Геннадий Малышев,
главный научный сотрудник, НИИ прикладной электромеханики МАИ, доктор технических наук, профессор,Иван Маглинов,
ведущий инженер НПО им. С.А.Лавочкина, кандидат технических наук,

Юрий Черкасов,
начальник лаборатории ГОИ им. С.И.Вавилова, доктор физико-математических наук

МОСКИТНаблюдение и анализ состояния объектов на поверхности Земли — одна из основных задач искусственных спутников. Те, что применяются в мировой практике в военных целях, позволяют различать предметы размером в десятки сантиметров и обеспечивают время обработки информации, измеряемое минутами. Каждый из таких аппаратов уникален. Они имеют большую массу и размеры, сложны и дороги в эксплуатации. Цикл их разработки — десяток лет. Вот почему совершенствование систем наблюдения, их конверсионное использование — актуальные задачи практической космонавтики. Российские разработчики информационно-электронной техники предлагают принципиально новый элементный арсенал, позволяющий сделать космические разведчики миниатюрными, более «интеллектуальными» и дешевыми. Пример: комплекс МОСКИТ — многоспектральная орбитальная система космической инспекции тактическая.

Элементная база. Способы бортовой обработки информации

Для наблюдения в оптическом диапазоне за объектами на поверхности Земли спутники, как правило, снабжаются длиннофокусными оптико-электронными системами. Применение же значительно более легкой и компактной короткофокусной светосильной оптики в сочетании с фиксирующими матрицами (ПЗС-матрицами) с элементами (пикселами) размером в несколько микрон или фототермопластиковыми приемниками обеспечивает новое качество воспринимающего контура. Он приобретает способность не только фиксировать, но и производить первичную обработку образа, перейти от построчного считывания к мгновенному анализу кадра. Разработки в этих направлениях, сделанные в Государственном оптическом институте и Институте общей физики РАН, существенно расширяют возможности дистанционного наблюдения.

Применение таких технологий позволяет перейти на многозональную оптику, когда каждый пространственно разрешаемый элемент представляется спектрограммой, и в то же время избежать «информационного взрыва», возникающего при этом из-за возрастания объема обрабатываемых данных. Кроме того, появляется возможность существенно увеличить число анализируемых спектральных признаков исследуемого объекта, что существенно повышает эффективность дистанционного зондирования. Дело в том, что если изучается 3 — 4 признака, то можно, например, определить, злаковую культуру «видит» спутник или нет. При увеличении их числа до 20 можно установить вид культуры и ее сорт. Таким образом, введение совместной обработки спектральной и пространственной информации существенно повышает идентифицирующие возможности видео-спектрометрического метода по сравнению с применяющимся методом спектро-зональной съемки.

Распознавание спектрально-пространственных образов, что очень важно при больших потоках информации (порядка 1000000000 бит/с), осуществляется непосредственно на борту спутника гибридным оптико-цифровым коррелятором в темпе поступления изображений. На Землю транслируются только обобщающие результаты в виде цифровой карты типовых образов прототипов. В создании подобных систем большую роль сыграли разработки Института общей физики РАН.

Концепция построения системы

Введение первичного бортового анализа изображения местности позволяет отсекать «пустую» информацию (облачный покров, целевые объекты, не претерпевшие изменений), концентрировать внимание на динамике и изменениях в состоянии наблюдаемых объектов. Это может быть старт ракеты, подготовка к запуску, состояние аэродромов, изменение структуры размещения техники.

Перспективной представляется интерактивная схема обзора двумя разномасштабными телескопами с выбором целей для детального наблюдения в земных координатах крупномасштабного кадра. Объекты могут различаться по характерным признакам, заранее введенным в память бортовой вычислительной машины, или оперативно «вручную» — с командного пункта. Переход к земным координатам резко упрощает бортовую навигацию и управление ориентацией спутника.

Применение в связи с этим «дежурной», не имеющей высокой точности ориентации мелкомасштабной камеры и прецизионного наведения камеры высокого разрешения, позволяет принципиально упростить систему ориентации, выполнив ее также двухуровневой. Аппарат в целом ориентируется при этом за счет использования гравитационной системы. Перенацеливается же с помощью механических приводов только узкоугольная камера высокого разрешения, соединенная с корпусом спутника кардановым подвесом. Подобный эффект достигается и за счет введения в конструкцию подвижного зеркала.

Реализация

Интегральное применение перечисленных подходов при проектировании космических комплексов на базе малогабаритных спутников позволит создать качественно новые системы наблюдения. Стоимость единицы полезной информации, полученной с таких ИСЗ, будет ниже нынешней более чем на порядок. В Московском авиационном институте разработан ряд спутников наблюдения, имеющих различные возможности (см. таблицу).

Масса спутника, кг 100 200 450
Масса видеоаппаратуры, кг 12 30 90
Диаметр окна телескопа, м 0,2 0,4 0,8
Разрешение на местности (с высоты 800 км), м
— фототермопласт 2 0,6 0,3
— ПЗС-матрица 5 3 2
Поле зрения, град:
— обзорная камера 40 40 40
— телескоп 2 2 2

Технологически и конструктивно все системы и аппаратура прошли экспериментальную отработку. Теперь необходимо создать структуру, способную технически и в финансовом плане строить космические аппараты нового поколения. Только так можно перейти к решению задач дистанционного зондирования принципиально более высокого уровня при уменьшении затрат на его проведение.

Весьма существенно и то, что подобные КА можно выводить на орбиты легкими носителями. Так, ракета-носитель «Рокот» способна отправить в космос два 500-килограммовых ИСЗ. Разумеется, это значительно понижает стоимость и повышает оперативность построения группировки спутников, способных вести глобальное, постоянное изучение земной поверхности и объектов на ней.

Орбитальная группировка из 6 — 24 спутников МОСКИТ, летающих на орбитах высотой от 800 до 36000 км при двух — трех аппаратах, одновременно обследующих один объект, позволит выполнить следующие задачи:

  • контроль за оперативной обстановкой в регионах и акваториях на основе периодической доставки информации потребителям об активности и маршрутах наземных, воздушных, надводных и подводных средств передвижения и доставки оружия;
  • непрерывный контроль за баллистической обстановкой в различных районах планеты посредством обнаружения запусков баллистических ракет и передачи в реальном масштабе времени информации о параметрах активного участка каждой из зарегистрированных ракет;
  • экологический мониторинг, исследование природных ресурсов и распознавание чрезвычайных ситуаций.
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (проголосуйте)
Загрузка...