VIII региональная научно - практическая конференция студентов и школьников.

Наука и техника в экологии и гидрометеорологии

Космические технологии дистанционного мониторинга Земли

(картинка № 1)

Введение

Цели и задачи

                Дистанционное зондирование (мониторинг) Земли или (ДЗЗ) - это наблюдение за поверхностью нашей планеты различными средствами при помощи высокотехнологичной аппаратуры. Такая аппаратура может производить съемку, как в видимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра, так и используя другие диапазоны (например радиоволны), которые не видны человеческому глазу, но именно в них лучше всего видны те или иные явления, происходящие на поверхности, наблюдаемых нами, участков Земли. Мониторинг может быть: наземным, воздушным (авиационным), и космическим, а также активным или пассивным. Под пассивным зондированием понимается приём отражённого естественного излучения объектов на поверхности земли, т.е. отражение солнечного света или вторичное его излучение в виде тепла. Под активным зондированием понимается приём отражённого излучения, источник которого имеет искусственное происхождение. Часто источник и приёмник находятся вместе в одном корпусе аппарата проводящего зондирование.

Первые аппараты ДЗЗ были запущены в шестидесятых годах двадцатого века. Явления, которые наблюдаются при помощи ДЗЗ, могут быть самыми разными, это исследование природных ресурсов, локализация техногенных и природных катастроф, например пожаров или разливов нефти на поверхности океана, наблюдения за созреванием сельскохозяйственных культур, контроль площади лесов, наблюдение за строительством крупных объектов. Являясь разделом географии термин ДЗЗ чаще всего относят к воздушному и космическому типу. Лучшее время для получения данных  является летнее время т.к. солнце находится под наибольшим углом к горизонту и световой день имеет наибольшую продолжительность. Но, для некоторых технологий активного зондирования это не так. Например тепловое зондирование лучше проводить при наибольшей разнице температур земли и воздуха, т.е. в холодный период или перед рассветом, независимо от времени года.

Наиболее высокотехнологичным и сложным является космическое зондирование, в этом случае к сложности самого аппарата прибавляется работа по выведению его на орбиту Земли. В данной докладе  мы рассмотрим космические технологии и методики ДЗЗ которые представляют предприятия Роскосмоса. В настоящее время Роскосмос имеет группировку космических аппаратов серий  «Электро-Л», «Ресурс-П», «Канопус-В» и «Метеор-М». Головной организацией Госкорпорации «Роскосмос» по организации приема, обработки и распространения информации дистанционного зондирования Земли является Научный центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) холдинга «Российские космические системы». НЦ ОМЗ выполняет функции наземного комплекса планирования, приема, обработки и распространения космической информации с российских космических аппаратов ДЗЗ.

Рассмотрим подробно, что это за аппараты и какие функции они выполняют.

Космический комплекс «Электро-Л» (картинка № 2)

1. Производитель НПО  им. Лавочкина.
2. Срок активного существования 10 лет.
3. Первый запуск 20.01.2011
4. Масса 1766 кг.
5. Мощность 1700 Вт.
6. Длина 5,5 м.
7. Ширина 2,5.

Космические аппараты «Электро-Л» входят в состав геостационарной гидрометеорологической космической системы «Электро» и предназначены для получения и предварительной обработки многоспектральных снимков облачности земной поверхности в пределах всего наблюдаемого диска Земли. Головной организацией-разработчиком космического аппарата «Электро-Л» является АО «НПО Лавочкина». Оператор космической системы — Научный центр оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы». Управление полетом космических аппаратов осуществляет Центр управления полётами.

В настоящее время в своей орбитальной части комплекс состоит из трех космических аппаратов «Электро-Л».

•                 «Электро-Л» № 1 (запуск — 20 января 2011 года)
•                 «Электро-Л» № 2 (запуск — 11 декабря 2015 года)
•                 «Электро-Л» № 3 (запуск — 24 декабря 2019 года)

(Картинка № 3)

Основная область применения космических аппаратов системы «Электро» — обеспечение Росгидромета и других ведомств оперативной информацией в целях:

•                 синоптического анализа и прогноза погоды в глобальном масштабе (характер и параметры облачных образований, фронтальные разделы, особенности циркуляции воздушных масс, стихийные гидрометеорологические явления);
•                 анализа и прогноза состояния акваторий морей и океанов (волнение, температура поверхности моря, сгонно-нагонные процессы у побережий);
•                 анализа пространственно-временного изменения состояния снежного покрова, влаго-запасов с целью прогноза произрастания сельскохозяйственных культур;
•                 анализа и прогноза условий для полетов авиации (балльность и высота верхней границы облачности, направление и скорость ветра на трех уровнях атмосферы, струйные течения, зоны турбулентности для летательных аппаратов, зоны развития активной конвекции в атмосфере);
•                 анализа и прогноза гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве, состояния ионосферы и магнитного поля Земли;
•                 мониторинга климата и глобальных изменений;
•                 обеспечения экологического контроля и охраны окружающей среды (экологический контроль в промышленных районах, выявление загрязнений снежного покрова);
•                 контроля чрезвычайных ситуаций (наблюдение районов чрезвычайных ситуаций с целью оценки последствий стихийных бедствий, аварий, катастроф и планирования мероприятий по их ликвидации, контроль возникновения и последствий лесных пожаров).

Интересной особенностью спутника Электро Л является возможность наблюдать снимки сделанные аппаратом, просто перейдя на сайт http://electro.ntsomz.ru/ . (Картинка № 4)

Космический комплекс «Ресурс-П» (Картинка № 5)

1. Производитель ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
2. Срок активного существования 5 лет.
3. Запуск 25.06.2013
4. Масса 6275 кг.

В составе орбитальной группировки ДЗЗ Роскосмоса работает космический комплекс «Ресурс-П», состоящий из трех космических аппаратов (КА). Комплекс предназначен для высокодетального, детального широкозахватного и гиперспектрального оптико-электронного наблюдения поверхности Земли и передачи данных по радиоканалу на наземные пункты приема информации.

Головной организацией-разработчиком космических аппаратов «Ресурс-П» является АО «РКЦ «Прогресс». Оператор космической системы — Научный центр оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы». Управление полетом космических аппаратов осуществляет Центр управления полётами (ЦУП).

Цели исследования и задачи

Космические аппараты серии «Ресурс-П» совместно с наземными пунктами приема информации образуют единую комплексную систему наблюдения. За счет глубокой интеграции технологий, реализованных при создании космического комплекса, возможности системы значительно выше возможностей трех автономно работающих аппаратов.

• «Ресурс-П» № 1 — 25 июня 2013 года
• «Ресурс-П» № 2 — 26 декабря 2014 года
• «Ресурс-П» № 3 — 13 марта 2016 года

(Картинка № 6)

Применение космического комплекса «Ресурс-П»

• исследование природных ресурсов;
• контроль загрязнения и деградации окружающей среды, выявление и изучение загрязнений окружающей среды, контроль водоохранных и заповедных районов;
• информационное обеспечение для поиска месторождений полезных ископаемых;
• оценка состояния ледовой обстановки;
• инвентаризация природных ресурсов для обеспечения рациональной деятельности в различных отраслях хозяйства;
• мониторинг чрезвычайных ситуаций;
• контроль состояния социально-экономической инфраструктуры;
• информационное обеспечение для проведения инженерных изысканий;
• создание и обновление кадастровых планов, топографических и навигационных карт;
• определение вида и состояния растительности, состав пленки загрязнений на поверхности воды, идентификация минералов, почв;
• обнаружение незаконных посевов наркосодержащих растений и контроль их уничтожения.

        Получаемая информация с космического комплекса «Ресурс-П» может использоваться для обеспечения запросов государственных и коммерческих заказчиков, а также в целях развития международного сотрудничества России в области контроля и охраны окружающей среды и решения других актуальных задач дистанционного зондирования Земли. (Картинка № 7)

        Космический комплекс «Канопус-В» (Картинка № 8)

1. Производитель Корпорация «ВНИИЭМ».
2. Срок активного существования 5 лет.
3. Первый запуск 22.07.2012
4. Масса 500 кг.
5. Мощность 300 Вт.

В составе орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли Роскосмоса работает космический комплекс «Канопус-В», предназначенный для получения панхроматических и многозональных изображений поверхности Земли в интересах обеспечения подразделений Госкорпорации «Роскосмос», МЧС России, Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды России, Российской академии наук, а также других ведомств и коммерческих потребителей оперативной информацией.

• «Канопус-В-ИК» — запущен 14 июля 2017 года
• «Канопус-В» № 3 — запущен 1 февраля 2018 года
• «Канопус-В» № 4 — запущен 1 февраля 2018 года
• «Канопус-В» № 5 — запущен 27 декабря 2018 года
• «Канопус-В» № 6 — запущен 27 декабря 2018 года

Головной организацией-разработчиком космических аппаратов «Канопус-В» является Корпорация ВНИИЭМ. Оператор космической системы — Научный центр оперативного мониторинга Земли «Российские космические системы». Управление полетом космических аппаратов осуществляет Центр управления полётами ЦНИИмаш.

Целевое использование космического комплекса «Канопус-В» осуществляется в соответствии с заявками потребителей на получение информации дистанционного зондирования Земли. Прием, обработка и распространение спутниковой информации выполняется центрами Роскосмоса и Росгидромета. Информация, получаемая со спутника, востребована российскими и зарубежными потребителями и используется для решения практических задач.

Технические решения, реализованные в «Канопус-В» обеспечивают международный уровень качества получаемой информации высокого разрешения, надежность и эффективность функционирования космического комплекса. (Картинка № 9)

Космический комплекс гидрометеорологического и океанографического обеспечения «Метеор-М» (Картинка № 10)

1. Производитель Корпорация «ВНИИЭМ».
2. Срок активного существования 3 года.
3. Первый запуск 10.12.2001
4. Масса 2476 кг.
5. Мощность 1200 Вт.

Предназначен для получения космической информации дистанционного зондирования Земли в интересах оперативной метеорологии, гидрологии, агрометеорологии, мониторинга климата и окружающей среды, мониторинга чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, проведения научных гелиогеофизических исследований, изучения состояния атмосферы в планетарном масштабе. Также одной из задач орбитального комплекса является сбор и передача гидрометеорологических данных от автоматических измерительных платформ различных типов (наземных, ледовых, дрейфующих).

Головной организацией-разработчиком космических аппаратов «Метеор-М» является Корпорация «ВНИИЭМ». Оператор космической системы — Научный центр оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы». Управление полетом космических аппаратов осуществляет Центр управления полетами (г.Королёв).

В составе орбитальной части космического комплекса «Метеор-3М» — три космических аппарата:

• «Метеор-М» № 1 — запущен 17 сентября 2009 года
• «Метеор-М» № 2 — запущен 8 июля 2014 года
• «Метеор-М» № 2-2 — запущен 5 июля 2019 года

Целевая информация с космических аппаратов «Метеор-М» успешно используется для различных видов мониторинга, в том числе мониторинга сельскохозяйственного землепользования, лесопользования (незаконные вырубки, лесовосстановление), лесных пожаров, паводковой ситуации, снежного покрова, ледовой обстановки, зарождения тайфунов, вулканической деятельности, обзорных наблюдений за облачностью по всей территории России и миру.

На основе данных аппаратов «Метеор-М» строятся обзорные и локальные карты облачности. Глобальные данные научных приборов позволяют отслеживать траектории перемещения тайфунов, которые относятся к опаснейшим явлениям природы. Данные о тайфунах используются для проведения судов рекомендованными курсами и своевременного оповещения населения. Специальные сообщения с координатами тропических циклонов передаются всем заинтересованным странам и организациям.

Бортовой информационный комплекс включает в себя:

Многоканальное сканирующее устройство малого разрешения предназначено для проведения широкозахватной трассовой съемки облачного покрова и подстилающей поверхности (в том числе, ледового покрова). Оно позволяет проводить многоканальную съемку на полосе захвата до 2800-2850 км с пространственным разрешением 1000 м.

Комплекс многоканальной спутниковой съемки среднего разрешения так же служит для получения многозональных изображений подстилающей поверхности в оптическом диапазоне на полосе 900 км с пространственным разрешением 60 или 120 м.

Бортовой радиолокационный комплекс «Северянин-М» предназначен для сканирования поверхности Земли в радиодиапазоне в целях обеспечения безопасности мореплавания, исследования ледового покрова, мониторинга наводнений, гидрометеорологического обеспечения сельскохозяйственного производства и т.д.

Радиометрическая аппаратура используется для температурно-влажностного зондирования атмосферы в СВЧ-диапазоне — применяется для раннего прогнозирования тайфунов и ураганов, составления вертикальных профилей температуры и влажности атмосферы и почвы и т.д.

На космическом аппарате «Метеор-М» № 2 установлен инфракрасный Фурье-спектрометр, предназначенный для получения профилей температуры и влажности в тропосфере и нижней стратосфере, а также для определения общего содержания озона в озоновом слое Земли.

Для контроля и прогнозирования радиационной обстановки, состояния магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы на космическом аппарате «Метеор-М» используется гелиогеофизический аппаратурный комплекс. (Картинка № 11)

Заключение

В 2013 году Роскосмос присоединился к деятельности Международной Хартии по космосу и крупным катастрофам. Для обеспечения его участия в деятельности Международной Хартии был создан специализированный Центр Роскосмоса по взаимодействию с Хартией и МЧС России. Федеральным, региональным и местным органам исполнительной власти для обеспечения государственных нужд материалы космической съёмки первого уровня стандартной обработки (космические изображения, прошедшие радиометрическую и геометрическую коррекцию) предоставляются на безвозмездной основе.

Вывод.  Совершенствование методов   КЗЗ  является особенно актуальными в  ХХI веке в эпоху глобальных техногенных изменений в окружающей среде и является неотемлемой частью  каждой ступени экологического мониторинга - это наблюдение, оценка состояния и прогноз возможных изменений. Оценка масштабов экологических катастроф и помощь в их быстрой ликвидации.

Список литературы:

1. Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Дистанционное зондирование земли.

Дистанционное зондирование Земли — Википедия

2. Сайт госкорпорации “Роскосмос”.

Дистанционное зондирование Земли - Госкорпорация «Роскосмос»

3. Сайт спутника Электо-Л “Планета за последние сутки”

Электро-Л / Земля из космоса, снимки со спутника Электро-Л .

4. Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ресурс-П.

Ресурс-П

5. Сайт РКС “Российские космические системы”.

Российские космические системы — Лидер космического приборостроения России

6. Сайт спутника Канопус-В

Космический комплекс «Канопус-В» - Госкорпорация «Роскосмос»

7. Сайт спутника Метеор-М

Космический комплекс «Метеор-3М» - Госкорпорация «Роскосмос»