Им сверху видно все. Как работает система зондирования «Канопус-В»

«Канопус-В» — российская система дистанционного зондирования Земли, на формирование которой ушло 7 лет и которая была принята в эксплуатацию в конце 2019 года. 6 космических аппаратов на высоте 600 км отслеживают все, что происходит в каждой точке планеты. В назначении и возможностях системы разбираемся вместе с её создателями и экспертами ракетно-космической отрасли.

Успешная эксплуатация

Формирование системы началось в 2012 году, когда был запущен первый опытный космический аппарат (КА) «Канопус-В» № 1. Его успешная работа позволила перейти к производству следующих аппаратов системы, и спустя 5 лет к первопроходцу присоединился «Канопус-В-ИК». В начале 2018 года группировку дополнили КА «Канопус-В» № 3 и № 4, а сформировалась вся система с завершением летных испытаний еще двух космических аппаратов, запущенных в декабре 2018 года. Четыре последних аппарата были запущены российскими ракетами «Союз-2.1а» с нового космодрома Восточный.

Летные испытания комплекса, в ходе которых проверялись надежность и эффективность приема и обработки получаемых с него данных, подтвердили заявленные разработчиком — компанией ВНИИЭМ (входит в госкорпорацию «Роскосмос») — характеристики.

Сегодня группировка «Канопус-В» состоит из 6 космических аппаратов (КА), функционирующих на околокруговой солнечно-синхронной орбите Земли с высотой 510-600 км (для сравнения, высота орбиты МКС — 416,6 км). Преимущество солнечно-синхронных орбит в том, что они обеспечивают одинаковую освещенность земной поверхности вдоль трассы полета космического аппарата. Это создает наилучшие условия для съёмки земной поверхности.

Помимо аппаратов на орбите, в систему входит наземный комплекс управления, а также комплекс приема, обработки, хранения и распространения данных ДЗЗ. При этом её возможности не ограничиваются мониторингом техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, хотя и это немало. Система способна решать целый комплекс задач в области картографирования, гидрометеорологии, природоохранной деятельности, экологии, строительства, сельского и лесного хозяйства. Потребителями системы на данный момент являются более двадцати федеральных министерств и ведомств и практически все региональные власти страны.

Эффективность космической системы «Канопус-В» подтверждается не только высоким пространственным разрешением (2,5-3 метра), но и высокой производительностью съемки (более 2 млн км² земной поверхности в сутки), временем доставки данных и оперативностью их предоставления конечным потребителям.

«Для целевого использования космической системы „Канопус-В“ требуется круглосуточный мониторинг технического состояния космических аппаратов, — поясняет Павел Столяренко, начальник головного отдела, отвечающего за создание КА типа «Канопус-В». — АО «Корпорация „ВНИИЭМ““ осуществляет авторский надзор, участвует в анализе функционирования целевой аппаратуры и бортовых систем, вырабатывает рекомендации по выходу из нештатных ситуаций и их предотвращению. В том числе благодаря слаженной работе специалистов сектора главного конструктора удалось своевременно закончить летные испытания космических аппаратов, ввести их в эксплуатацию, а один из КА (тот самый „Канопус-В“ № 1) успешно функционирует за сроком активного существования».

Против пожаров и наводнений

Все шесть аппаратов группировки обеспечивают периодичность съемки 1-2 раза в сутки. Но не все так просто: процессу съемки может помешать облачность. Тогда приходится ждать момента, когда ближайший к месту съемки КА окажется в пределах «видимости» нужной зоны. То есть целевая аппаратура КА типа «Канопус-В» позволяет снимать исключительно в условиях минимальной облачности. Только КА «Канопус-В-ИК», благодаря специальной аппаратуре, может снимать в среднем и дальнем инфракрасных диапазонах и, таким образом, не выставляет требований к погодным условиям.

Аппараты орбитальной группировки (№№ 3, 4, 5, 6 и «Канопус-В-ИК») расположены на орбите относительно друг друга так, чтобы в максимально короткий период времени охватить съемками всю площадь РФ. КА «Канопус-В» № 1 и «Канопус-В-ИК» функционируют на орбитах с совпадающими трассами (изотрассовость), то есть имеется возможность съемки одной точки поверхности Земли с небольшой разницей по времени двумя космическими аппаратами.

Российский комплекс «Канопус-В» и его вклад в общую деятельность по предоставлению данных по чрезвычайным ситуациям во всем мире были отмечены на состоявшемся в октябре этого года заседании правления международной Хартии по Космосу и крупным катастрофам.

— С нашей системой Россия принимает активное участие в мониторинге чрезвычайных ситуаций, лесных пожаров, наводнений и в решении других задач по всему миру, — отмечает заместитель директора Департамента навигационных космических систем (ГЛОНАСС) Валерий Заичко. — За все время функционирования системы было получено данных ДЗЗ на территорию площадью более одного миллиарда км². Такая производительность позволяет нам получать данные ДЗЗ на всю территорию Российской Федерации практически ежемесячно.

По мнению Натана Эйсмонта, ведущего научного сотрудника Института космических исследований РАН, в «Канопусах» установлены уникальные российские электрореактивные двигатели: «Двигатель делается на заводе „Факел“ в Калининграде. Когда-то СССР, а потом и Россия были монополистами в разработке и использовании таких двигателей. Они дают просто исключительные возможности для поддержания орбиты и для маневров. Я не знаю других аппаратов ДЗЗ с таким типом двигателя, а если они и есть, это большая редкость. Для решения современных задач это лучший двигатель. Скорость истечения в электрореактивном двигателе — 16 км/сек, а у химических, используемых в иностранных КА, — всего 3,5 км/сек. Такая разница дает максимальную выгоду в использовании, а конечному потребителю — удешевление технологии».

Удобство съемки

Кстати, впервые на российских КА был внедрён инструмент для повышения удобства обработки данных, так называемые RPC-полиномы, позволяющие обрабатывать снимки КА «Канопус-В» любыми стандартными фотограмметрическими программами, которые применяются во всем мире для обработки космических снимков.

Что такое RPC и что даёт их использование, объясняет Вячеслав Ермаков, начальник отдела 97 «Центр разработки бортовых информационных комплексов, комплексов планирования и тематического применения целевой аппаратуры КА ДЗЗ» АО «Корпорация „ВНИИЭМ“»: «Съемка космическим аппаратом земной поверхности — сложный динамический процесс, описывающийся точными и строгими математическими моделями. Процесс съемки каждого типа КА описывается своей моделью. Для унификации обработки космических снимков была разработана замещающая математическая модель: рациональные полиномиальные функции (это и есть RPC- полиномы). Эта модель широко применяется в программах обработки космических снимков, и все операторы космических систем ее поддерживают. Можно взять снимки любых зарубежных космических систем, а теперь и снимки КА „Канопус-В“, и обработать их единым и простым способом. Таким образом, все богатство накопленных в мире программ обработки может быть использовано для обработки снимков КА „Канопус-В“, что значительно расширяет сферу их применения и позволяет заниматься коммерческим распространением данных наших космических аппаратов и на зарубежных рынках».

Кроме того, все аппараты группировки полностью откалиброваны. В геометрическом смысле это значит, что достигнута максимальная точность привязки снимков к местности с обеспечением высокой точности внутренней геометрии снимков, и это очень важно в первую очередь для картографии. В радиометрическом смысле это значит, что снимки представляют собой не только картинки, они также могут служить инструментом измерений. Эта особенность очень важна для тематических заказчиков, которые занимаются непосредственным применением космических снимков: для работников лесного хозяйства, которые могут определять состояние лесов, для работников сельского хозяйства — для контроля процесса роста и созревания сельскохозяйственных культур, для экологов — при определении загрязнений и т. д.

Почему «Канопус»?

Свое название система получила в честь одной из самых ярких звезд ночного неба. Она относится к разряду сверхгигантов спектрального класса F и так и называется: Канопус. Расстояние от звезды до Земли составляет примерно 310 световых лет, что равно 2,96 квадриллиона километров. Даже с такого огромного расстояния звезда Канопус хорошо видна на ночном небе. Именно поэтому звезда во все времена играла большую роль в навигации.

Согласно каталогу ярчайших звезд ночного неба, Канопус — второе самое яркое небесное тело, которое можно наблюдать на ночном небе невооруженным глазом, уступила звезда в яркости только Сириусу.

Сергей Зайцев