Кандидат географических наук Нина НОВИКОВА, начальник Научного центра оперативного мониторинга Земли Российского научно-исследовательского института космического приборостроения, кандидат физико-математических наук Леонид ПАХОМОВ, начальник отдела, кандидат технических наук Лариса ПЕРМИТИНА, начальник сектора

Во второй половине XX в. к аэрофотосъемке как инструменту наблюдения за поверхностью нашей планеты добавилось мощное средство - автоматическая съемка с космических платформ. Благодаря высокому пространственному и временному разрешению она играет теперь первостепенную роль в дистанционном зондировании Земли.

Сегодня трудно найти отрасль экономики, где не применяли бы данные космических снимков*. На их основе в нашей стране с 1972 г. создают геоинформационные системы, карты различного содержания и масштаба, цифровые модели рельефа, земельные кадастры, ведут мониторинг суши и Мирового океана, контролируют состояние природных и техногенных объектов и т. д.

Съемки осуществляют с космических аппаратов (КА), движущихся по круговым или эллиптическим орбитам разной высоты. Например, для изучения природных ресурсов их запускают на круговые приполярные солнечно-синхронные орбиты высотой 300 - 1000 км (называются они так потому, что обеспечивают постоянство местного солнечного времени съемки). Чем выше орбита,

* См.: В. Сенкевич. Российская космонавтика на рубеже веков. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред.).

тем шире охват обследуемой территории, но меньше масштаб снимков, т. е. грубее пространственное разрешение на местности. Последний показатель определяется минимальным размером контрастного объекта на поверхности Земли, который можно обнаружить. Различают цифровые космические снимки низкого (1 км и более), среднего (50 - 200 м), высокого (2 - 10 м) и детального (менее 2 м) пространственного разрешения.

Съемку обычно выполняют в безоблачные дни. И чем выше Солнце, тем значительнее контраст между освещенными и затененными сторонами ландшафта. При высоте светила более 30° общий вид изображений яркий и пестрый, при высоте менее 15° - контраст между тонами ослабевает. При уменьшении освещенности земной поверхности и появлении атмосферной дымки качество изображений ухудшается. Совсем неприемлемые условия создает облачность - она обладает экранирующими свойствами, поэтому при планировании съемок очень важен надежный прогноз ее распределения по трассе полета КА.

Создание и эксплуатация средств дистанционного зондирования Земли в нашей стране - один из важных разделов Федеральной космической программы. Формирует и реализует ее Роскосмос совместно с Росгидрометом, Рос картографией, РАН, министерствами природных ресурсов, чрезвычайных ситуаций, обороны и др. В самом же Роскосмосе целевое использование указанных космических средств возложено на Научный центр оперативного мониторинга Земли.

Первым директором Центра был доктор технических наук Алексей Волков (1943 - 2002) - он сплотил вокруг себя коллектив высококвалифицированных специалистов, создавших технические и программно-аппаратные средства применения КА дистанционного зондирования нашей планеты, приема, обработки, каталогизации, архивации и распространения информации.

Ныне мы располагаем значительным фондом данных - они представлены в электронном каталоге Роскосмоса. Доступ к нему открыт любому заинтересованному пользователю Интернета (www.ntsomz.ru). Важно, что банк пополняется с 1992 г. и включает в себя снимки с КА гражданского и двойного назначения. Заказчикам предлагаются оперативные, а также архивные данные различного пространственного разрешения, полученные с российских аппаратов "Метеор",

Акватория Керченского пролива после шторма 11 - 19 ноября 2007 г.

На водной поверхности видны участки высокой концентрации нефтепродуктов. 25.11.2007 г.

Определение координат судна, затонувшего в Керченском проливе. 19.11.2007 г.

"Ресурс-О1", "Океан", "Монитор-Э", "Енисей", "Комета", "Аркон", "Ресурс-ДК" и зарубежных "NOAA", "Terra", "Aqua" (США) и др.

На сегодня основу работы Центра составляет информация, получаемая с запущенного на орбиту в 2006 г. КА "Ресурс-ДК1", созданного в Государственном научно-производственном ракетно-космическом центре "ЦСКБ-Прогресс" (город Самара). Он передает изображения земной поверхности в панхроматическом диапазоне с разрешением 1 м и в трех узких спектральных интервалах (каналах) с разрешением 2 - 3 м в масштабе времени, близком к реальному. Съемка в узких диапазонах (синий, красный, ближний инфракрасный) позволяет синтезировать из трех одно псевдоцветное изображение, а использование черно-белых изображений отдельных диапазонов - дешифровать различные объекты окружающей среды (типы растительности, леса, загрязнения на воде, почве и т. п.) и решать различные тематические задачи. По своим характеристикам "Ресурс-ДК1" сопоставим с зарубежными аналогами, а по полосе захвата (до 40 км) с учетом высокого детального разрешения превосходит их.

Попутно на "Ресурсе-ДК1" проводятся научные и прикладные эксперименты. Так, установленная на нем итальянская аппаратура "Памела" предназначена для исследования античастиц ядерного и электрон-позитронного состава первичных космических лучей, а российская аппаратура "Арина" обеспечивает регистрацию высокоэнергичных электронов и протонов, их идентификацию, выделение всплесков высокоэнергичных частиц - предвестников землетрясений.

Информация с КА "Ресурс-ДК1" предназначена прежде всего для решения государственных задач: создания и обновления карт и кадастров, мониторинга природных и техногенных объектов и связанных с ними катастроф локального и регионального уровня.

Оценка последствий землетрясения, произошедшего 2 августа 2007 г. на Сахалине, и мониторинг восстановительных работ в южной части города Невельска:

a - снимок 06.08.2007 г.;

b - 06.10.2007 г.

Центр выполняет также тематическую обработку изображений. В его активе - мониторинг землепользования (оценка состояния сельскохозяйственной растительности, прогноз урожайности, картирование и оценка состояния почв, контроль сельхозработ); наблюдение за лесами (выявление очагов пожаров, оценка выгоревших площадей, инвентаризация лесного фонда*); обследование шельфовых зон и водных поверхностей** (картирование температуры, выявление гидрохимических загрязнений, оценка состояния снежного и ледяного покрова). А еще мониторинг речных и пойменных затоплений (контроль объемов воды и расчет уровней, определение площадей пострадавших сельхозземель, оценка последствий); изучение ледовой обстановки и состояния ледового покрова на внешних и внутренних морях России; эколого-геологический мониторинг (вблизи промышленных объектов и мегаполисов, районов нефте- и газодобычи, трасс продуктопроводов***, уточнение структурно-геологических карт для поиска полезных ископаемых и оценки сейсмической опасности, наблюдение зон катастроф и чрезвычайных ситуаций).

Пример практического применения технологий дистанционного зондирования Земли - материалы, полученные в ноябре 2007 г., когда с "Ресурса-ДК1" была проведена съемка района катастрофы в Керченском проливе, где в результате штормового ветра и волнения моря 11 - 12 ноября затонули четыре судна и получили повреждения два танкера. По данным МЧС в море вылилось около 1,3 тыс. т мазута. В результате анализа в акватории пролива и на побережье выявлены четко выделяющиеся на фоне морской воды мазутные пятна размерами от 5 до 250 м. Было определено точное местоположение разломившегося на две части затонувшего танкера "Волгонефть-139", а 19 ноября 2007 г. зафиксирована откачка мазута из его кормовой части в другой танкер.

Съемки "Ресурса-ДК1" от 6 августа 2007 г. позволили оценить последствия землетрясения, произошедшего в южной части острова Сахалин 2 августа 2007 г., в наиболее пострадавшем городе Невельске. Часть поврежденных жилых и общественных зданий после катастрофы была снесена и на их месте оперативно начаты строительные работы, что подтверждается данными от 6 октября 2007 г.

Еще один пример использования космических снимков в оценке кризисных ситуаций - затопление в Амурской области в июле 2007 г. После проливных дождей и переполнения водохранилища Зейской ГЭС начался сброс воды, что привело к частичному подтоплению населенных пунктов ниже по течению реки Зея (город Зея, поселок Овсянка). По данным детального разрешения, полученным с орбиты 25 июля 2007 г., было проведено обследование пострадавших территорий для принятия решений по экстренной организации спасательных работ.

Рассматриваемые методы будут актуальны и при подготовке к Олимпиаде 2014 г. в городе Сочи. На основе космической съемки можно планировать прокладку автодорог, электросетей, трубопроводов, линий связи, гидротехнических сооружений, проектировать горнолыжные и санно-бобслейные трассы, оценивать экологическую обстановку в районе строительства и контролировать его ход, создавать паспорта сооружаемых объектов. А в дни самой Олимпиады снимки с КА можно использовать для оценки загруженности автодорог, других транспортных объектов и терминалов, для обеспечения безопасности участников и гостей от диверсионных актов, контроля лавино-сейсмоопасных участков.

Одно из приоритетных направлений Центра - создание системы прогнозирования землетрясений на основе мониторинга и контроля их предвестников. Разработки

* См.: В. Сухих, В. Жирин. Из космоса леса видны лучше. - Наука в России, 2007, N 3 (прим. ред.).

** См.: Спутниковое зондирование прибрежных зон. - Наука в России, 2008, N 3 (прим. ред.).

*** См.: В. Резуненко и др. Аэрокосмический мониторинг - нефтяникам и газовикам. - Наука в России, 2002, N 6 (прим. ред.).

Мониторинг наводнения на реке Зея (Амурская область):

a - Зейская ГЭС;

b - автодорога Александровка-Николаевка.

25.07.2007 г.

наших ученых в этом направлении подтверждены на практике, о чем свидетельствует пример из недавнего прошлого. 20 февраля 2008 г. на острове Суматра (Индонезия) произошло мощное землетрясение. Имелись жертвы и разрушения. Высокая вероятность этих трагических событий нами была спрогнозирована. Начиная с 12 декабря 2007 г. наши специалисты, эксперты и аналитики внимательно отслеживали геофизическую обстановку в Суматрано-Яванской зоне. Результаты регулярно выставляли на сайте Центра (14, 20, 27 декабря 2007 г., 1 и 8 февраля 2008 г.). Информацию о возможном мощном землетрясении мы официально передали в конце декабря коллегам из Национального космического агентства Индонезии. Подали заявку в Сейсмосовет России. Прогноз 4 раза продлевали, причем параметры вероятных толчков изначально определили с приемлемой точностью - магнитуду 7,4 уточнили по космическим снимкам.

Еще один аспект деятельности нашего Центра - разработка и эксплуатация бортовых информационно-измерительных аппаратурных комплексов для мониторинга околоземного космического пространства. Например, на российском КА "Метеор-3М" N 1 были установлены гелиогеофизические аппаратурные комплексы, с помощью которых информация оперативно передавалась в соответствующую службу Росгидромета для обработки и анализа. Цель - обеспечение органов управления, Вооруженных сил РФ и населения прогнозами солнечной активности, радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве, состояния магнитосферы, ионосферы и условий распространения радиоволн, а также диапазонов применимых частот на конкретных радиотрассах, выдача экстренной информации о возникновении опасных ситуаций, связанных с аномальными явлениями.

Аналогичные комплексы предложены также для отечественных перспективных аппаратов "Метеор-М" и "Электро-Л", планируемых к запуску в 2008 г.* Создание бортовой аппаратуры для них ведется в тесном сотрудничестве с ведущими конструкторскими организациями космической отрасли.

* См.: О. Закутняя. Космический мониторинг Земли. - Наука в России, 2008, N 2 (прим. ред.).

Мониторинг строительства олимпийских объектов в городе Сочи, Красная поляна, подъемник горнолыжной трассы:

a - вырубка леса под строительство новых горнолыжных трасс, 30.07.2007 г.;

b - увеличение площади вырубок, 29.08.2007 г.

Мониторинг строительства олимпийских объектов (аэропорт "Адлер"). 18.02.2007 г.

Наш Научный центр имеет многолетний опыт сотрудничества с зарубежными специалистами и активно участвует в проектах, касающихся наблюдений за Мировым океаном, окружающей средой и Землей в целом. Речь идет, например, о такой международной программе, как GMES-Russia (Глобальный мониторинг окружающей среды и безопасность), осуществляемой по заказу Еврокомиссии и обеспечивающей России возможность интегрироваться в мировую систему мониторинга Земли. Другой пример - комплексный проект "Мониторинг лесов" Европейского космического агентства. Важны программы наблюдений и моделирования климата Арктики, в которых участвуют десятки стран. Не менее значимы проекты контроля морских нефтяных загрязнений на Черном, Каспийском, Карском, Баренцевом морях, а также мониторинга нефте- и газопроводов (OSCSAR - с участием Норвегии, России, Франции, Украины; ERUNET - Италии, России, Франции, Украины; MONRUK - России, Казахстана, Украины; DEMOSSS - Норвегии, Франции, Германии, России, Украины). В рамках совместного проекта НАСА (США) и Роскосмоса Центр принимал информацию с американской аппаратуры "Сейдж-3", установленной на российском КА "Метеор-3М" N 1.

Реализация Федеральной космической программы предусматривает наращивание орбитальной группировки дистанционного зондирования Земли, а также совершенствование наземной инфраструктуры. В связи с этим Центр планирует ввести в строй несколько новых аппаратно-программных комплексов. Они позволят получать и обрабатывать снимки с запланированных к запуску в ближайшие годы космических аппаратов "Электро-Л", "Метеор-М", "Коронас-Фотон", "Канопус-Вулкан", "Ресурс-П", "Аркон".

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: