențial în câteva minute. Acest lucru este necesar pentru a accelera funcționarea dispozitivelor de recepție. Trebuie remarcată o caracteristică importantă a principalului GNSS - pentru utilizatorii cu receptoare de satelit (navigatori), primirea semnalelor este gratuită.

Un dezavantaj comun al folosirii oricărui sistem de navigație este că, în anumite condiții, semnalul poate să nu ajungă la receptor sau să ajungă cu distorsiuni sau întârzieri semnificative. De exemplu, este aproape imposibil să vă determinați locația exactă în interiorul unei clădiri din beton armat, într-un tunel, într-o pădure deasă. Pentru a rezolva această problemă, sunt utilizate servicii de navigație suplimentare, cum ar fi, de exemplu, A-GPS.

Astăzi, mai multe GNSS funcționează în spațiu (Tabelul 1), care se află în diferite stadii de dezvoltare:

• GPS(sau NAVSTAR) - operat de Departamentul de Apărare al SUA; în prezent, singurul GNSS complet implementat disponibil non-stop pentru utilizatorii din întreaga lume;
• GLONASS- GNSS rusesc; este în curs de finalizare a unei lansări complete;
• Galileo- GNSS european, care se află în stadiul creării unei constelații de sateliți.

Menționăm, de asemenea, GNSS-ul regional național al Chinei și respectiv al Indiei - Beidou și IRNSS, care sunt în curs de dezvoltare și implementare; se distinge printr-un număr mic de sateliți și este orientat la nivel național.

Caracteristicile principalului GNSS din martie 2010

Luați în considerare câteva dintre caracteristicile fiecărui GNSS.

GPS

La baza sistemului GPS american sunt sateliții (Fig. 2), care orbitează în jurul Pământului în 6 traiectorii orbitale circulare (4 sateliți în fiecare), la o altitudine de aproximativ 20.180 km. Sateliții transmit semnale în intervalele: L1=1575,42 MHz și L2=1227,60 MHz, ultimele modele tot în intervalul L5=1176,45 MHz. Sistemul este pe deplin operațional cu 24 de sateliți, însă, pentru a crește precizia de poziționare și rezerva în caz de defecțiuni, numărul total de sateliți pe orbită este în prezent de 31 de vehicule.

Orez. 1 navă spațială GPS Block II-F

Inițial, GPS-ul a fost conceput doar pentru scopuri militare. Primul satelit a fost lansat pe 14 iulie 1974, iar ultimul dintre toți cei 24 de sateliți necesari pentru acoperirea completă a suprafeței pământului a fost lansat pe orbită în 1993. A devenit posibil să se utilizeze GPS-ul pentru a ținti cu precizie rachetele către obiecte staționare și apoi către obiecte mobile. în aer şi pe pământ. Pentru a restricționa accesul la informații precise de navigație pentru utilizatorii civili, au fost introduse interferențe speciale, dar din 2000 acestea au fost anulate, după care precizia determinării coordonatelor folosind cel mai simplu navigator GPS civil este de la 5-15 m (înălțimea este determinată cu o precizie). de până la 10 m) și depinde de condițiile de recepție a semnalelor într-un anumit punct, de numărul de sateliți vizibili și de o serie de alte motive. Utilizarea sistemului global de propagare diferențială WAAS îmbunătățește precizia de poziționare GPS pentru America de Nord la 1–2 m.

GLONASS

Primul satelit al sistemului rusesc de navigație prin satelit GLONASS a fost lansat pe orbită în vremea sovietică - la 12 octombrie 1982. Sistemul a fost parțial pus în funcțiune în 1993 și era format din 12 sateliți. Baza sistemului ar trebui să fie 24 de sateliți care se deplasează deasupra suprafeței Pământului în trei plane orbitale cu o înclinare de 64,8° și o altitudine de 19.100 km. Principiul de măsurare și intervalele de transmisie a semnalului sunt similare cu sistemul american GPS GLONASS.

orez. 2 nave spațiale GLONASS-M

În prezent există 23 de sateliți GLONASS pe orbită (Fig. 2). Ultimele trei nave spațiale au fost puse pe orbită pe 2 martie 2010. Acum 18 sateliți sunt folosiți pentru scopul lor. Acest lucru asigură o navigație neîntreruptă pe aproape întreg teritoriul Rusiei, iar partea europeană este prevăzută cu semnal aproape 100%. Conform planurilor, sistemul GLONASS va fi implementat complet până la sfârșitul anului 2010.

În prezent, acuratețea determinării coordonatelor de către sistemul GLONASS este oarecum mai mică decât cea a GPS-ului (nu depășește 10 m), în timp ce trebuie menționat că utilizarea combinată a ambelor sisteme de navigație îmbunătățește semnificativ precizia de poziționare. Serviciul european de acoperire a navigației geostaționare (EGNOS) este utilizat pentru a îmbunătăți funcționarea sistemelor GPS, GLONASS și Galileo în Europa și pentru a îmbunătăți acuratețea acestora.

Galileo

GNSS european Galileo este conceput pentru a rezolva problemele de navigare pentru orice obiecte în mișcare cu o precizie mai mică de 1 m. Spre deosebire de GPS-ul american și GLONASS rus, Galileo nu este controlat de armată. Este dezvoltat de Agenția Spațială Europeană. În prezent, pe orbită sunt 2 sateliți de testare GIOVE-A (Fig. 3) și GIOVE-B, lansati în 2005 și, respectiv, 2008. Este planificat ca sistemul de navigație Galileo să fie implementat complet în 2013 și să fie format din 30 de sateliți.

orez. 3 GIOVE-A navă spațială

NAVIGATORI SATELIȚI

După cum sa menționat deja, o parte integrantă a oricărui sistem de navigație prin satelit este echipamentul de recepție. Piața modernă a receptoarelor de navigație (navigatoare) este la fel de diversă ca și piața oricăror alte produse electronice și de telecomunicații. Toate navigatoarele pot fi împărțite în receptoare profesionale și receptoare utilizate de o gamă largă de utilizatori. Să aruncăm o privire mai atentă la acesta din urmă. Pentru ele sunt folosite diferite denumiri: navigatoare GPS, trackere GPS, receptoare GPS, navigatoare prin satelit etc. Recent, navigatoare încorporate în alte dispozitive (PDA-uri, telefoane mobile, comunicatoare, ceasuri etc.) .). Printre navigatorii prin satelit propriu-zis, navigatorii auto constituie o clasă mare specială. Navigatoarele concepute pentru drumeții, călătorii pe apă etc. sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă (deseori sunt numite simplu navigatoare GPS, în ciuda faptului că pot primi și semnale GLONASS).

Un accesoriu obligatoriu pentru aproape toate navigatoarele personale este un chipset (sau receptor) GPS, un procesor, RAM și un monitor pentru afișarea informațiilor.

Navigatorii auto moderni sunt capabili să traseze o rută ținând cont de organizarea traficului și să efectueze căutarea adresei. O caracteristică a navigatorilor personali pentru turiști este, de regulă, capacitatea de a primi un semnal satelit în condiții dificile, cum ar fi pădurile dese sau zonele muntoase. Unele modele au o carcasă impermeabilă cu rezistență sporită la șocuri.

Principalii producători de navigatoare personale prin satelit sunt:

• Garmin (SUA; navigatori pentru transport aerian, auto, motocicletă și pe apă, precum și pentru turiști și sportivi)
• GlobalSat (Taiwan; echipamente de navigație pentru diverse scopuri, inclusiv receptoare GPS)
• Ashtech (ex. Magellan) (SUA; receptoare de navigație personale și profesionale)
• MiTac (Taiwan; navigatori auto și de călătorie, asistenți digitali personali și comunicatori cu receptor GPS încorporat sub mărcile Mio, Navman, Magellan)
• ThinkWare (Coreea; dispozitive personale de navigare marca I-Navi)
• TomTom (Olanda; navigatori auto), etc.

Echipamentele profesionale de navigație, inclusiv pentru inginerie, geodezică și topografie minelor, sunt produse de companii precum Trimble, Javad (SUA), Topcon (Japonia), Leica Geosystems (Elveția) etc.

După cum sa menționat deja, un număr mare de dispozitive personale de navigație sunt produse în prezent, care diferă în ceea ce privește capacitățile și prețul lor. Ca o ilustrare, vom descrie caracteristicile unui singur dispozitiv suficient de „avansat” pentru a caracteriza capacitățile întregii clase de navigatoare GPS moderne. Aceasta este una dintre cele mai recente inovații din seria populară de navigatoare auto - tom tom MERGE 930 (descrierea este preluată de pe site-ul GPS-Club - http://gps-club.ru).

Modelul de navigator TomTom GO 930 (Fig. 6) combină cele mai recente tendințe în navigația auto - hărți ale mai multor continente, o cască fără fir și tehnologia unică Map Share™

orez. 4 Navigator auto TomTom GO 930

Toate dispozitivele TomTom sunt dezvoltate intern și sunt complet plug&play, ceea ce înseamnă că le puteți scoate pur și simplu din cutie și puteți începe să le utilizați fără a citi instrucțiuni îndelungate. O interfață intuitivă și „pictograme” în limba rusă le vor permite șoferilor să navigheze cu ușurință pe traseu. Instrucțiuni vocale clare în limba rusă îi ajută pe șoferi să ajungă la destinație cu ușurință și fără stres. Navigatorul acceptă controlul fără fir și tehnologia de poziționare îmbunătățită (EPT), concepute pentru navigare neîntreruptă chiar și în tuneluri sau zone dens construite.

Hărțile de navigație TomTom sunt furnizate de Tele Atlas, parte a TomTom Group. Pe lângă faptul că are hărți complet localizate, TomTom este singurul furnizor de soluții de navigație care oferă hărți europene și americane pe anumite navigatoare.

Infrastructura rutieră mondială se modifică cu 15% anual. De aceea, TomTom oferă utilizatorilor săi posibilitatea de a descărca cea mai recentă versiune de hărți gratuit timp de 30 de zile de la data primei utilizări a dispozitivului, precum și acces la tehnologia unică Map Share™. Utilizatorii navigatoarelor TomTom pot descărca o nouă hartă prin serviciul TomTom HOME. Astfel, cea mai recentă versiune a hărții poate fi disponibilă în orice moment. În plus, șoferii pot folosi tehnologia Map Share™, o actualizare manuală gratuită a hărții direct pe navigator, de îndată ce schimbările din drumuri devin cunoscute, cu doar câteva atingeri ale ecranului tactil. Utilizatorii pot face modificări la numele străzilor, limitele de viteză pentru anumite tronsoane de drum, direcțiile de circulație, drumurile blocate, precum și modificări ale POI-urilor (puncte de interes).

Tehnologia unică de partajare a hărților de la TomTom vă extinde experiența de navigare, astfel încât să puteți face instantaneu modificări direct pe hartă. În plus, utilizatorul poate fi informat despre modificări similare făcute de întreaga comunitate TomTom.

Această funcție de partajare a cardurilor vă permite să:

• efectuați modificări zilnice și imediate ale hărților dispozitivului dvs. TomTom;
• obțineți acces la cea mai mare comunitate de utilizatori ai dispozitivelor de navigație din lume;
• partajați actualizări zilnice cu alți utilizatori TomTom;
• obține control total asupra actualizărilor descărcate;
• în orice zonă pentru a utiliza cele mai bune și mai precise hărți.

HARTE PENTRU NAVIGATORI PERSONAL PENTRU SATELIȚI

Navigatorii moderni sunt de neconceput fără prezența hărților cu drepturi depline la scară mare în ei, care arată obiecte nu numai de-a lungul rutei de mișcare, ci în întreaga zonă de anchetă (Fig. 7).

orez. 5 Exemplu de diagramă de navigație la scară mică

Puteți încărca atât hărți raster, cât și hărți vectoriale în navigatoare. Vom vorbi despre unul dintre tipurile de informații raster în mod specific, dar aici observăm că hărțile de hârtie scanate și încărcate în receptoarele GPS nu sunt cea mai bună modalitate de a afișa informații spațiale. Pe lângă precizia scăzută de poziționare, există și problema legării coordonatelor hărții la coordonatele furnizate de receptor.

Hărțile digitale vectoriale, în special în formatele GIS, sunt de fapt o bază de date care stochează informații despre coordonatele obiectelor sub formă, de exemplu, de „fișiere de formă” și, separat, de caracteristici calitative și cantitative. Cu această abordare, în memoria navigatorilor, informațiile ocupă mult mai puțin spațiu și devine posibilă descărcarea unei cantități mari de informații utile de referință: benzinării, hoteluri, cafenele și restaurante, parcări, atracții etc.

După cum am menționat mai sus, există sisteme de navigație care permit utilizatorului să completeze hărțile navigatorului cu propriile obiecte.

În unele dispozitive personale de navigație, în special cele destinate turiștilor, este posibil să desenați singur obiecte (adică să vă desenați de fapt propriile hărți și diagrame). În aceste scopuri, este oferit un editor grafic special simplu.

O atenție deosebită trebuie acordată problemelor de regim. După cum știți, în Rusia, există încă restricții privind utilizarea hărților topografice la scară largă. Acest lucru împiedică suficient dezvoltarea cartografiei de navigație. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în prezent, Serviciul Federal pentru Înregistrarea de Stat, Cadastru și Cartografie (Rosrrestr) și-a stabilit sarcina de a avea o acoperire completă a Federației Ruse (regiuni și orașe dezvoltate economic) până în 2011 cu hărți digitale de navigație la scară 1. :10,000, 1:25 000, 1:50 000. Aceste hărți vor afișa informații de navigație reprezentate de un grafic rutier, un substrat cartografic digital și informații tematice (infrastructură rutieră și servicii).

SERVICII DE NAVIGAȚIE

Dezvoltarea și îmbunătățirea sistemelor de navigație prin satelit și a echipamentelor de recepție, precum și implementarea activă a tehnologiilor WEB și a serviciilor WEB, au dat impuls apariției diverselor servicii de navigație. Multe modele de navigatoare sunt capabile să primească și să țină cont de informații despre situația de pe drumuri la așezarea traseului, evitând blocajele în trafic dacă este posibil. Datele despre trafic (blocuri) sunt furnizate de servicii si servicii specializate, prin protocolul GPRS sau din aer prin canale RDS din gama FM.

IMAGINI SPATIALE ÎN NAVIGATOARE

Orice hărți de navigație devin rapid învechite. Apariția imaginilor prin satelit cu rezoluție spațială ultra-înaltă (în prezent, sateliții WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1 oferă o rezoluție de până la 50 cm) oferă cartografiei un instrument puternic pentru actualizarea conținutului hărților. Totuși, după actualizarea hărții și înainte de lansarea acesteia și de posibilitatea de „descărcare” în dispozitivul de navigare, trece mult timp. Imaginile din satelit oferă o oportunitate de a obține imediat cele mai actualizate informații în navigator.

De un interes deosebit din punct de vedere al utilizării imaginilor satelitare sunt așa-numitele. Servicii LBS. LBS (Location-based service) este un serviciu bazat pe determinarea locației unui telefon mobil. Ținând cont de dezvoltarea pe scară largă a comunicațiilor mobile și de extinderea serviciilor furnizate de operatorii de telefonie mobilă, este dificil de supraestimat posibilitățile pieței serviciilor LBS. LBS-urile nu folosesc neapărat tehnologia GPS pentru poziționare. Locația poate fi determinată și folosind stațiile de bază ale rețelelor celulare GSM și UMT.

orez. 6 Imagine spațială în telefonul mobil Nokia

Producătorii de telefoane mobile și dispozitive de navigație, care oferă servicii LBS, acordă din ce în ce mai multă atenție imaginilor din satelit. Să luăm ca exemplu Nokia (Finlanda), care a semnat în 2009 un acord cu DigitalGlobe, operatorul sateliților de rezoluție ultra-înaltă WorldView-1, WorldView-2 și QuickBird, pentru a oferi utilizatorilor Hărți Ovi acces la imaginile satelitului (rețineți că Noul brand Ovi Nokia pentru servicii de internet).

Pe lângă vizibilitate atunci când navigați prin zonele urbane (Fig. 8), este foarte util să aveți un fundal sub formă de imagini satelit atunci când călătoriți printr-un teritoriu puțin studiat pentru care nu există hărți proaspete și detaliate. Hărțile Ovi pot fi descărcate pe aproape toate dispozitivele Nokia.

Integrarea imaginilor satelit de ultra-înaltă rezoluție în serviciile LBS face posibilă creșterea funcționalității acestora cu un ordin de mărime.

Una dintre posibilitățile promițătoare de utilizare a datelor de teledetecție ale Pământului din spațiu este crearea de modele tridimensionale bazate pe acestea. Hărțile tridimensionale sunt foarte vizuale și permit o mai bună orientare, în special în zonele urbane (Fig. 9).

orez. 7 Hartă de navigare 3D

În concluzie, remarcăm marea promisiune a utilizării imaginilor ortorectificate cu rezoluție ultra-înaltă în navigatoarele prin satelit și serviciile LBS. Sovzond produce produse ORTHOREGION și ORTO10 pe baza imaginilor ortorectificate de la sondele spațiale ALOS (ORTHOREGION) și WorldView-1, WorldView-2 (ORTO10). Ortorectificarea scenelor individuale se realizează folosind metoda coeficienților polinomii raționali (RPC) fără utilizarea punctelor de referință la sol, ceea ce reduce semnificativ costul muncii. Studiile au arătat că, după caracteristicile lor, produsele ORTHOREGION și ORTO10 pot servi drept bază pentru actualizarea hărților de navigație, respectiv, la scara 1:25.000 și, respectiv, 1:10.000. Ortofotomozaicele, care sunt de fapt hărți foto suplimentate cu subtitrările, pot fi, de asemenea, încărcate direct în navigatoare.

Integrarea imaginilor prin satelit de înaltă rezoluție în sistemele de navigație și serviciile LBS face posibilă creșterea funcționalității, confortului și eficienței utilizării acestora cu un ordin de mărime.

Cuvântul „satelit” în sensul unei aeronave a apărut în limba noastră datorită lui Fiodor Mihailovici Dostoievski, care a vorbit despre „ce se va întâmpla în spațiu cu un topor? de ce, sub forma unui satelit...”. Este greu de spus astăzi ce l-a inspirat pe scriitor la un astfel de raționament, dar un secol mai târziu - la începutul lunii octombrie 1957 - nici măcar un topor nu a început să zboare în jurul planetei noastre, ci cel mai complex dispozitiv pentru acele vremuri, care a devenit primul. satelit artificial trimis în spațiu cu obiective foarte specifice . Și alții l-au urmat.

Caracteristicile „comportamentului”

Astăzi, toată lumea s-a obișnuit de multă vreme cu sateliții - care încalcă imaginea calmă a cerului nopții. Create în fabrici și lansate pe orbită, ele continuă să „încercuiască” în folosul omenirii, rămânând invariabil interesante doar pentru un cerc restrâns de specialiști. Ce sunt sateliții artificiali și ce beneficii obține o persoană din ei?

După cum știți, una dintre principalele condiții pentru ca un satelit să intre pe orbită este viteza sa - 7,9 km/s pentru sateliții cu orbită joasă. Cu această viteză apare echilibrul dinamic, iar forța centrifugă echilibrează forța gravitațională. Cu alte cuvinte, satelitul zboară atât de repede încât nu are timp să cadă la suprafața pământului, deoarece Pământul pleacă literalmente de sub picioare datorită faptului că este rotund. Cu cât viteza inițială raportată satelitului este mai mare, cu atât orbita acestuia va fi mai mare. Cu toate acestea, pe măsură ce vă îndepărtați de Pământ, viteza pe o orbită circulară scade, iar sateliții geostaționari se deplasează pe orbitele lor cu o viteză de numai 2,5 km/s. Când se rezolvă problema existenței lungi și chiar eterne a unei nave spațiale (SC) pe orbită apropiată de Pământ, este necesar să o ridicăm la o înălțime tot mai mare. Este demn de remarcat faptul că atmosfera Pământului afectează în mod semnificativ mișcarea navelor spațiale: chiar și fiind super rarefiată la altitudini de peste 100 km față de nivelul mării (limita condiționată a atmosferei), le încetinește vizibil. Deci, în timp, toate navele spațiale își pierd altitudinea de zbor, iar durata șederii lor pe orbită depinde direct de această altitudine.

De pe Pământ, sateliții sunt vizibili doar noaptea și în acele momente de timp când sunt iluminați de Soare, adică nu cad în regiunea umbrei pământului. Necesitatea coincidenței tuturor acestor factori duce la faptul că durata de observare a majorității sateliților cu orbită joasă este în medie de 10 minute înainte de a intra și aceeași cantitate după ieșirea din umbra Pământului. Dacă se dorește, observatorii pământeni pot sistematiza sateliții după luminozitate (Stația Spațială Internațională (ISS) este pe primul loc aici - luminozitatea sa se apropie de prima magnitudine), după frecvența de pâlpâire (determinată de rotație forțată sau special specificată), după direcție de mișcare (prin stâlp sau în cealaltă direcție). Condițiile de observare a sateliților sunt afectate semnificativ de culoarea acoperirii acestuia, de prezența și raza de acțiune a panourilor solare, precum și de altitudinea de zbor - cu cât este mai mare, cu atât satelitul se mișcă mai lent și devine mult mai puțin luminos și vizibil.

Altitudinea mare de zbor (distanța minimă până la Pământ este de 180-200 km) ascunde dimensiunea chiar și a unor nave spațiale relativ mari precum complexele orbitale Mir (deorbitate în 2001) sau ISS - toate sunt vizibile ca puncte luminoase, mai mari. sau luminozitate mai mică. Cu un ochi simplu, cu rare excepții, este imposibil să identifici un satelit. În scopul identificării precise a navelor spațiale, sunt utilizate diverse mijloace optice - de la binoclu la telescoape, care nu este întotdeauna disponibil unui simplu observator, precum și calcule ale traiectoriilor acestora. Internetul ajută un astronom amator să identifice nave spațiale individuale, unde sunt publicate informații despre locația sateliților pe orbita apropiată a Pământului. În special, oricine poate intra pe site-ul web al NASA, care afișează locația actuală a ISS în timp real.

În ceea ce privește utilizarea practică a sateliților, începând de la primele lansări, aceștia au început imediat să rezolve probleme specifice. Astfel, zborul primului satelit a fost folosit pentru a studia câmpul magnetic al Pământului din spațiu, iar semnalul său radio transporta date despre temperatura din interiorul carcasei ermetice a satelitului. Deoarece lansarea unei nave spațiale este o plăcere destul de costisitoare și, în plus, este foarte dificil de implementat, atunci fiecărei lansări sunt atribuite mai multe sarcini simultan.

În primul rând, problemele tehnologice sunt rezolvate: dezvoltarea de noi design-uri, sisteme de control, transmisie de date și altele asemenea. Experiența acumulată ne permite să creăm sateliți mai avansați și să trecem treptat la rezolvarea unor ținte mai complexe care justifică costul creării lor. Până la urmă, scopul final al acestei producții, ca oricare altul, este acela de a obține profit (lansări comerciale) sau utilizarea cât mai eficientă a sateliților în timpul operațiunii în scopuri de apărare, rezolvând sarcini geopolitice și multe alte sarcini.

Trebuie amintit că cosmonautica în ansamblu s-a născut ca urmare a confruntării militaro-politice dintre URSS și SUA. Și, desigur, de îndată ce a apărut primul satelit, departamentele de apărare ale ambelor țări, după ce au stabilit controlul asupra spațiului cosmic, au ținut de atunci o evidență constantă a tuturor obiectelor situate în imediata apropiere a Pământului. Deci, probabil, doar ei știu numărul exact de nave spațiale, într-un fel sau altul care funcționează în acest moment. În același timp, nu sunt urmărite doar navele spațiale în sine, ci și ultimele etape ale rachetelor, compartimentelor de transfer și alte elemente care le-au pus pe orbită. Adică, strict vorbind, un satelit este considerat nu doar acela care are „inteligență” – propriul sistem de control, monitorizare și comunicare – ci și un simplu șurub care s-a separat de navă spațială în următoarea fază de zbor.

Conform catalogului US Space Command la 31 decembrie 2003, există 28.140 de astfel de sateliți pe orbita Pământului, iar numărul acestora este în continuă creștere (se iau în considerare obiectele mai mari de 10 cm). De-a lungul timpului, din cauze naturale, unii dintre sateliți cad pe Pământ sub formă de rămășițe topite, dar mulți rămân pe orbită zeci de ani. Când navele spațiale își desfășoară resursele și încetează să asculte de comenzile de la Pământ, în timp ce continuă să zboare, în spațiul cosmic apropiat de Pământ devine nu numai aglomerat, ci uneori chiar periculos. Prin urmare, atunci când lansați un nou aparat pe orbită, pentru a evita coliziunea și catastrofa, este necesar să știți în mod constant unde se află cel „vechi”.

Clasificarea navelor spațiale este o sarcină destul de laborioasă, deoarece fiecare navă spațială este unică, iar gama de sarcini rezolvate de noile nave spațiale se extinde constant. Cu toate acestea, dacă luăm în considerare navele spațiale din punct de vedere al utilizării practice, atunci putem distinge principalele categorii determinate de scopul lor. Cele mai solicitate astăzi sunt comunicațiile, navigația, teledetecția Pământului și sateliții științifici. Sateliții militari și sateliții de recunoaștere constituie o clasă separată, dar în esență rezolvă aceleași sarcini ca și omologii lor „pașnici”.

Sateliți de comunicații

Semnalerii au fost printre primii care au beneficiat de beneficiile practice ale lansării sateliților. Lansarea sateliților repetitori pe orbita apropiată a Pământului a făcut posibilă rezolvarea problemei comunicațiilor stabile pe orice vreme pe cea mai mare parte a teritoriului locuit în cel mai scurt timp posibil. Primul satelit comercial a fost satelitul de comunicații Echo-2, lansat de Statele Unite în 1964, care a făcut posibilă organizarea transmisiei de programe de televiziune din America în Europa fără utilizarea liniilor de comunicație prin cablu.

În același timp, satelitul de comunicații Molniya-1 a fost creat și în Uniunea Sovietică. După desfășurarea rețelei terestre a stațiilor Orbita, toate regiunile țării noastre mari au primit acces la Televiziunea Centrală și, în plus, s-a rezolvat și problema organizării unor comunicații telefonice fiabile și de înaltă calitate. Sateliții de comunicații Molniya au fost plasați pe orbite extrem de eliptice, cu un apogeu de 39.000 km. În scopul difuzării continue, a fost desfășurată o întreagă constelație de sateliți Molniya, zburând în diferite avioane orbitale. Stațiile terestre ale rețelei Orbita erau dotate cu antene destul de mari, care, folosind servo-uri, urmăreau mișcarea satelitului pe orbită, trecând periodic la cea care se afla în câmpul vizual. De-a lungul timpului, în procesul de îmbunătățire a bazei elementelor și de îmbunătățire a parametrilor tehnici ai sistemelor de bord și de sol, mai multe generații de astfel de sateliți s-au schimbat. Dar și până astăzi, constelațiile de sateliți din familia Molniya-3 asigură transmiterea informațiilor în toată Rusia și nu numai.

Crearea de vehicule de lansare puternice de tip Proton și Delta a făcut posibilă asigurarea livrării sateliților de comunicații pe o orbită circulară geostaționară. Particularitatea sa este că, la o altitudine de 35.800 km, viteza unghiulară a satelitului în jurul Pământului este egală cu viteza unghiulară de rotație a Pământului însuși. Prin urmare, un satelit pe o astfel de orbită în planul ecuatorului Pământului, așa cum ar fi, atârnă peste un punct, iar 3 sateliți geostaționari situati la un unghi de 120 ° oferă o imagine de ansamblu asupra întregii suprafețe a Pământului, cu excepția. numai din regiunile polare. Deoarece sarcina de a-și menține poziția predeterminată pe orbită este atribuită satelitului însuși, utilizarea navelor spațiale geostaționare a făcut posibilă simplificarea semnificativă a mijloacelor de la sol de primire și transmitere a informațiilor. Nu a fost nevoie să furnizeze antenele cu drive-uri - acestea au devenit statice, iar pentru a organiza un canal de comunicare, este suficient să le configurați o singură dată, în timpul configurării inițiale. Ca urmare, rețeaua terestră de utilizatori s-a dovedit a fi extinsă semnificativ, iar informațiile au început să circule direct către consumator. Dovadă în acest sens sunt numeroasele antene parabolice situate pe clădiri rezidențiale atât în ​​orașele mari, cât și în zonele rurale.

La început, când spațiul era „disponibil” doar pentru URSS și SUA, fiecare dintre țări ținea exclusiv să-și satisfacă propriile nevoi și ambiții, dar cu timpul a devenit clar că toată lumea avea nevoie de sateliți și, ca urmare, proiecte internaționale treptat. a inceput sa apara. Unul dintre acestea este sistemul public global de comunicații INMARSAT, creat la sfârșitul anilor 1970. Scopul său principal a fost de a oferi navelor maritime comunicații stabile în timpul mării libere și de a coordona acțiunile în timpul operațiunilor de salvare. În prezent, comunicația mobilă prin sistemul de comunicații prin satelit INMARSAT este asigurată printr-un terminal portabil de dimensiunea unei carcase mici. Când deschideți capacul „valizei” cu o antenă plată montată în ea și îndreptați această antenă către locația dorită a satelitului, se stabilește o comunicare vocală bidirecțională și se schimbă datele cu o viteză de până la 64 de kilobiți pe fiecare. al doilea. Mai mult, astăzi patru sateliți moderni asigură comunicații nu numai pe mare, ci și pe uscat, acoperind un teritoriu vast care se întinde de la Cercul Arctic până la Sud.

Miniaturizarea ulterioară a facilităților de comunicație și utilizarea antenelor de înaltă performanță pe vehiculele spațiale au dus la faptul că telefonul prin satelit a dobândit un format „de buzunar”, nu mult diferit de un telefon mobil convențional.

În anii 1990, implementarea mai multor sisteme personale mobile de comunicații prin satelit a început aproape simultan. Mai întâi au apărut cele cu orbită joasă - IRIDIUM ("Iridium") și GLOBAL STAR ("Global Star"), iar apoi geostaționare - THURAYA ("Turaya").

Sistemul de comunicații prin satelit Thuraya are până acum 2 sateliți geostaționari în componența sa, care fac posibilă menținerea comunicării în cea mai mare parte a continentului african, Peninsula Arabică, Orientul Mijlociu și Europa.

Sistemele Iridium și Global Star, similare ca structură, folosesc constelații ale unui număr mare de sateliți pe orbită joasă. Navele spațiale zboară alternativ peste abonat, înlocuindu-se reciproc, menținând astfel o comunicare continuă.

Iridium include 66 de sateliți care se rotesc pe orbite circulare (altitudine 780 km de suprafața Pământului, înclinație 86,4 °), plasați în șase planuri orbitale, câte 11 dispozitive în fiecare. Acest sistem oferă o acoperire de 100% a planetei noastre.

Global Star include 48 de sateliți care zboară în opt plane orbitale (altitudine 1.414 km de suprafața Pământului, înclinație 52°), câte 6 dispozitive fiecare, oferind o acoperire de 80%, excluzând regiunile polare.

Există o diferență fundamentală între aceste două sisteme de comunicații prin satelit. În Iridium, un semnal telefonic primit de un satelit de pe Pământ este transmis de-a lungul lanțului către următorul satelit până ajunge la cel care se află în prezent în zona de vizibilitate a uneia dintre stațiile de recepție la sol (stații de interfață). O astfel de schemă de organizare permite, cu un minim de costuri pentru crearea infrastructurii terestre, să înceapă funcționarea acesteia cât mai curând posibil după desfășurarea componentei orbitale. În Global Star, însă, difuzarea unui semnal de la satelit la satelit nu este asigurată, astfel încât acest sistem are nevoie de o rețea mai densă de stații de recepție la sol. Și, deoarece acestea sunt absente într-un număr de regiuni ale planetei, nu există o acoperire globală continuă.

Beneficiul practic al utilizării comunicațiilor personale prin satelit a devenit evident astăzi. Așadar, în procesul de escaladare a Everestului în iunie 2004, alpiniștii ruși au avut ocazia să folosească comunicarea telefonică prin Iridium, ceea ce a redus semnificativ intensitatea anxietății tuturor celor care au urmărit soarta alpiniștilor în timpul acestui eveniment dificil și periculos.

Incidentul cu echipajul navei spațiale SoyuzTMA-1 din mai 2003, când, după întoarcerea pe Pământ, salvatorii nu au putut găsi astronauții în stepa kazahă timp de 3 ore, i-a determinat și pe directorii programului ISS să furnizeze astronauților Iridium. telefon prin satelit.

Sateliți de navigație

O altă realizare a astronauticii moderne este receptorul sistemului de poziționare globală. Actualele sisteme de sateliți de poziționare globală, GPS-ul american (NAVSTAR) și GLONASS-ul rusesc, au început să fie create în urmă cu 40 de ani, în timpul Războiului Rece, pentru a determina cu exactitate coordonatele rachetelor balistice. În aceste scopuri, ca un plus față de sateliți - registratorii lansărilor de rachete, a fost desfășurat în spațiu un sistem de sateliți de navigație, a cărui sarcină era să raporteze coordonatele exacte ale acestora în spațiu. După ce a primit datele necesare simultan de la mai mulți sateliți, receptorul de navigație și-a determinat propria locație.

Timpul de pace „prelungit” i-a forțat pe proprietarii sistemelor să înceapă împărtășirea informațiilor cu consumatorii civili, mai întâi în aer și pe apă, iar apoi pe uscat, deși rezervându-și dreptul de a înrăutăți legarea parametrilor de navigație în anumite perioade „speciale”. . Deci sistemele militare au devenit civile.

Diverse tipuri și modificări de receptoare GPS sunt utilizate pe scară largă pe vehiculele maritime și aeriene, în sistemele de comunicații mobile și prin satelit. Mai mult, receptorul GPS, la fel ca emițătorul Cospas-Sarsat, este un echipament esențial pentru orice ambarcațiune care pleacă în larg. Nava spațială de marfă ATV creată de Agenția Spațială Europeană, care va zbura către ISS în 2005, își va corecta și traiectoria de întâlnire cu stația conform datelor GPS și GLONASS.

Ambele sisteme de navigație prin satelit sunt aranjate aproximativ la fel. GPS are 24 de sateliți plasați pe orbite circulare de 4 în șase plane orbitale (altitudine 20.000 km față de suprafața Pământului, înclinație 52°), precum și 5 vehicule de rezervă. GLONASS mai are 24 de sateliți, câte 8 în trei planuri (altitudine 19.000 km de suprafața Pământului, înclinație 65°). Pentru ca sistemele de navigație să funcționeze cu acuratețea necesară, pe sateliți sunt instalate ceasuri atomice, informațiile sunt transmise în mod regulat de pe Pământ, specificând natura mișcării fiecăruia dintre ei pe orbită, precum și condițiile de propagare a unde radio.

În ciuda complexității și dimensiunii aparente a sistemului de poziționare globală, un receptor GPS compact astăzi poate fi achiziționat de oricine. Folosind semnale de la sateliți, acest dispozitiv permite nu numai să determine locația unei persoane cu o precizie de 5-10 metri, ci și să îi furnizeze toate datele necesare: coordonate geografice cu indicarea locației pe hartă, curent ora mondială, viteza de mișcare, înălțimea deasupra nivelului mării, poziția luminii laterale, precum și o serie de funcții de serviciu care sunt derivate din informațiile primare.

Avantajele sistemelor de navigație spațială sunt atât de incontestabile încât Europa Unită, în ciuda costurilor gigantice, plănuiește să-și creeze propriul sistem de navigație GALILEO („Galileo”). China intenționează, de asemenea, să implementeze un sistem de sateliți de navigație.

Sateliți de teledetecție a Pământului

Utilizarea unor receptoare GPS miniaturale a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a funcționării unei alte categorii de nave spațiale, așa-numiții sateliti de teledetecție a Pământului (ERS). Dacă mai devreme era destul de dificil să asociezi imagini ale Pământului luate din spațiu cu anumite puncte geografice, acum acest proces nu prezintă probleme. Și din moment ce planeta noastră se schimbă constant, fotografiile sale din spațiu, niciodată repetate, vor fi mereu solicitate, oferind informații de neînlocuit pentru studiul celor mai diverse aspecte ale vieții pământești.

Sateliții de teledetecție au un număr destul de mare și, totuși, constelația lor este în mod constant completată cu dispozitive noi, din ce în ce mai avansate. Sateliții moderni de teledetecție, spre deosebire de cei care au funcționat în anii 1960 și 1970, nu au nevoie să returneze pe Pământ filme fotografice luate în spațiu în capsule speciale - sunt echipați cu telescoape optice super-luminoase și fotodetectoare în miniatură bazate pe rețele CCD, precum și ca linii de transmisie de date de mare viteză cu o lățime de bandă de sute de megabiți pe secundă. Pe lângă viteza de achiziție a datelor, devine posibilă automatizarea completă a procesării imaginilor primite pe Pământ. Informația digitalizată nu mai este doar o imagine, ci cea mai valoroasă informație pentru ecologisti, pădurari, geodezi și multe alte structuri interesate.

În special, fotografiile spectro-zonale realizate în perioada de primăvară fac posibilă prezicerea recoltei pe baza conținutului de umiditate din sol, în timpul sezonului de creștere a plantelor - pentru a detecta locurile în care sunt cultivate culturi de narcotice și a lua măsuri în timp util pentru a le distruge .

În plus, este necesar să se țină cont de sistemele comerciale actuale de vânzare a imaginilor video ale suprafeței Pământului (fotografii) către consumatori. Primele astfel de sisteme au fost mai întâi constelația sateliților civili americani LANDSAT și apoi SPOT-ul francez. Sub anumite restricții și în conformitate cu anumite prețuri, consumatorii din întreaga lume pot achiziționa imagini ale regiunilor Pământului care îi interesează la o rezoluție de 30 și 10 metri. Sateliții civili actuali, mult mai avansați - ICONOS-2, QUICK BIRD-2 (SUA) și EROS-AI (Israel-SUA) - după eliminarea restricțiilor de către guvernul SUA, vă permit să cumpărați fotografii ale suprafeței pământului cu o rezoluție de până la 0,5 metri - în modul pancromatic și până la 1 metru în modul multispectral.

Aproape de sateliți de teledetecție sunt adiacente nave spațiale meteorologice. Dezvoltarea rețelei lor pe orbite apropiate de Pământ a crescut semnificativ fiabilitatea prognozelor meteo și a făcut posibil să se renunțe la rețele extinse de stații meteorologice de la sol. Iar comunicatele de presă care apar astăzi în întreaga lume, însoțite de imagini animate cu cicloane, căi de nori, taifunuri și alte fenomene care sunt create pe baza datelor meteorologice din satelit, permit fiecăruia dintre noi să vadă singur realitatea proceselor naturale. care apar pe Pământ.

Sateliți - „oameni de știință”

În general, fiecare dintre sateliții artificiali este un instrument de cunoaștere a lumii din afara Pământului. Sateliții științifici pot fi numiți un fel de terenuri de testare pentru testarea de idei și design noi și pentru obținerea de informații unice care nu pot fi obținute altfel.

La mijlocul anilor 1980, NASA a adoptat un program de creare a patru observatoare astronomice amplasate în spațiu. Cu diverse întârzieri, toate cele patru telescoape au fost lansate pe orbită. Primul care și-a început activitatea a fost Hubble (1990), conceput pentru a explora Universul în intervalul de lungimi de undă vizibile, urmat de COMPTON (1991), care a studiat spațiul cosmic folosind raze gamma, al treilea a fost CHANDRA (1999). ), care a folosit cu raze X și a finalizat acest program extins de către SPITZER (2003), care a luat în considerare infraroșu. Numele tuturor celor patru observatoare au fost date în onoarea unor proeminenți oameni de știință americani.

Hubble, care operează pe orbită apropiată de Pământ pentru al 15-lea an, oferă imagini unice ale stelelor și galaxiilor îndepărtate pe Pământ. Pentru o viață atât de lungă, telescopul a fost reparat în mod repetat în timpul zborurilor navetei, dar după moartea lui Columbia la 1 februarie 2003, lansările navetelor spațiale au fost suspendate. Este planificat ca Hubble să rămână pe orbită până în 2010, după care, după epuizarea resurselor sale, va fi distrus. COMPTON, care a transmis pe Pământ imagini ale surselor de raze gamma, a încetat să mai existe în 1999. CHANDRA, pe de altă parte, continuă să furnizeze în mod regulat informații despre sursele de raze X. Toate aceste trei telescoape au fost concepute de oamenii de știință să funcționeze pe orbite extrem de eliptice pentru a reduce influența magnetosferei Pământului asupra lor.

În ceea ce privește SPITZER, care este capabil să capteze cea mai slabă radiație termică care emană de la obiecte îndepărtate reci, spre deosebire de omologii săi care se rotesc în jurul planetei noastre, se află pe orbită solară, îndepărtându-se treptat de Pământ cu 7 ° pe an. Pentru a percepe semnalele termice extrem de slabe care emană din adâncurile spațiului, SPITZER își răcește senzorii la o temperatură care este doar cu 3° peste zero absolut.

În scopuri științifice, nu numai laboratoare științifice voluminoase și complexe sunt lansate în spațiu, ci și mici sateliți-bile echipate cu ferestre de sticlă și care conțin reflectoare de colț în interior. Parametrii traiectoriei de zbor ai unor astfel de sateliți miniaturali sunt urmăriți cu un grad ridicat de precizie folosind radiația laser îndreptată spre ei, ceea ce face posibilă obținerea de informații despre cele mai mici modificări ale stării câmpului gravitațional al Pământului.

Perspective imediate

Ingineria spațială, care a primit o dezvoltare atât de rapidă la sfârșitul secolului al XX-lea, nu se oprește în progresul ei nici măcar un an. Sateliții, care în urmă cu aproximativ 5-10 ani păreau a fi apogeul gândirii tehnice, înlocuiesc noile generații de nave spațiale pe orbită. Și deși evoluția sateliților artificiali de pe Pământ devine din ce în ce mai trecătoare, privind în viitorul apropiat, se pot încerca principalele perspective de dezvoltare a astronauticii fără pilot.

Telescoapele cu raze X și optice care zboară în spațiu au oferit deja oamenilor de știință multe descoperiri. Acum, întregi complexe orbitale echipate cu aceste instrumente sunt pregătite pentru lansare. Astfel de sisteme vor face posibilă efectuarea unui studiu în masă al stelelor galaxiei noastre pentru prezența planetelor în ele.

Nu este un secret pentru nimeni faptul că radiotelescoapele moderne de pe pământ primesc imagini ale cerului înstelat cu o rezoluție cu ordine de mărime mai mare decât cea atinsă în domeniul optic. Astăzi, pentru acest tip de instrumente de cercetare, este timpul să ne lansăm în spațiu. Aceste radiotelescoape vor fi lansate pe orbite eliptice înalte cu o distanță maximă de 350.000 km față de Pământ, ceea ce va îmbunătăți de cel puțin 100 de ori calitatea imaginilor de emisie radio ale cerului înstelat obținute cu ajutorul lor.

Nu este departe ziua în care se vor construi în spațiu fabrici pentru producerea de cristale extrapure. Și acest lucru se aplică nu numai structurilor biocristaline, care sunt atât de necesare pentru medicină, ci și materialelor pentru industriile semiconductoare și laser. Este puțin probabil ca aceștia să fie sateliți - va necesita mai degrabă complexe vizitate sau robotizate, precum și nave de transport andocate la ei, livrând produse inițiale și aducând pe Pământ roadele tehnologiei extraterestre.

Nu departe și începutul colonizării altor planete. În astfel de zboruri lungi, crearea unui ecosistem închis este indispensabilă. Iar sateliții biologici (serele zburătoare), care simulează zboruri spațiale cu rază lungă, vor apărea pe orbita Pământului în viitorul foarte apropiat.

Una dintre cele mai fantastice sarcini, și în același timp absolut reale din punct de vedere tehnic, este crearea unui sistem spațial pentru navigarea globală și observarea suprafeței terestre cu o precizie de centimetri. O astfel de precizie de poziționare își va găsi aplicație în diferite domenii ale vieții. În primul rând, seismologii au nevoie de acest lucru, sperând, urmărind cele mai mici fluctuații ale scoarței terestre, să învețe cum să prezică cutremure.

Până în prezent, cel mai economic mod de a lansa sateliți pe orbită sunt vehiculele de lansare de unică folosință, iar cu cât este mai aproape de ecuator portul spațial, cu atât lansarea este mai ieftină și sarcina utilă lansată în spațiu este mai mare. Și deși lansatoare plutitoare și de avioane au fost deja create și funcționează cu succes, infrastructura bine dezvoltată din jurul cosmodromului va sta la baza activităților de succes ale pământenilor în dezvoltarea spațiului apropiat Pământului pentru o lungă perioadă de timp de acum încolo.

Alexander Spirin, Maria Pobedinskaya

Redactorii îi sunt recunoscători lui Alexander Kuznetsov pentru ajutorul acordat în pregătirea materialului.

constelație orbitală;

munca de dezvoltare;

rachetă spațială;

rachete și tehnologie spațială;

locul de muncă al operatorului;

vehicul de lansare;

eroare pătratică medie;

sarcina tehnica;

studiu de fezabilitate;

programul spațial federal;

model digital de elevație;

de urgență.

Introducere

Conținutul studiilor, ale căror rezultate sunt prezentate în această revizuire, este:

Crearea de sisteme și complexe spațiale corporative ar trebui să se bazeze pe o bază de elemente moderne și pe cele mai recente soluții de proiectare, iar gama și calitatea datelor obținute ar trebui să corespundă nivelului mondial.

1 Prezentare generală a programelor spațiale de teledetecție ale țărilor străine

1.1 Programul spațial al SUA

1.1.1 Fundamentele politicii spațiale ale SUA

Principalele idei ale noii politici spațiale:

Principalele obiective ale politicii spațiale a SUA sunt:

1.1.2 Declarația de intenție strategică a Sistemului național de informații geospațiale din SUA

Figura 1 - Imagine spațială - bitmap

Figura 2 - Identificarea țintelor și obiectelor

Figura 3 - Afișarea situației operaționale în timp real

1.1.3 Programul de supraveghere militară spațială

1.1.4 Programul spațial comercial al SUA

Figura 4 - sonda spațială WorldView-1

Figura 5 - Nava spațială GeoEye-1

Următorul pas logic în dezvoltarea pieței spațiale de teledetecție este lansarea navelor spațiale cu rezoluție ultra-înaltă (până la 0,25 m). Anterior, imaginile cu această rezoluție erau furnizate numai de sateliții militari din SUA și URSS.

Până acum, principalele companii concurente pe piața teledetecției din țările europene, Rusia, Japonia, Israel și India nu au intenționat să creeze sateliți de teledetecție cu rezoluție ultra-înaltă. Prin urmare, lansarea unor astfel de dispozitive în SUA va duce la dezvoltarea în continuare a pieței și la consolidarea pozițiilor companiilor americane - operatori de teledetecție CS.

1.2 Programele spațiale ale țărilor europene

1.2.1 Franța

Segmentul spațial al sistemului SPOT este format în prezent din patru sateliți (SPOT 2, -4, -5 și -6). Segmentul de sol include Centrul de control și operațiuni a navelor spațiale, o rețea de stații de primire a informațiilor și centre de procesare și distribuție a datelor.

Figura 6 - SCOT 5

1.2.2 Germania

Figura 7 - Sateliți TerraSAR-X și Tandem-X

Figura 8 - Arhitectura segmentului orbital al sistemului SAR-Lupe

1.2.3 Italia

Programul italian de cercetare spațială se bazează pe utilizarea vehiculelor de lansare din Statele Unite (Scout), Organizația Europeană pentru Dezvoltarea Vehiculelor de Lansare (Europa 1) și Agenția Spațială Europeană (Ariane).

1.2.4 Regatul Unit

Figura 9 - Imagine cu o rezoluție de 2,8 m, obținută de minisatelitul TOPSAT-1

1.2.5 Spania

Spania participă, de asemenea, la crearea unui sistem european global de supraveghere prin satelit în scopuri de apărare.

1.3 Programe spațiale ale altor țări

1.3.1 Japonia

Figura 10 - Model 3D al teritoriului statului Gujarat, construit conform datelor Cartosat-1

Pe 10 ianuarie 2007 a fost lansat satelitul Cartosat-2, cu ajutorul căruia India a intrat pe piața datelor cu rezoluție de contor. Cartosat-2 este un satelit cu teledetecție cu o cameră pancromatică pentru cartografiere. Aparatul foto este proiectat pentru fotografie cu o rezoluție spațială de un metru și o lățime a benzii de 10 km. Nava spațială are o orbită polară sincronă cu soarele, cu o altitudine de 630 km.

India este gata să distribuie imagini prin satelit Cartosat-2 la rezoluție de metri la prețuri sub prețurile pieței și intenționează să lanseze o nouă navă spațială cu o rezoluție spațială de până la 0,5 metri în viitor.

1.3.2 Israel

1.3.3 China

Figura 11 – Nava spațială CBERS-01

La 19 septembrie 2007, al treilea satelit de teledetecție chinezo-brazilian CBERS-2B a fost lansat în China. Satelitul a fost lansat pe orbita sincronă a soarelui de dimineață cu o înălțime de 748x769 km, o înclinare de 98,54 grade și un timp de trecere a ecuatorului de 10:30.

1.3.4 Coreea

1.3.5 Canada

Canada, în 1990, a creat Agenția Spațială Canadiană, sub conducerea căreia se lucrează pe teme legate de rachete și spațiu.

Satelitul, conceput inițial pentru 5 ani de funcționare în spațiu, și-a dublat perioada estimată și continuă să transmită imagini de înaltă calitate. Timp de 10 ani de funcționare fără cusur, RADARSAT-1 a cercetat teritorii cu o suprafață totală de 58 de miliarde de metri pătrați. km, care este cu două ordine de mărime mai mare decât suprafața Pământului. Fiabilitatea sistemului a fost de 96%. Cel mai mare dintre cei 600 de destinatari ai informațiilor RADARSAT-1 este Ice Reconnaissance Service of Canada, care achiziționează anual 3800 de imagini radar cu o întârziere de mai puțin de 90 de minute după sondaj.

Figura 12 - RADARSAT în spațiu prin ochii unui artist

Agenția Spațială Canadiană a atribuit un contract către MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA) pentru un proiect de satelit radar Radarsat-2 de a doua generație. Satelitul Radarsat-2 oferă imagini cu o rezoluție de 3 m per pixel.

1.3.6 Australia

Australia cooperează activ cu o serie de țări în domeniul explorării spațiului. Firmele australiene dezvoltă, de asemenea, un microsatelit cu Coreea de Sud pentru a colecta date de mediu din zonele rurale din regiunea Asia-Pacific. Potrivit directorului centrului CRCSS, costul proiectului va fi de 20-30 de milioane de dolari. Cooperarea dintre Australia și Rusia deschide perspective mari.

1.3.7 Alte țări

Recent, Agenția Spațială Națională din Taiwan NSPO a anunțat planuri de a dezvolta prima navă spațială de către industria națională. Proiectul, numit Argo, își propune să creeze un mic satelit Pământ cu teledetecție (ERS) folosind echipamente optice de înaltă rezoluție.

Potrivit NSPO, în timpul lucrărilor la proiectul Argo a fost deja dezvoltată o platformă spațială, în sistemul de control al căreia va fi folosit pentru prima dată noul procesor LEON-3. Tot software-ul pentru sistemele de bord și centrul de control al zborului la sol ar trebui să fie creat în Taiwan. Durata de viață estimată a satelitului va fi de 7 ani.

1.4 Programele spațiale ale țărilor CSI

1.4.1 Belarus

Tabelul 1. Principalele caracteristici ale navei spațiale „Kanopus-V” și BKA

Mărimea KA, m×m

Masa navei spațiale

Greutatea sarcinii utile, kg

Orbită:

înălțime, km

înclinare, deg

perioada de circulatie, min

timpul de trecere a ecuatorului, oră

Perioada de urmărire, zile

Puterea medie zilnică, W

Durata existenței active, ani

Navele spațiale „Kanopus-V” și BKA sunt proiectate pentru a rezolva următoarele sarcini:

- supraveghere de mare viteză.

1.4.2 Ucraina

În ceea ce privește navele spațiale de înaltă rezoluție mai mari de 10 m, este, de asemenea, oportun să le construim pe o bază de cooperare cu parteneri străini interesați și proprietari de sisteme similare. Atunci când se creează nave spațiale promițătoare, ar trebui să se acorde o atenție deosebită creșterii capacităților de informare ale sistemului. În acest sens, Ucraina are o serie de evoluții originale.

1.4.3 Kazahstan

Reprezentanții organizațiilor de cercetare implicate în implementarea programului spațial kazah și a structurilor de producție și inovare din Kazahstan, Rusia și țările din străinătate sunt de părere că, în acest moment, direcția prioritară pentru dezvoltarea activităților spațiale în Kazahstan ar trebui să fie comunicațiile prin satelit și telecomanda Pământului. sisteme de detectare.

2 Programul spațial rusesc

2.1 Principalele prevederi ale Programului Spațial Federal al Rusiei pentru 2006-2015

Principalele obiective ale Programului sunt:

Termenii și etapele implementării Programului - 2006 - 2015.

În prima etapă (în perioada până în 2010), în ceea ce privește teledetecția Pământului, sunt create următoarele:

Domeniile prioritare ale activităților spațiale care contribuie la atingerea obiectivelor strategice sunt:

Activitățile programului includ activități finanțate din fonduri bugetare și activități desfășurate pe cheltuiala fondurilor investite în activități spațiale de către clienți nestatali.

Activitățile finanțate din fonduri bugetare includ lucrările prevăzute în următoarele secțiuni:

secțiunea I - „Lucrări de cercetare și dezvoltare”;

La implementarea Programului se vor obține următoarele rezultate:

b) frecvența de actualizare a datelor de observație hidrometeorologică a fost mărită la 3 ore pentru navele spațiale de altitudine medie și la timp real pentru navele spațiale geostaționare, ceea ce va asigura:

e) a fost creat un complex spațial cu o navă spațială de dimensiuni mici, cu acuratețe sporită în determinarea coordonatelor obiectelor aflate în primejdie, promptitudinea primirii mesajelor de urgență de până la 10 secunde și acuratețea în determinarea locației obiectelor aflate în primejdie, până la 100 m, au fost asigurate.

O evaluare a amplorii efectului economic din rezultatele activităților spațiale în sfera socio-economică și științifică arată că, ca urmare a implementării Programului, efectul economic generalizat în perioada 2006-2015 este proiectat la nivel de 500 de miliarde de ruble la prețurile din 2005.

2.2 Analiza sistemelor spațiale de teledetecție.

Figura 13 - Constelația orbitală a navelor spațiale cu teledetecție pentru perioada 2006-2015

În esență, principalele instrumente de teledetecție spațială dezvoltate în perioada de până în 2015 vor fi nava spațială Kanopus-V pentru monitorizarea operațională a urgențelor provocate de om și naturale și nava spațială Resurs-P pentru supravegherea operațională optic-electronică.

KA "Kanopus-V" nr. 1, care a fost lansat pe 22 iulie 2012, include:

Complexul „Resurs-P” este o continuare a instrumentelor interne de teledetecție de înaltă rezoluție utilizate în interesul dezvoltării socio-economice a Federației Ruse. Este conceput pentru a rezolva următoarele sarcini:

- subsistemul „Arktika-MS2” din patru nave spațiale pentru a furniza comunicații guvernamentale mobile, controlul traficului aerian și releu de semnale de navigație (dezvoltat de OJSC „ISS numit după M.F. Reshetnev”).

2.3 Dezvoltarea unui complex la sol pentru primirea, procesarea, stocarea și distribuirea datelor de teledetecție

După cum se menționează în FKP-2015, infrastructura spațială la sol, inclusiv cosmodrome, facilități de control la sol, puncte de recepție a informațiilor și o bază experimentală pentru testarea la sol a rachetelor și a produselor de tehnologie spațială, trebuie modernizată și reechipată. cu echipamente noi.

Diagrama funcțională a sistemului integrat de teledetecție prin satelit este prezentată în Figura 14.

Figura 14 - Sistem integrat de teledetecție prin satelit

Astfel, ministerele și departamentele-consumatori ai ERS CI, pe de o parte, și Agenția Spațială Federală, pe de altă parte, sunt interesate să asigure coordonarea activităților tuturor centrelor și stațiilor NCPOR create de diferite departamente și organizațiilor și stabilirea funcționării și interacțiunii lor coordonate conform unor reguli uniforme, convenabile pentru toate părțile NCPOR și consumatori.

3 Analiza „Conceptului pentru dezvoltarea sistemului spațial rusesc pentru teledetecția Pământului pentru perioada până în 2025”

O secțiune importantă a Conceptului o reprezintă propunerile care îmbunătățesc eficiența utilizării informațiilor spațiale în Rusia.

Principalele probleme care determină eficacitatea utilizării informațiilor spațiale în Rusia sunt:

Această abordare este promițătoare, deoarece pe măsură ce dezvoltarea pieței naționale de geoinformatică se accelerează, va exista o cerere constantă de date geospațiale, care pot fi completate de sistemele interne de teledetecție pe măsură ce apar și se dezvoltă. Problemele dezvoltării industriei de teledetecție nu sunt rezolvate într-o zi imediat după lansarea unui nou satelit, este nevoie de o etapă destul de lungă de formare a unei cereri stabile de date de teledetecție.

9. Dezvoltarea și punerea în funcțiune a mijloacelor terestre și aviatice pentru validarea rezultatelor prelucrării tematice a informațiilor spațiale.

4 Studiu de fezabilitate a principiilor de finanțare în crearea sistemelor de teledetecție spațială

Concluzie

Studiile efectuate ne permit să tragem următoarele concluzii:

3 A. Kucheiko. Noua politică a SUA privind teledetecția comercială. Cosmonautics News, nr. 6, 2003

4 V. Chularis. politica spațială națională a SUA. Revista militară străină nr. 1, 2007

6 V. Chularis. Sprijin pentru geoinformații al Forțelor Armate ale SUA. Revista militară străină, nr. 10, 2005

7 Informațiile spațiale americane au noi sarcini. Știință, 03.02.06

8 Statele Unite au creat pe orbită cea mai mare constelație de sateliți de supraveghere din istorie. Știri despre știință. 02/03/2006

9 A. Andronov. Sateliți disponibili pentru teroriști. „Revista militară independentă”, 1999

10 V. Ivancenko. Iconos Vigilant Eye. Revista „COMPUTERRA”, 06.09.2000

11 M. Rakhmanov. Inteligența prin satelit: noi tendințe de dezvoltare. C.NEWS Ediția High Tech, 2006

12 A. Kopik. A lansat un nou „spion” comercial. „Cosmonautics News”, nr. 6, 2003.

13 M. Rakhmanov. Detecție prin satelit: schimbarea este inevitabilă. C.NEWS Ediția High Tech, 2006

16 Yu.B. Baranov. Piața de date cu teledetecție din Rusia. Revista de date spațiale, nr. 5, 2005

17 Serviciile secrete franceze se repezi în spațiu. Știință, 27.12.04.

18 Imagini radar: Germania preia conducerea. Știință, 20.03.06.

19 Maxim Rakhmanov „Germania lansează un sistem de spionaj spațial”, Nauka, CNews, 2003.

20 A. Kucheiko. Sistem de recunoaștere și supraveghere spațială pentru orice vreme: o vedere din Italia. „Cosmonautics News”, nr. 5, 2002

21 A. Kucheiko. Japonia a creat cel mai mare sistem de informații spațiale. „Cosmonautics News”, nr. 4, 2007

22 O rachetă japoneză a lansat pe orbită satelitul greu ALOS. Știință, 24.01.06.

28 Satelitul radar: Canada împiedică Rusia să devină oarbă. Știință, 2005

poziția de lider a Statelor Unite ca lider mondial în dezvoltarea și utilizarea sistemelor de teledetecție a Pământului (ERS). Principalele eforturi de reglementare de stat a industriei teledetecției din Statele Unite vizează încurajarea dezvoltării pieței

mecanisme.

Documentul fundamental în acest domeniu este directiva privind politica spațială privind utilizarea sistemelor comerciale de teledetecție, aprobată de președintele Statelor Unite.

martie 1994, care a conturat fundamentele politicii SUA în domeniul accesului clienților străini la resursele sistemelor americane de teledetecție.

Noua politică urmărește să consolideze și mai mult poziția de lider în

lumea companiilor americane și acoperă următoarele domenii de activitate:

− licențierea activităților și funcționării RS CS;

− utilizarea resurselor ERS CS în interesul apărării, informațiilor și

alte departamente guvernamentale americane;

− accesul clienților străini (de stat și comerciali) la resursele de teledetecție, exportul de tehnologii și materiale de teledetecție;

− cooperarea interguvernamentală în domeniul imaginilor spațiale militare și comerciale.

Scopul principal al politicii este de a consolida și proteja securitatea națională a Statelor Unite și interesele țării pe arena internațională prin consolidarea pozițiilor de conducere în

domenii ale teledetecției CS și dezvoltarea industriei naționale. Obiectivele urmărite de politică sunt stimularea creșterii economice, protejarea mediului și consolidarea

excelență științifică și tehnologică.

Noua directivă afectează și zona de comercializare a sistemelor de sondare.

Pe o bază necomercială, potrivit experților, tehnologiile de teledetecție nu numai că nu vor fi dezvoltate, dar vor arunca și Statele Unite (precum orice altă țară) departe de pozițiile de lider în lume. Materiale de vizualizare a spațiului, conform guvernului SUA,

devin solicitate de departamentele guvernamentale pentru nevoile lor produse de sisteme de teledetecție obținute pe bază comercială. În același timp, unul dintre

obiective principale - să elibereze Comunitatea Națională de Informații de un volum mare de solicitări pentru aceste produse de la diverse agenții din SUA. A doua, dar nu mai puțin importantă sarcină a noii politici a guvernului în domeniul spațiului este comercializarea sistemelor de teledetecție pentru a consolida în continuare liderul mondial.

pozitia companiilor americane - operatori de sisteme de sondare spatiala. Directiva definește procedura de licențiere a activităților sistemului de teledetecție în

interesele Ministerului Apărării, informații și alte departamente, de exemplu, Departamentul de Stat etc. Și, de asemenea, stabilește anumite restricții pentru clienții străini de produse

sisteme de teledetecție și export de tehnologii și materiale pentru acesta și definește baza cooperării interguvernamentale în domeniul militar și comercial;

Demersurile întreprinse de guvernul SUA asigură întărirea și protecția securității naționale, precum și crearea condițiilor favorabile țării pe scena internațională prin consolidarea poziției de lider a Americii în domeniul

Teledetecție și dezvoltarea propriei industrii. În acest scop, guvernul

puteri uriașe au fost acordate Administrației Naționale de Cartografiere și Informații Imagini din SUA - NIMA, care face parte din comunitatea de informații din SUA ca unitate structurală. NIMA este responsabil din punct de vedere funcțional pentru colectarea, distribuirea informațiilor despre specii primite de la sistemele spațiale de teledetecție între

departamentele guvernamentale și consumatorii străini, obținerea și distribuirea

care sunt produse numai cu aprobarea Departamentului de Stat al SUA. Ministerul Comerțului și NASA au fost însărcinate cu responsabilitatea coordonării cererilor de produse de teledetecție în sectorul comercial pe direcții. Aceasta prevede utilizarea aceleiași informații despre specii de către diferite departamente care sunt interesate de aceleași zone de anchetă.

Nevoile civile în domeniul teledetecției sunt determinate de ministerele comerțului,

Afaceri interne și agenție spațială NASA. De asemenea, ei alocă fonduri adecvate pentru implementarea proiectelor în acest domeniu. Asistență în implementare

programele de teledetecție ale guvernului civil sunt furnizate de NIMA. Acest

organizația conduce, de asemenea, în pregătirea planurilor de acțiune pentru implementarea noii politici spațiale, în dezvoltarea cărora, pe lângă NIMA, miniștrii apărării, comerțului, Departamentul de Stat și directorul de informații centrale (concomitent și directorul CIA) participă.

Agenția de geo-inovare „Innoter”

În mod caracteristic, aceste probleme sunt soluționate prin lege, sub formă de discuție și adoptare de legi. Se ține cont de faptul că instrumente guvernamentale de teledetecție precum Landsat,

Terra, Aqua și altele vor fi folosite pentru a rezolva sarcinile de apărare și informații atunci când devine neprofitabil pentru compania de operare să primească informații folosind sisteme comerciale de teledetecție. NIMA creează toate condițiile necesare pentru ca industria din SUA să obțină un avantaj competitiv față de ceilalți

ţări. Guvernul SUA garantează sprijin pentru dezvoltarea pieței sistemelor de teledetecție, își rezervă, de asemenea, dreptul de a limita vânzările de produse generice în anumite

țări în interesul respectării rolului principal al Statelor Unite în echipamentele de teledetecție spațială. Directiva prevede că CIA și DoD ar trebui să le monitorizeze inerente

metode și metode ale stării de dezvoltare a teledetecției în alte țări pentru ca industria americană să nu-și piardă poziția de lider în lume pe piețele teledetecției.

Guvernul SUA nu interzice MO să achiziționeze orice tip de materiale

de la firme comerciale. Beneficiul direct este clar: nu este nevoie să lansați un nou satelit de teledetecție sau să redirecționați un satelit de teledetecție deja funcțional către o zonă militară de interes. Da, iar eficiența devine cea mai mare. Aceasta este ceea ce face cu plăcere Departamentul de Apărare al SUA,

dezvoltând astfel structuri comerciale implicate în dezvoltarea şi

folosind sisteme de teledetecție.

Principalele idei ale noii politici spațiale:

− este legiferat că resursele teledetecției americane KS vor fi în

să fie folosit la maximum pentru a rezolva apărarea, inteligența

sarcini, asigurarea securității interne și internaționale și în interesul

utilizatori civili;

− sistemele guvernamentale de teledetecție (de exemplu, Landsat, Terra, Aqua).

concentrat pe sarcini care nu pot fi rezolvate eficient de operatorii CS

Teledetecție datorită factorilor economici, intereselor de asigurare națională

motive de securitate sau alte motive;

− stabilirea și dezvoltarea cooperării pe termen lung între

organismele guvernamentale și industria aerospațială din SUA, oferind un mecanism operațional pentru activitățile de licențiere în domeniul operațiunilor operatorilor de sisteme de teledetecție și export de tehnologii și materiale de teledetecție;

− crearea de condiții care să ofere industriei americane avantaje competitive în furnizarea de servicii de teledetecție către străini

clienți guvernamentali și comerciali.

Agenția de geo-inovare „Innoter”

Noua politică de teledetecție este primul pas făcut de administrația Bush pentru a revizui politica spațială a SUA. Este evident că adoptarea documentului a avut loc cu activ

făcând lobby corporațiilor din industria aerospațială, care au salutat noile reguli ale jocului. Politica anterioară, definită de PDD-23, a încurajat apariția și dezvoltarea mediilor comerciale de înaltă rezoluție. Noul document garantează sprijinul statului pentru dezvoltarea pieței de teledetecție și

de asemenea, stabilește că noi proiecte comerciale vor fi dezvoltate de industrie, ținând cont de nevoile de produse generice identificate de civil

și departamentele de apărare.

Un alt aspect important este că statul devine un „împingător internațional”

teledetecție a informațiilor comerciale. Structura vânzărilor de informații vizuale de către operatorii comerciali a fost dominată înainte de apărare și de alți clienți guvernamentali.

Cu toate acestea, amploarea achizițiilor a fost relativ scăzută și piața pentru spațiu

materialele de teledetecție s-au dezvoltat lent. În ultimii ani, după apariția teledetecției CS de înaltă rezoluție (0,5-1 m), situația a început să se schimbe. Sistemele comerciale de înaltă și medie rezoluție sunt acum văzute ca o adăugare majoră

sisteme spațiale militare, permițând creșterea eficienței îndeplinirii comenzilor

și performanța sistemului integrat în ansamblu, delimitează funcțiile și extinde gama de utilizatori ai informațiilor vizuale.

În ultimii 5-7 ani, fotografia panoramică cu ajutorul navelor spațiale comerciale a devenit cea mai importantă sursă de informații vizuale actualizate și de înaltă calitate datorită

o serie de motive:

− resursa sistemelor militare de supraveghere este limitată ca urmare a extinderii gamei de sarcini și a numărului de consumatori, în urma cărora eficiența rezolvării problemelor sondajului a scăzut;

− Produsele video comerciale cu rezoluție medie și joasă au devenit mai accesibile,

datorită introducerii principiilor de difuzare directă și creșterii ofertei de servicii pe piața internațională;

− piața imaginilor de înaltă rezoluție (până la 1 m și mai bine) a crescut semnificativ, iar numărul operatorilor de sisteme comerciale de imagini panoramice a crescut, ceea ce a dus la creșterea concurenței și la reducerea costurilor de servicii;

− Produsele specifice comerciale nu au o ștampilă de secret, prin urmare, sunt supuse unei largi distribuții între nivelurile inferioare de comandă ale Forțelor Armate, comanda forțelor aliate și alte departamente (Ministerul Afacerilor Externe, Ministerul Situațiilor de Urgență, serviciu de frontieră) și

chiar și mass-media.

Agenția de geo-inovare „Innoter”

La 31 august 2006, președintele american George W. Bush a aprobat conceptul de „politica spațială națională a SUA”, care prezintă

principii fundamentale, scopuri, sarcini și activități ale conducerii militare-politice americane, ale ministerelor și departamentelor federale, precum și ale structurilor comerciale pentru utilizarea spațiului cosmic în interes național. Acest document a înlocuit directiva prezidențială din 1996 cu același nume.

Eliberarea „politicii naționale spațiale” sa datorat importanței tot mai mari a sistemelor spațiale în asigurarea securității naționale a Statelor Unite și

de asemenea, necesitatea alinierii politicii spațiale în curs la noile condiții ale situației.

Implementarea programelor spațiale a fost declarată zonă prioritară de activitate. În același timp, conducerea militaro-politică americană va

aderă la o serie de principii fundamentale, după cum urmează:

− toate țările au dreptul de a folosi liber spațiul cosmic în scopuri pașnice, permițând Statelor Unite să desfășoare activități militare și de informații în interes național;

− orice pretenții sunt respinse. orice țară pentru utilizarea exclusivă a spațiului cosmic, a corpurilor cerești sau a părților acestora, precum și restricția drepturilor SUA asupra unor astfel de activități;

− Casa Albă se angajează să coopereze cu CDF-ul altor state în cadrul

utilizarea spațiului cosmic în scopuri pașnice pentru a extinde oportunitățile oferite în acest sens și a obține rezultate mai mari în explorarea spațiului;

− Nava spațială americană trebuie să opereze liber în spațiul cosmic.

Prin urmare, SUA vor considera orice ingerință în funcționarea CC-urilor sale drept o încălcare a drepturilor acestora;

− CS, inclusiv componentele terestre și spațiale, precum și liniile de comunicație care asigură funcționarea acestora, sunt considerate vitale pentru interesele naționale ale țării.

V În acest sens, Statele Unite vor:

− să-și protejeze drepturile la utilizarea liberă a spațiului cosmic;

− descurajează sau descurajează alte țări să acționeze sau să dezvolte mijloace pentru a încălca aceste drepturi;