Применение коммерческих космических систем оптоэлектронной съёмки земной поверхности в интересах ВС США Подполковник В, Усов В США в рамках программы создания и применения коммерческих спутников оптоэлектронной съемки земной поверхности с высоким разрешением большое значение придается использованию последних в интересах Пентагона. В ходе проводимых мероприятий отрабатываются и проходят натурные испытания более совершенные технологии с целью создания системы оптоэлектронной разведки нового поколения. В результате политики правительства и конкурентной борьбы с 2006 года эти работы ведут только две группы фирм под руководством компаний «Дид-житал Глоуб» и «Гео Ай». В конце марта 2009 года министр обороны и директор национальной разведки направили в администрацию президента предложения по программе Enhanced View, предусматривающей создание перспективной системы видовой разведки, получившей наименование «2+2». Согласно этой программе, одобренной президентом США 7 апреля 2009 года, предполагается в течение четырех-шести лет создать два ИСЗ оптоэлектронной разведки с аналогичными или повышенными характеристиками по сравнению с эксплуатируемыми и два коммерческих ИСЗ съемки земной поверхности с высоким разрешением. В августе 2010 года национальное управление геопространственной разведки (НУГР) МО США в рамках программы Enhanced View выдало фирмам «Диджитал Глоуб» и «Гео Ай» контракты соответственно на 3,55 и 3,8 млрд долларов сроком на десять лет с целью приобретения у них спутниковых изображений земной поверхности с высоким разрешением, модернизацию наземного элемента, а часть средств (343 и 337 млн долларов соответственно) предусматривается направить на создание и запуск двух спутников оптоэлектронной съемки земной поверхности - «Уорлдвью-3» и «ГеоАй-2» указанных фирм. Система фирмы «Диджитал Глоуб». В октябре 2001 года состоялся запуск спутника «Квик Бёрд-2» на солнечно-синхронную орбиту высотой 470 км. ИСЗ массой 1 100 кг создан на базе платформы ВСР-2000 (Ball Commercial Platform-2000) фирмы «Болл аэроспейс». Он оснащен трехосевой системой ориентации и стабилизации на основе маховиков, а также приемником космической радионавигационной системы (КРНС) NAVSTAR, сопряженным со звездными камерами. Расчетный срок функционирования спутника составляет пять—семь лет. Мощность системы электропитания, включающей шесть солнечных панелей на GaAs/Ge структурах и аккумуляторных NiН2 батареях емкостью 40 А ч, составляет 600 Вт. На спутнике «Квик Бёрд-2» установлена олтоэлектронная камера BHRC (Ball High Resolution Camera), панхроматическая и многоспектральная части которой имеют наименования QBP (Qiiick Bird Panchromatic) и QBM (Quick Bird Multispectral) соответственно. Диаметр первичного зеркала пятизеркальнои оптической системы 0,75 м, фокусное расстояние 8,8 м, угол поля зрения 2,1х0,6°. Предусмотрена возможность отклонения направления съемки ± 30° от направления в надир вперед и назад вдоль и поперек трассы полета спутника путем переориентации самого ИСЗ с удержанием направления съемки на какой-либо точке кадра. В камере BHRC применен покадровый метод съемки земной поверхности без сканирования, который дает возможность увеличить время получения изображения, улучшить энергетические соотношения и разрешение, а также исключить механическое перемещение элементов. Панхроматическая камера QBP с высоты орбиты 450 км в участке спектра 0,45-0,9 мкм обеспечивает съемку участков земной поверхности размером 16,5х16,5 км (в надир) с разрешением 0,61 м в надир. Матрица из 2,7х104 датчиков фирмы «Истмэн кодак» в фокальной плоскости телескопа позволяет получать цифровые панхроматические изображения объемом 1 Гбайт (11 бит на элемент изображения). С помощью этой камеры можно получать стереоизображение (с отклонением от направления в надир до 10°). Многоспектральная камера QBM работает в четырех участках видимого и ближнего инфракрасного спектра и обеспечивает съемку участков земной поверхности размером 16,5х16,5 км (в надир) с разрешением 2,44 м в надир. Четыре аналогичные матрицы датчиков на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) в фокальной плоскости телескопа позволяют получать цифровые изображения общим объемом 4 Гбайт (11 бит на элемент изображения). Каждое конкретное изображение, получаемое с помощью камеры QBP, всегда находится в центре изображения, получаемого посредством камеры QBM. Отклонение направления съемки вперед и назад вдоль трассы полета путем переориентации ИСЗ позволяет получать стереопары изображений. На ИСЗ предполагалось использовать также режимы площадной (четыре снимка поверхности с перекрытием) и полосовой (70 последовательных перекрывающихся снимков) съемки. Фотограмметрическая точность привязки изображений составляет 20 м. Бортовой магнитный накопитель (объем 137 Гбит) обеспечивает регистрацию цифровых данных панхроматических и многоспектральных изображений (около 57 панхроматических изображений за виток). Бортовой процессор изображений обеспечивает сжатие данных. Период повторной съемки объекта с разрешением 0,61 м при отклонении направления съемки на ± 25° на широте 40° составляет 3.5-4,6 сут. Передача телеметрии спутника и прием команд (программ) осуществляются по радиоканалу S-диапазона частот со скоростью 4-16 и 2 кбит с соответственно. Сброс цифровых данных с борта ИСЗ «Квик Бёрд-2» производится только от накопителя с предварительным криптостойким закрытием со скоростью 320 Мбит/с по радиоканалу X-диапазона частот в зонах радиовидимости наземных приемных станций. Время исполнения заказа на съемку составляет 8 ч. Согласно контракту НУГР Clearview в период с 2003 по 2008 год было выделено фирме «Диджитал Глоуб» около 500 млн долларов на приобретение космических панхроматических изображений с разрешением около 1 м. В сентябре 2003 года НУГР выдало пятилетний контракт Next View фирме «Диджитал Глоуб», предусматривающий приобретение космических панхроматических изображений с высоким разрешением от новых спутников (двух ИСЗ типа «Уорлдвью») этой фирмы для съемки земной поверхности с высоким разрешением. Стоимость проекта около 530 млн долларов, что покрывает половину затрат на изготовление ИСЗ, а взамен НУГР получило право покупать изображения на 50 проц. дешевле их коммерческой стоимости. Платформу ВСР-5000 создавала фирма «Болл аэроспейс». Точность определения местоположения ИСЗ составляет 2-7 м. Расчетный срок его функционирования семь лет. Оптоэлектронная система фирмы «Ист-мэн Кодак» позволяет проводить съемку с отклонением от направления в надир до 30-40°, причем получать в течение одного сеанса стереосъемки до четырех (2х2) или 10(1х10) изображений. Кроме того, имеются три режима съемки: кадровый, маршрутный и площадной. Бортовой магнитный накопитель (объем 1 600 Гбит, в начале эксплуатации 2,2 Тбит) обеспечит регистрацию цифровых данных панхроматических и многоспектральных изображений. Сброс цифровых данных с борта ИСЗ от накопителя с предварительным криптостойким закрытием осуществляется со скоростью 800 Мбит/с по двум радиоканалам X-диапазона частот. Первый спутник «Уорлдвью-1» (другое наименование WorldView-60) массой 2,5 т, высотой 3,6 м и диаметром 2,5 м оснащен оптоэлектронной системой (диаметр основного зеркала 0,6 м, фокусное расстояние 8,8 м, угол поля зрения 1,4х0,26° и масса 380 кг), работающий только в панхроматическом режиме и обеспечивающей с солнечно-синхронной орбиты высотой 496 км разрешение 0,5 м (в надир) при полосе съемки 16,4 км. При отклонении направления съемки на ±20° она производится с разрешением до 0,5 м, а на ± 40° - с разрешением до 1 м в полосе до 775 км. Период повторной съемки объекта с этим разрешением при отклонении направления съемки на ± 30° на широте 40° составит 2 сут. Матрица кремниевых ПЗС датчиков в фокальной плоскости телескопа, дающая возможность получать цифровые изображения объемом до 331 Гбит (11 бит на элемент изображения), включает 35 000 элементов размером 8 х 8 мкм. На спутнике используется трехосевая система ориентации и стабилизации на основе управляющих гироскопов, позволяющих проводить переориентацию ИСЗ на новый объект съемки со скоростью 4,5 град/с (время перенацеливания съемки при отклонении на ±20° составляет 7 с). Мощность системы электропитания в составе шести панелей солнечных (на основе арсенида галлия) и никель-водородных аккумуляторных батарей емкостью 100 Ач составляет 3,2 кВт; время исполнения заказа на съемку составляет 90 мин.; точность геодезической привязки изображений -2м (по опорным точкам) и 5,8-7,6 м (без опорных точек). Запуск спутника «Уорлдвью-1» с помощью ракеты-носителя (РН) «Дельта-2» на авиабазе Ванденберг (Западный ракетный полигон, штат Калифорния) осуществлен в сентябре 2007 года. Он был выведен на орбиту высотой в апогее/перигее 502/486 км и наклонением 97,5°. В начале октября 2007 года с ИСЗ получены первые изображения земной поверхности. Команды на борт космического аппарата передаются по радиоканалу S-диапазона частот со скоростью 2 или 64 кбит/с, телеметрия спутника передается в Х-диапазоне частот со скоростью 4,16 или 32 кбит/с в реальном масштабе времени и 524 кбит/с с бортового накопителя. Спутник «Уорлдвью-2» (другое наименование WV-110, массой 2745 кг, высотой 4,3 м и диаметром 2,5 м) создан фирмой «Болл аэроспейс» при финансировании частными инвесторами. Партнерами по созданию ИСЗ являлись фирмы «БАэ системз» (наземный элемент обработки изображений), «Болл аэроспейс энд текнолоджис» (интеграция оборудования), «Харрис» (оборудование управления и контроля функционирования ИСЗ) и др. Космический аппарат оснащается трехосевой системой ориентации и стабилизации, в пассивной подсистеме которой используются звездные камеры и инерциальный измерительный блок SIRU (Space Inertial Reference Unit), созданные фирмой «Нортроп-Грумман», а также приемник КРНС NAVSTAR, а в активной подсистеме - управляющие гироскопы, позволяющие осуществлять переориентацию ИСЗ на новый объект съемки со скоростью 3,5 град/с (время перенацеливания съемки на расстояние 300 км составляет 9 с). В системе электропитания мощностью 3,2 кВт используются шесть Панелей солнечных батарей на основе арсенида галлия размахом 7,1 м и никель-водородные аккумуляторные батареи емкостью 100 Ач. Оптоэлектронная система (диаметр основного зеркала 1,1 м, фокусное расстояние 13,3 м, мгновенный угол поля зрения 1,28°) спутника с орбиты высотой 770 км обеспечивает съемку в панхроматическом (0,45-0,9 мкм) и многоспектральном (восемь участков спектра: 0,423-0,453; 0,45-0,51; 0,52-0,6; 0,59-0,64; 0,63-0,69; 0,7-0,73; 0,76-0,8 и 0,9-1,05 мкм) режимах с разрешением 0,46 и 1,8 м соответственно (в надир) в полосе съемки 16,4 км. Матрицы датчиков на основе кремния (35 тыс. элементов размером 8 мкм и 4 матрицы по 9,3 тыс. элементов размером 32 мкм для панхроматической и многоспектральной съемки соответственно) в фокальной плоскости телескопа обеспечивают получение цифровых изображений земной поверхности размерами 16,4х650; 96х1100 или 48х55 км (стереосъемка) и объемом 524 Гбит за виток (11 бит на элемент изображения). Стереосъемка осуществляется отклонением от направления в надир ±40° вдоль и поперек трассы пролета спутника. Период повторной съемки объекта при отклонении направления съемки на 130° (±20° с разрешением панхроматических и многоспектральных изображений 0,52 и 2,1 м соответственно) на широте 40° составляет 1,1 (3,7) сут, а точность геодезической привязки изображений — 2м (по опорным точкам) и 4,6-10,7 м (без опорных точек). Работы по сборке спутника «Уорлд-вью-2» завершены в конце февраля 2009 года, а его запуск осуществлен в октябре 2009 года с помощью РН «Дельта-2» на авиабазе Ванденберг. Спутник выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 768 км и наклонением 98,6°. Первые изображения земной поверхности со спутника получены в октябре 2009 года. С целью уменьшения разрешения изображений до 0,41 м в сентябре 2011 года планируется снизить высоту орбиты «Уорлдвью-2», а в 2013-м вести съемку ИСЗ фирмы с орбит высотой до 500 км. Прием команд и программ осуществляется в S-диапазоне частот со скоростью 2 или 64 кбит/с, а в Х-диапазоне частот передаются телеметрия в реальном масштабе времени или с бортового накопителя со скоростью 4,16 или 32,524 и 1 048 кбит/с соответственно. Приемные станции, созданные по контракту, заключенному фирмой «Диджитал Глоуб» с компанией «Виасат» (Карлсбад, штат Калифорния), оснащены параболическими антенными системами (диаметр зеркала 5,4 м) Х-диапазона частот и установлены в составе приемных пунктов фирмы «Диджитал Глоуб» в городах Уилкс-Барре (штат Пенсильвания), Фэрбенкс (Аляска) и Тромсё (Норвегия). Указанные станции способны принимать данные по двум радиолиниям одновременно. Имеется еще ряд таких наземных станций — в Норвегии, Германии, Италии, Японии и Абу-Даби (ОАЭ). В ноябре 2004 года фирма «Диджитал Глоуб» в рамках контракта НУГР NextVi-ew выдала субконтракт на 2,5 млн долларов фирме «RT лоджик» (Колорадо-Спрингс, штат Колорадо) на дополнительное оборудование приемных станций в Уилкс-Барре, Фэрбенкс и Тромсё средствами передачи команд и программ и приема телеметрии. В соответствии с контрактом Enhanced View фирма «ДиджиталГлоуб» с 2010 года создает на основе применяемых в ИСЗ «Уорлдвью-1 и-2» технологий и технических решений спутник оптоэлектронной съемки земной поверхности «Уорлдвью-3», вывод которого на орбиту запланирован на 2015 год. Система фирмы «Гео Ай» (Даллес, штат Виргиния), образованной в 2005 году в результате объединения компаний «Орби-мидж» и «Спейс имиджинг», использует спутники «Айконэс-2» и «Гео Ай-1». «Айконэс-2» эксплуатируется с 1999 года, хотя расчетный срок его функционирования семь лет. В системе электропитания мощностью 1,5 кВт используются четыре панели солнечные батареи на GaAs/Ge-структурах и одна никель-водородная аккумуляторная емкостью 50 Ач. На борту спутника стартовой массой 900 кг и размером 1,83х1,57 м установлена жестко связанная с платформой LM-900 фирмы «Локхид-Мартин» оптическая система OSA (Optical Sensor Assembly) с пятизеркальным кассегреновским телескопом (диаметр основного зеркала 0,6 м, фокусное расстояние 10 м, длина 1,5 м, масса 118 кг) фирмы «Истмэн кодак». Сверхлегкое основное зеркало телескопа фокусирует световой поток на отклоняющее зеркало и матрицы 1000х1000 ПЗС датчиков (технология MITE - Megapixel Imaging Technology, в которой использованы жидкокристаллический перестраиваемый фильтр, позволяющий выбирать требуемый участок спектра). Матрица ПЗС-датчиков в фокальной плоскости (чувствительные элементы датчиков размером 13х13 и 48х48 мкм для панхроматического и многоспектрального режимов соответственно) обеспечивает одновременное получение цифровых панхроматических (со скоростью 6 500 строк/с) и многоспектральных (11 бит на элемент) изображений. Для наведения телескопа (угол поля зрения 0,93°) используется переориентация в пространстве самого спутника, обеспечивающая поле обзора ± 45° как вдоль, так и поперек трассы полета ИСЗ относительно направления в надир. Заданная скорость перенацеливания позволяет проводить на одном витке полета спутника обзорную съемку и получать стереопары изображений. Плавное перенацеливание ИСЗ обеспечивается точностью гироскопов, гибкостью управления кардановых подвесов бортовой антенны Х-диапазона частот, точностью изготовления маховиков и жесткой конструкцией спутника. Кроме того, ИСЗ можно перенацеливать относительно выбранного направления съемки в интересах подходящей для съемки ориентации матрицы ПЗС-датчиков. Этот метод позволяет, в частности, проводить съемку протяженного объекта (например, прибрежной зоны), который пересекается под некоторым углом подспутниковой трассой полета ИСЗ. Период повторной съемки объекта с разрешением 1 м на широте 40° составляет 3 сут. Панхроматическая камера ИСЗ в диапазоне спектра 0,45-0,9 мкм обеспечивает съемку участков земной поверхности размером 11,3х11,3 км в надир и 13,8х13,8 км при отклонении на ± 26° с разрешением 0,82 м в надир, а многоспектральная камера работает в четырех диапазонах видимого спектра (0,45-0,52; 0,52-0,6; 0,63-0,69 и 0,76-0,9 мкм) и обеспечивает съемку участка земной поверхности также в полосе 11 км с разрешением 3,2 м в надир. При обзорной съемке получают изображения размером 11х100км. Фотограмметрическая точность привязки изображений заявлена 6 м, а с использованием опорных наземных точек - 2-3 м. Накопитель спутника позволяет регистрировать данные общим объемом 80 Гбит. Сброс данных со спутника на Землю осуществляется в Х-диапазоне частот со скоростью 320 Мбит/с, а телеметрии - в S-диапазоне частот (также осуществляется прием команд и программ со скоростью 2 кбит/с) со скоростью 32 кбит/с. Создана сеть из трех-четырех наземных приемных станций, в том числе в Торнтон (штат Колорадо) и на Аляске. В соответствии с контрактом Clearview НУГР в период с 2003 по 2008 год фирме «Гео Ай» выделено около 500 млн долларов на приобретение космических панхроматических изображений с разрешением около 1 м. В августе 2004 года«Истмэн Кодак» была приобретена компанией «1ТТ индастриз» и стала частью отделения «Геоспатиал солюшнз» (до января 2010-го отделения «Спейс системз») фирмы «1ТТ дефенс электронике экц сёрвисез». В конце сентября 2004 года фирма «Ор-бимидж» получила конкурсный контракт NextView (500 млн долларов) НУГР на разработку в течение четырех лет ИСЗ «Орбвью-5». Она, в свою очередь, заказала спутник «Орбвью-5» с расчетным сроком функционирования семь лет компании «Спектрум астро» (в августе 2004 года та была приобретена фирмой «Дженерал дайнэмикс»). Этот спутник Оснащался оптоэлектронной системой фирмы «Кодак индастриз» для съемки земной поверхности с высоты орбиты 660 км в полосе 14 км с разрешением 0,41 и 1,64 м в панхроматическом и многоспектральном (четыре участка спектра) режимах работы соответственно. При этом должно было обеспечиваться отклонение направления съемки до ± 60°. Бортовой твердотельный накопитель ИСЗ имел объем памяти 800-1 200 Гбит. После завершения в 2006 году поглощения фирмы «Спейс имиджинг» «Гео Ай» ускорила создание ИСЗ «ГеоАй-1» (бывший «Орбвью-5») фирмой «Дженерал дайнэмикс эдвансд информэйшн системз» (Гилберт, штат Аризона). Запуск спутника «ГеоАй-1» осуществлен в сентябре 2008 года с помощью РН «Дельта-2» с авиабазы Ванденберг. ИСЗ стартовой массой I 955 кг (масса платформы спутника SA-200HP 1,26 т, топлива 144,5 кг) был выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой в апогее/ перигее 686/672 км, наклонением 98,1° и периодом обращения 98,3 мин. Стоимость создания, запуска и страховки (на 320 млн долларов) ИСЗ «ГеоАй-1» составила 502 млн долларов. НУГР по контракту NextView вложило в программу его создания 237 млн долларов. На спутнике размером 4,35 х 2,76 м установлена трехосевая система ориентации и стабилизации. В системе электропитания используются семь панелей солнечных батарей на GaAs-структурах, обеспечивающих мощность 3,86 кВт в конце расчетного срока функционирования ИСЗ (семь лет, с возможным продлением до десяти), а также никель-водородная аккумуляторная батарея емкостью 160 Ач. В системе управления имеется процессор RAD750. Оптоэлектронную систему GIS (GeoEye Imager System) спутника создала фирма «1ТТ спейс системз» (в январе 2010 года после объединения с отделением «Найт вижн» была переименована в «1ТТ гео-спатиал солюшнз», Рочестер, штат Нью-Йорк), поставив ее заказчику в январе 2007-го. Диаметр основного зеркала теле- В фокальной плоскости для панхроматической и многоспектральной съемки использованы матрица кремниевых датчиков размером 8 х 8 мкм (более 35 000 элементов) и четыре матрицы кремниевых датчиков 32х32 мкм (более 9 300) соответственно. Один элемент изображения кодируется И битами. Съемка земной поверхности производится в полосе 15,2 км с разрешением 0,41 и 1,65 м одновременно в панхроматическом (участок спектра 0,45-0,9 мкм) и многоспектральном (четыре участка спектра: 0,45-0,52; 0,52-0,6; 0.625-0,695; 0,76-0,9 мкм) режимах работы соответственно. Система имеет многократное резервирование. Выбор напрааления съемки осуществляется переориентацией корпуса спутника на угол до ± 60°. Оптоэлектронная система рассчитана на использование в трех режимах съемки: только панхроматическом (за сутки обеспечивает получение изображений земной поверхности суммарной площадью до 700 тыс. км:). только многоспектральном, а также одновременно в панхроматическом и многоспектральном (за сутки обеспечивается получение изображений земной поверхности суммарной площадью до 350 тыс. км2). Кроме того, оптоэлектронная система может получать стереопары изображений (за сутки обеспечивает получение таких стереопар суммарной площадью до 6,27 тыс. км2). Точность привязки изображений к местности составляет около 3 м. Бортовой твердотельный накопитель ИСЗ «ГеоАй-1» увеличен и имеет объем памяти 2 199 Гбит. Бортовая радиосистема ИСЗ работает в S- и Х-диапазонах частот. Радиолинии закладки команд и передачи телеметрии S-диапазона частот используются сеансами, а радиолинии Х-диапазона - для передачи получаемых изображений со скоростью 150 или 740 Мбит/С В ходе орбитальных испытаний была выявлена неисправность оборудования, обеспечивающего нацеливание оптоэлектронной системы спутника на объект съемки. Кроме того, в мае 2009 года обнаружена неисправность оптоэлектронной системы GIS спутника, влияющая на качество получаемых в многоспектральном режиме съемки изображений, а в декабре — аномалия, заключающаяся в ограничении маневренности антенны аппаратуры передачи данных, непосредственно влияющая на возможность одновременной съемки и сброса данных на наземную станцию. Однако выявленная аномалия снизила возможности региональных коммерческих операторов и не затронула интересы НУГР. Ввод спутника «ГеоАй-1» в коммерческую эксплуатацию состоялся в ноябре 2008 года, а для пользователей национальных ведомств - в конце февраля 2009-го. Главный комплекс управления в г. Даллес обеспечивает прием, обработку и распределение изображений потребителям. Для приема и распределения данных от ИСЗ «ГеоАй-1» планировалось использовать существующую сеть из 12 наземных станций (в том числе расположенных в Германии, Польше и Турции). Основную роль будут играть станции в городах Даллес и Барроу (штат Аляска), а также две арендованные станции норвежской фирмы «Конгсберг сателлайт сервисез» в городах Тромсё и Тролл (Антарктида). Комплекс в Торнтон используется для управления спутниками фирмы. В марте 2008 года фирма «ГеоАй» заключила контракт с японской JSI (Japan Space Imaging) на сбор и продажу данных от спутника «ГеоАй-1». Наземная станция приема изображений, принадлежащая JSI, расположена на о. Окинава, а комплекс обработки изображений — в Токио. Однако в соответствии с лицензированием правительством США японский партнер сможет иметь доступ только к обработанным изображениям с разрешением хуже 0,5 м. Контракт на создание второго спутника «ГеоАй-2», а также необходимого наземного оборудования управления и контроля «Гео Ай» выдала фирме «Локхид-Мартин спейс системз» в начале марта 2010 года. В октябре 2007 года компания «Гео Ай» заключила контракт с ITT на разработку многоспектральной камеры с наилучшим разрешением 0,25 м для спутника «ГеоАй-2». Согласно американскому законодательству доступ к изображениям с таким разрешением будут иметь только правительственные службы США. В соответствии с контрактом Enhance-dView НУГР, выданным фирме «ГеоАй» в августе 2010 года, его запуск на орбиту высотой около 450 км возможен в 2013 году. Зарубежное военное обозрение №12 2010 С.53-59 Смотрите также | |
| |
Просмотров: 4439 | | |
Всего комментариев: 0 | |