Сегодня в космосе нет ни одного отечеств­енного радара высоко­го разрешения гражда­нского назначения, – академик Бондур

05.05.2022



Запуск в 2022-2023 годах отечественных спутников-радаров «Кондор-ФКА» и «Обзор-Р» обеспечит независимость России от зарубежных поставщиков радиолокационных изображений, необходимых для освоения Арктической зоны. О значении космической радиолокации для мониторинга критической инфраструктуры Арктики и Северного морского пути в докладе на Совете РАН по космосу рассказал вице-президент РАН, научный руководитель Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос», академик РАН Валерий Бондур.

(jpg, 88 Kб)

Арктика – это громадные труднодоступные территории и водные просторы, значительную часть времени закрытые облаками и в течение нескольких месяцев погруженные в полярную ночь. Поэтому для ее исследования и контроля актуально использование радиолокационных (РЛ) средств космического мониторинга, которые могут выдавать данные о состоянии поверхности в любую погоду и при любых условиях освещения. Особенно эффективны в этом случае современные радиолокаторы с синтезированной апертурой – РСА (создается за счет движения платформы (спутника или самолета), когда данные локации записываются в течение определенного периода времени, а потом совместно обрабатываются для получения изображения, благодаря чему как бы создается виртуальная антенна, во много раз превосходящая по размерам реальную).

(jpg, 123 Kб)

Главное преимущество РСА состоит в том, что они способны работать в различных режимах, включая высокодетальную съемку с разрешением, не уступающим оптическим спутникам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

Спутниками с РСА обладают США, Европейское космическое агентство, Германия, Италия, Канада, Япония, Южная Корея, Китай. К примеру, в США частная компания Capella Space в настоящее время разворачивает группировку из 36 спутников массой всего по 107 кг, потенциально способных получать изображения с разрешением до 0,25 м, на уровне лучших оптических разведывательных спутников. Финляндия уже имеет свою группировку радарных микроспутников ICEYE массой около 100 кг, поставляя заказчикам изображения с разрешением 0,5 м и с периодичностью съемки 3 часа.

«А ведь исторически наша страна одной из первых запустила радар в космос в начале 1970-х годов, – говорит академик Бондур. – Правда, это был радар военного назначения для системы морской космической разведки и целеуказания „Легенда”. Это направление развивается в стране и сейчас, но, к сожалению, с гражданскими спутниковыми радарами дело обстоит плохо. В 1991 году на орбите работал прекрасный космический аппарат „Алмаз-1А” с РСА, который позволял получать изображения в S-диапазоне спектра электромагнитных волн с пространственным разрешением 10 м, но затем наступили нелегкие 90-е годы. С тех пор у нас сделано много проектов на бумаге, но сегодня в космосе нет ни одного российского радара гражданского назначения, в то время как во всем мире эта тематика очень активно развивается». 

Острота проблемы с отсутствием собственной группировки радарных спутников еще больше возросла в связи с событиями, которые начались 24 февраля 2022 г. Если раньше российские потребители активно использовали информацию с зарубежных спутников, в частности – с европейских Sentinel-1A и Sentinel-1B и других, то сейчас доступ к этим данным официально для России закрыт. Не говоря уже о том, что все РЛ-спутники высокого разрешения имеют двойное назначение. Именно поэтому столь важное значение имеет запланированный на 2022–23 гг. запуск двух КА «Кондор-ФКА» и одного КА «Обзор-Р» – российских радиолокационных спутников, способных получать достаточно детальные изображения для решения ряда специфических задач в Арктическом регионе.

(jpg, 81 Kб)
КА «Кондор-ФКА» разрабатывает ВПК «НПО машиностроения» (г. Реутов) – создатель первых советских космических радаров. Как сообщил Совету РАН по космосу представитель компании, «Кондор-ФКА» №1 уже изготовлен, ведутся его электрические испытания. Запуск намечен на конец 2022 г. «Кондор-ФКА» № 2 находится в процессе сборки. Его запуск планируется на 2023 г.

КА «Обзор-Р» создается в АО «РКЦ „Прогресс”» (г. Самара) – одной из ведущих отечественных космических фирм. По информации ее представителя, в настоящий момент спутниковая платформа изготовлена, прошла все виды испытаний и находится в полной готовности для установки на нее радара. Радар также изготовлен. Завершается отладка его программного обеспечения. Запуск «Обзора-Р» намечен на июнь 2023 г.

Чтобы наглядно продемонстрировать значения запуска этих аппаратов для освоения Арктики, Валерий Бондур привел несколько примеров того, как подобные задачи решаются зарубежными спутниками, способными проводить РЛ-съемку высокого разрешения.

 (jpg, 98 Kб)

«Вот пример изображения, полученного финским РЛ-спутником ICEYE, – рассказывает Валерий Бондур. – На нем хорошо видно положение ледокола во льдах и отмечен его путь за предыдущий день. По этому изображению можно судить, насколько качественная получается съемка».

 (jpg, 58 Kб)

«А вот изображение, которое получает ICEYE для мониторинга судовой обстановки, – продолжает рассказ ученый. – Хорошо видны не только небольшие корабли, но даже волны от них. Это просто сырое изображение, но есть целая технология, которая позволяет определить параметры движения судов».

 (jpg, 91 Kб)

«На этом слайде – пример более глубокого анализа данных, полученных с помощью космических радаров Sentinel-1A/1B, – говорит академик Бондур. – Это карта концентрации биогенных пленок».

Биогенные пленки – результат жизнедеятельности морских организмов и растений, главным образом, фито и зоопланктона, а также бактерий. Они не могут считаться загрязнениями в прямом смысле слова, однако процесс интенсивного образования биогенных пленок можно рассматривать в качестве явления, свидетельствующего о степени антропогенного воздействия на экосистему. Ведь уровень биологической продуктивности прибрежных зон морей во многом определяется характером хозяйственной деятельности.

Наличие поверхностной пленки приводит к затуханию поверхностного волнения и на водной поверхности образуются выглаженные области (слики), которые проявляются на радиолокационном изображении как области пониженного рассеяния отраженного сигнала. На фото в нижней части слайда –необработанные РЛ-изображения, на которых видны слики причудливых очертаний. Кстати, таким же образом с помощью РЛ можно фиксировать разливы нефти или загрязнения от сливов с судов.

Отмечено достаточно четкое временное соответствие между процессами интенсивного образования биогенных пленок и повышением концентрации хлорофилла-а, то есть цветением моря, которое можно фиксировать по данным оптических сенсоров типа MODIS.

На слайде выше можно видеть сопоставление скоплений полигонов биогенных пленок по данным РЛ-изображений (а и в) с данными по хлорофиллу-а спектрорадиометра MODIS на борту спутника Aqua (б и г). Кстати, похожая технология использовалась для мониторинга «красного прилива», который произошел на Камчатке полтора года назад.

(jpg, 86 Kб) 

Высокодетальные РЛ-изображения имеют пространственное разрешение порядка метра и лучше, при этом высоту рельефа космические радары могут измерять с точностью до считанных сантиметров, что, в частности, позволяет отслеживать динамику вечной мерзлоты. Справа верху – фотография северной части острова Хершел в море Бофорта, что омывает северные берега Аляски и Канады. Хорошо видны процессы эрозии, которые происходят на этом острове. Ряд изображения слева показывает динамику изменения рельефа за один, два и три года по данным японского ALOS. Хорошо видны просадки поверхности из-за сезонного таяния вечной мерзлоты, которые доходят до 25-30 см (оранжевые пятна).

 (jpg, 83 Kб)

На этом слайде показана обработка РЛ-данных за много лет по мониторингу скорости таяния ледника на архипелаге Шпицберген. Сверху – изображение по данным Sentinel-1A за 2010–2014 г. А внизу показана эволюция скорости таяния за два десятилетия по данным спутника CRYOSAT-2. Видно, как хорошо фиксируются вертикальные подвижки поверхности, которые по оптическим снимкам измерить сложно.

 (jpg, 107 Kб)

Существует технология, позволяющая на основе анализа картины ветрового волнения водной поверхности определять направление и скорость приповерхностного ветра с использованием эмпирических соотношений, связывающих характеристики спектров морского волнения с характеристиками приповерхностного ветра. Слева показаны фрагменты РЛ-изображений с КА RADARSAT-2, по пространственно-частотным спектрам которых можно определить направление и скорость ветра. На первый взгляд, на этих фрагментах ничего не видно, однако после специальной обработки можно выявить на них спектральные максимумы волнения водной поверхности и по ним построить карту полей приповерхностных ветров.

Справа дана карта полей приповерхностных ветров всей арктической акватории по данным спутника QuikSCAT. Стрелками показано направление ветра, цветом – его скорость. Размер одного квадратика в зависимости от режима съемки может составлять 25 х 25 км или 5 х 5 км. С помощью радаров высокого разрешения можно получить «пиксель» еще меньшего размера.

(jpg, 90 Kб) 

Мониторинг просадок грунта имеет важное значение для контроля состояния критически важной инфраструктуры: трубопроводов, дорог, аэропортов. На этом слайде показана карта смещений поверхности в районе взлетно-посадочной полосы одного из северных канадских аэропортов по данным спутника RADARSAT-2. Слева внизу – фотография этого аэропорта и тип ландшафта, который его окружает. Подвижки грунта в зоне вечной мерзлоты необходимо контролировать постоянно и спутниковая радиолокация высокого разрешения позволяет это делать.

 (jpg, 72 Kб) 

Важное направление – это мониторинг последствий стихийных бедствий и природных катастроф. В качестве примера приводится измерение по данным Sentinel-1A смещения земной поверхности в районе землетрясения магнитудой 7,6 баллов, произошедшего в 2017 в районе Алеутских островов, примерно в 100 км от Камчатки.

(jpg, 83 Kб) 

Одна из главных задач спутникового мониторинга – контроль ледовой обстановки, без чего невозможно организовать безопасную навигацию по Северному морскому пути.

Слева показаны необработанные изображения со спутника RADARSAT-2. Далее отдельные фрагменты увеличены.

«Даже по таким изображениям можно без всякого сложного математического аппарата контролировать развитие ледовой обстановки и прокладывать оптимальные маршруты движения судов», – говорит академик Бондур.

После обработки можно получать более контрастные и наглядные карты ледовой обстановки.

 (jpg, 90 Kб) 

На этом слайде приведена карта толщины льда во всем Арктическом регионе по данным спутника CRYOSAT-2. Показана градация – толстый лед, средней толщины и тонкий. Отслеживается динамика ледяного покрова в течение нескольких месяцев.

«Это лишь несколько примеров того, какие данные можно получать с помощью РЛ-спутников высокого разрешения, – подводит итог академик Бондур. – Но по ним видно, насколько спутниковая радиолокация необходима для освоения Арктики».

Подготовил Леонид Ситник, редакция сайта РАН.

Подразделы

Объявления

©РАН 2024