Средства спутникового мониторинга

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.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: