Спутниковая система метеорологического обеспечения вооружённых сил США

Майор М. Космачёв

Спутниковые метеорологические системы играют важную роль при планировании повседневной учебно-боевой деятельности вооруженных сил зарубежных государств. Глобальный характер использования в сочетании с высокой оперативностью доведения результатов наблюдений делают их незаменимым средством получения данных о состоянии погодных условий в любом районе земного шара при планировании воздушно-космической разведки, подготовке и ведении боевых действий, а также при оценке обстановки перед принятием решения на применение различных видов оружия.

Наиболее важными метеорологическими параметрами, имеющими ключевое значение для обеспечения деятельности войск, являются:
- вертикальный профиль влажности атмосферы Земли;
- вертикальный профиль температуры атмосферы Земли;
- изображения облачного покрова и поверхности Земли;
- температура морской поверхности;
- направление и скорость ветра у поверхности Земли;
- влажность почвы.

Данные, характеризующие вертикальный профиль влажности и температуры атмосферы Земли, используются в существующих программах синоптического моделирования в ходе подготовки и ведения боевых действий на театре военных действий (ТВД), а также при оценке обстановки перед принятием решения на применение различных видов оружия. Измерение температуры морской поверхности, кроме того, необходимо при проведении военно-морскими силами противолодочных операций.

Изображения облачного покрова позволяют прогнозировать метеообстановку на ТВД в интересах планирования применения стратегической и тактической авиации, проведения и оценки результатов морских десантных и специальных операций, морских операций с участием авианосных ударных групп.

Знание направления и скорости ветра у поверхности Земли требуется для своевременного штормового оповещения, обеспечения безопасности морской навигации и воздушных полетов, для проведения специальных операций (например, с применением оружия массового поражения), поисково-спасательных операций на воде, высадки морского десанта, эффективного применения высокоточного оружия (ВТО).

Орбитальное построение системы DMSP

Измерения влажности почвы проводятся при планировании боевых операций с целью оценки проходимости местности для бронетанковой и автомобильной техники.

Соединенные Штаты Америки для метеорологического обеспечения вооруженных сил используют спутниковую систему DMSP (Defense Meteorological Satellite Program). Она предназначена для сбора в глобальном масштабе данных о параметрах атмосферы и поверхности Земли, околоземного космического пространства в интересах обеспечения деятельности ВС, различных правительственных организаций и служб.

Метеоданные, получаемые с помощью ИСЗ, позволяют решать следующие основные задачи:
- метеообеспечение подготовки и проведения операций командованиями ВС;
- планирование воздушно-космической разведки, в том числе с использованием беспилотных летательных аппаратов;
- эффективное боевое применение крылатых ракет морского и воздушного базирования и других видов ВТО;
- обеспечение безопасности полетов военной авиации и самолетов гражданских авиакомпаний на внутренних и международных авиалиниях;
- составление метеопрогнозов;
- своевременное тайфунное и штормовое предупреждение;
- прогнозирование состояния ледового покрова Земли;
- прогнозирование солнечной активности и состояния околоземного космического пространства;
- составления гидрологических и океанических прогнозов;
- оценки и прогнозирования сезонных и годовых климатических изменений.

Космический элемент системы DMSP включает пять ИСЗ: два оперативных (DMSP-17 и -18, 2006 и 2009 годов запуска) и три резервных (DMSP-14, -15 и -16,1997,1999 и 2003-й соответственно). Спутник DMSP-19, запущенный на орбиту в апреле 2014 года, в связи с неисправностью бортового оборудования в феврале 2016-го выведен из эксплуатации. Для его замены в марте 2016 года резервный аппарат DMSP-17 переведен в оперативный состав системы, а на конец 2016 - начало 2017-го был намечен запуск последнего ИСЗ такого типа - DMSP-20, который находится на хранении у компании-производителя "Локхид-Мартин".

Космические аппараты данного типа размещаются на полярных солнечно-синхронных орбитах со следующими параметрами: высота около 850 км, наклонение 99°, период обращения 102 мин. В течение суток они осуществляют обзор всей земной поверхности.

В состав радиоэлектронного оборудования ИСЗ входят различные датчики, которые позволяют получать изображения земной поверхности и облачного покрова в видимом и инфракрасном участках спектра с разрешением до 0,6 км, определять такие параметры, как значения вертикальных профилей температуры, скорость ветра, концентрация водяных паров в атмосфере, интенсивность выпадения дождевых осадков и процент влаги в поверхностном слое Земли, а также производить регистрацию параметров атмосферных и ионосферных излучений в ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-участках спектра и измерять напряженность магнитного поля Земли.

В качестве основного прибора для метеонаблюдений на ИСЗ используется сканирующий радиометр типа OLS (Operational Linescan System). Он предназначен для круглосуточного получения изображений облачного покрова Земли в видимом и ближнем, а также в дальнем инфракрасном участках спектра в полосе обзора около 3 тыс. км с разрешением 0,56 и 2,78 км. Тип сканирования радиометра OLS синусоидальный, перпендикулярно вектору скорости ИСЗ.

Сканирующий спектрометр SSB/X-2 (Special Sensor B/gamma ray and X-ray sensor particle detector) обеспечивает регистрацию параметров рентгеновских и гамма-излучений в атмосфере Земли.
Комплект аппаратуры SSIES-2 (Special Sensor Ion/Electron Scintillator) предназначен для измерения плотности и энергии электронов и ионов, а также для регистрации значений параметров ионосферных плазменных образований. Он включает в себя детектор электронов (сферический зонд Ленгмюра), вынесенный на штанге длиной около 1 м, и три ионных датчика: анализатор с задерживающим потенциалом, смонтированный на той же штанге на 0,25 м ниже детектора электронов; сцинтилляционный счетчик ионов; электростатическую ловушку ионов для регистрации плазменных потоков.   

На пяти последних спутниках типа DMSP, включая планируемый к запуску DMSP-20, устанавливается усовершенствованный детектор электронов и плазменных потоков SSIES-3.

Спектрометры SSJ-4 и -5 (Special Sensor J - precipitation electron/proton spectrometer) предназначены для измерения потока и энергий ионов и электронов в ионосфере Земли. В комплект аппаратуры первого входят четыре электростатических спектрометра.

Семиканальный сканирующий СВЧ-радиометр SSM/T-1 (Special Sensor Microwave/Temperature Sounder) используется для определения вертикальных профилей температуры атмосферы Земли. Пятиканальный сканирующий СВЧ-радиометр SSM/T-2 (Special Sensor Microwave/Water Vapor Sounder, разработан на базе SSM/T-1) служит для определения вертикальных профилей концентрации водяных паров в атмосфере. Он функционирует в трех каналах околоспектральной полосы поглощения водяного пара (183,31 ГГц) и в двух -окна прозрачности атмосферы (91,65 и 150 ГГц).

Многоканальный сканирующий пассивный СВЧ-радиометр SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager) обеспечивает раннюю идентификацию тропических штормов, измерение скорости ветра, позволяет определять интенсивность выпадения осадков, содержание влаги в атмосфере и на земной поверхности, а также границы ледяного покрова в приполярных районах и другие параметры.

Трехосевой индукционный магнитометр SSM (Special Sensor Magnetometer) предназначен для измерения напряженности магнитного поля. Прибор совместно с аппаратурой SSIES-2 и SSJ-4 осуществляет регистрацию тепловой и электронной плотности ионосферы в полярных широтах. С целью уменьшения влияния на точность измерений электромагнитных полей самого ИСЗ магнитометр SSM размещен на выносной штанге длиной 5 м.

24-канальный сканирующий СВЧ-радиометр SSMIS (Special Sensor Microwave Imager Sounder) применяется для определения атмосферного профиля температуры и водяных паров. При этом он обеспечивает выполнение функций трех СВЧ-радиометров: SSM/I, SSM/T-1 и Т-2. Радиометр позволяет определять интенсивность дождевых осадков с высокой точностью, скорость ветра, вертикальный профиль температуры атмосферы Земли. Аппарат осуществляет коническое сканирование с углом наклона луча относительно оси надира спутника 45° с сектором сканирования 144°.

Радиометр ультрафиолетового (УФ) участка спектра SSXJLI (Special Sensor Ultraviolet Limb Imager) предназначен для регистрации характеристик атмосферных и ионосферных излучений, а также для измерения плотности нейтральных и заряженных частиц и наблюдения лимба Земли на высоте от 48 до 750 км.

Сканирующий УФ-радиометр (0,08-0,15 мкм) SSUSI (Special Sensor Ultraviolet Scanning Imager) используется для наблюдения за ионосферой Земли, авроральными явлениями, а также для измерения профиля плотности электронов и границ слоя F ионосферы. Прибор обеспечивает возможность ведения фотометрического наблюдения за ночным свечением атмосферы и полярными сияниями. Он может функционировать как в фиксированном положении, так и в режиме сканирования. При этом сканирование осуществляется перпендикулярно направлению движения ИСЗ с помощью отклоняемого зеркала.

Передача метеорологической информации от ИСЗ ведется в реальном масштабе времени на наземные стационарные автоматизированные станции, размещенные в различных регионах мира, а также на корабельные и транспортабельные терминалы на ТВД. Время доведения данных до потребителя не превышает 30 мин. Контроль состояния аппаратуры спутников типа DMSP возложен на пункты слежения командно-измерительного комплекса ВВС США и станции национального управления по исследованию океанов и атмосферы NOAA.

Расчетный срок эксплуатации системы DMSP 2021-2022 годы. В целях ее замены министерство обороны США ведет работы по созданию системы следующего поколения WSF (Weather System Follow-on). В настоящее время она находится на этапе эскизного проектирования ИСЗ. Рассматриваются варианты размещения на спутниках новой системы аппаратуры трех типов: опто-электронной камеры видимого и инфракрасного спектра для определения степени облачности и температуры земной поверхности; СВЧ-радиометра для определения влажности и температурного профиля атмосферы; датчиков отслеживания изменений состояния околоземного космического пространства, способных повлиять на работу космических средств и систем связи. Запуск первого ИСЗ WSF-1 на низкую орбиту намечен на 2021 год.

Таким образом, министерство обороны США обладает современными космическими средствами метеорологического обеспечения вооруженных сил, которые позволяют с высокой точностью отслеживать и прогнозировать изменения метеообстановки в глобальном масштабе, а также оперативно информировать об этом органы военного управления и другие заинтересованные организации.

Зарубежное военное обозрение. 2017, №4 С. 63-67

• Американская программа "Телепорт" (2004)
• Использование США космической группировки в войне против Ирака (2003)
• Исследования в США перспективных направлений развития авиационно-космической техники
• Военные аспекты программы "Спейс шатл"
• Новая концепция эксплуатации космических аппаратов на орбите
• Использование космических средств наблюдения в ВМС США (1975)
• Американская программа оперативного развёртывания космических систем тактического назначения (2012)
• Американские средства наблюдения за ИСЗ (1977)
• Перспективные космические системы Сухопутных войск США (2013)
• Американские космические аппараты оптоэлектронной разведки (2013)