Для мониторинга окружающей среды на базе космических средств наиболее продуктивно используется информационная спутниковая система, которой присущи целостность, целенаправленность, динамизм, преемственность, совместимость, автономность. Структурно эта сложная спутниковая система мониторинга включает орбитальный и наземный сегменты: первый осуществляет функцию наблюдения, второй осуществляет функции оценки и прогноза. Мониторинг природных ресурсов предъявляет специфические требования к эксплуатационным характеристикам системы, а также к результатам космических съемок (в части информационных параметров) и автоматизации средств манипуляции с ними. Весьма существенны регулярность проведения съемок и оперативное предоставление данных пользователям. Это обеспечивает орбитальная группировка системы, которая формируется из нескольких КА, долгосрочно функционирующих на солнечно-синхронных орбитах. Информационные и эксплуатационные характеристики космических аппаратов определяются многоспектральной съемкой разрешением порядка 100 м и выше с полосой обзора 800-2000 км.
|
|
Эффективность спутниковой системы мониторинга окружающей среды достигается при комплексном применении перспективных космических и новых информационных технологий. Такие технологии представляют собой мощный методологический арсенал синтеза спутниковых систем и весьма продуктивны на всех фазах создания и функционирования спутниковой системы мониторинга: проектирование, изготовление, использование по целевому назначению и модернизация. Они лежат также в основе процесса диагностики наземных объектов из космоса. Научно-техническая поддержка спутниковой системы мониторинга окружающей среды представляет интеграционный процесс, который включает получение научных знаний о Земле, разработку информационных и космических технологий на этапе исследования и проектирования системы, создание моделей и демонстрационные испытания на этапе создания системы, диагностику объектов и явлений в процессе функционирования системы.
Наблюдение Земли из космоса началось в 1960-е гг. с американских и советских метеорологических спутников серии "Tiros", "ESSA", "Nimbus", "ITOS", "Метеор". За последующие десятилетия информационные возможности и целевое применение космических аппаратов ДЗЗ значительно расширились. На смену метеорологическим ИСЗ пришли спутниковые системы, предназначенные для мониторинга окружающей среды и исследования динамики планетарных процессов, совместно с системами изучения природных ресурсов Земли, такими как "Landsat" (США, запускаются с 1972 г.), "SPOT" (Франция, запускаются с 1986 г.) и "Ресурс" (РФ, запускаются с 1988 г.), и миссиями исследовательских космических аппаратов.
|
|
Ведущую роль здесь играют США. Находящаяся под эгидой NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration — Национальное управление по океанам и атмосфере) спутниковая метеорологическая система на полярных орбитах "NOAA" (запускаются с 1970 г.) и геостационарные "GOES" (запускаются с 1975 г.), а также принадлежащая министерству обороны США спутниковая система DMSP (Defense Meteorological Satellite Project — Оборонный проект спутниковой метеорологии; запускаются с 1966 г.) — единственные в мировой практике эксплуатационные системы мониторинга окружающей среды.
Применение на американских спутниках метеоразведки "DMSP" микроволновых радиометров в качестве всепогодных измерителей геофизических параметров океана и атмосферы позволило с 1991 г. реализовывать круглосуточное всепогодное обеспечение стандартной информацией о гидрометеорологических параметрах стран — членов WMO (Всемирная метеорологическая организация). Для национальной безопасности американское правительство в середине 1990-х гг. приняло решение о создании Национальной спутниковой системы мониторинга окружающей среды с полярной орбиты NPOESS (National Polar-Orbiting Operational Environment Satellite System). Она создается путем объединения военной (DMSP) и гражданской (NOAA) спутниковых систем и включает эксплуатируемые в настоящее время КА "DMSP" и "NOAA", а также разрабатываемые совместно с европейской метеорологической организацией Eumetsat ИСЗ "Metop" (запуск планируется в 2004 г.). В работе NPOESS задействованы исследовательские спутники: "Wind" (запущен 1 ноября 1994 г.), "Coriolis" (запущен 6 января 2003 г.; Земля и Вселенная, 2004, № 1), а также по программе EOS -"Terra" (запущен 18 декабря 1999 г.; Земля и Вселенная, 2000, № 6) и "Aqua" (запущен 4 мая 2002 г.; Земля и Вселенная, 2003, № 6). В США исследование глобальных процессов с учетом их взаимодействия и влияния на состояние окружающей среды осуществляется в рамках национальной программы USGCRP (United States Global Change Research Programme — Программа изучения глобальных изменений), а также под эгидой Межправительственного комитета по климатическим изменениям IPCC (Intergovernmental Panel on Climatic Change). Ожидается, что полученные результаты станут научной основой для принятия государственных решений по вопросам состояния окружающей среды и климата в глобальном масштабе.
Программа EOS (Earth Observing System — Система наблюдения Земли) предназначена для реализации опубликованного в 2001 г. стратегического плана NASA по исследованию планеты с помощью серии ИСЗ определенной направленности. Она включена в проект МТРЕ (Mission to Planet Earth — Миссия к планете Земля), проводимый NASA с 1991 г. по программе "Исследование глобальных изменений на Земле". В рамках программы EOS предполагается в течение 15 лет всесторонне изучать планету как единую интегрированную систему с использованием общей информационной сети EOSDIS для приема, обработки, архивирования, распределения, моделирования и интерпретации спутниковых данных, а также для комплексного планирования работы и управления полетом ИСЗ данной серии. Каждый спутник выполняет одну из задач по изучению химического состава атмосферы, динамики и энергетики атмосферы, облачного покрова, водного и энергетического баланса, динамики, физико-химических и энергетических свойств океана, глобального биохимического цикла, биологических ресурсов, гравитационного поля, а также в области геодезии, геологии, картографии.
Согласно программе EOS, группировке из первых спутников к 2015 г. предстоит решить следующие задачи:
1) 10-летний прогноз климата;
2) 15-20-месячный прогноз явления Эль-Ниньо;
3) 12-месячный прогноз выпадения дождей в региональном масштабе;
|
|
4) 60-дневный прогноз извержения вулканов;
5) 10-14-суточный прогноз погоды;
6) 5-дневный прогноз маршрутов ураганов с точностью 30 км;
7) 1-5-летний экспериментальный прогноз землетрясений.
В других странах к числу наиболее значимых космических программ обзорного наблюдения Земли относят европейскую программу мониторинга и обеспечения безопасности Земли GMES, базирующуюся на КА "Envisat" (запущен 1 марта 2002 г.; Земля и Вселенная, 2003, № 6) и "Metop"; канадскую космическую программу с применением спутников "Radarsat" (запускаются с 1995 г.); японскую программу наблюдения Земли на базе ИСЗ "ADEOS" (запускаются с 1996 г.); индийскую систему дистанционного зондирования IRS (запуски с 1988 г.).
Из-за плохого финансирования, системных просчетов и архаичных системно-конструкторских решений не следует ожидать в обозримом будущем появления новых космических средств ДЗЗ, предусмотренных Федеральной космической программой на 2001-2005 гг. Вместе с тем значительный интерес для мониторинга окружающей среды могут представить украинско-российский КА "Сич-1М", российские "Монитор-Э" (макет спутника запущен 30 июня 2003 г.) и "Канопус-Вулкан" двойного назначения, запуск которых планируется соответственно в 2004 г., 2005 г. и 2006 г. "Сич-1М" предназначен для мониторинга облачных слоев, вертикальных профилей температуры и влажности атмосферы, температуры поверхности океана, ледовых и снежных покровов, биопродуктивности и цветности океана, исследования растительного слоя. В состав аппаратуры "Сич-1 М" входят многозональное сканирующее устройство высокого разрешения МСУ-ЭУ (24 х 34 м), радиолокатор бокового обзора с разрешением 2.5 х 1.3 км, зондирующий оптико-микроволновый сканер МТВ3А-ОК. Прибор МТВ3А-ОК — модификация МТВ3А, установленного на спутнике "Метеор-3М" № 1. В МТВ3А-ОК увеличено число каналов в СВЧ-диапазоне и дополнительно включены оптический, ультрафиолетовый и инфракрасный каналы. По информативности МТВ3А-ОК превосходит совокупность американского SSM/IS и японского AMSR. Данный приборный модуль по сравнению с МТВ3А решает ряд новых целевых задач.
|
|
Конструкция МТВ3А-ОК открывает перспективу создания микроспутников ДЗЗ (Земля и Вселенная, 2004, № 2), что весьма актуально в сложившихся условиях российской экономики. К такого рода проектам относится "Канопус-Вулкан", разрабатываемый на базе новых информационных технологий и перспективных космических конструкций. На микроспутнике "Канопус-Вулкан" предполагается установить новый многофункциональный прибор — бортовой измеритель БИК-ГЯ-1, предназначенный для мониторинга и исследований облачного покрова, интегральной влажности атмосферы, водного запаса облаков, интенсивности осадков, вертикальных профилей температуры и влажности атмосферы, скорости и направления приводного ветра, температуры поверхности океана, ледовых и снежных покровов, изменений поверхностного слоя океана, тайфунов и ураганов, явления Эль-Ниньо (Земля и Вселенная, 2000, № 3), растительного покрова, лесных пожаров, температуры и влажности почв.