А.Л. Чуркин

В последнее десятилетие диапазон космических заинтересованностей ФГУП «НПП ВНИИЭМ» существенно расширился. В сферу деятельности предприятия на данный момент входят задачи всего тематического спектра дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ): от научного изучения планеты и окружающего космического пространства до мониторинга и картографии ЧС.

Наряду с этим ФГУП «НПП ВНИИЭМ» не забывает про одно из собственных классических направлений ДЗЗ: гидрометеорологию, и, опять-таки традиционно, не останавливается на достигнутом. Параллельно с отладкой и развёртыванием космического комплекса (КК) «Метеор-3М» начата разработка КК «Метеор-МП» — комплекса нового, четвертого (следующего по окончании «Метеор-3М») поколения (рис. 1).

Рис.1. Гидрометеорологический космический аппарат «Метеор-МП»

В 2010 г. создан и защищен эскизный проект КК «Метеор-МП», а 17 февраля 2011 г. предприятие взяло право на продолжение работ по созданию КК. В течение последних лет, на фоне создания космической совокупности (КС) «Метеор-3М», в рамках НИР, системных проектов и др., ФГУП «НПП ВНИИЭМ» в кооперации при научно-техническом сотрудничестве с ФГУП «ЦНИИМАШ» и ГУ «НИЦ «Планета» исследовались вероятные и средства модернизации и целесообразные направления КС гидрометеорологического и океанографического обеспечения. Данные исследований в полной мере коррелируются с техническим заданием на ОКР «Метеор-МП».

Эскизный проект демонстрирует, что при создании российского гидрометеорологического и океанографического КК нового поколения главными задачами будут являться:

• расширение рабочих спектральных диапазонов, повышение количества спектральных каналов и увеличение метрических особенностей информационной аппаратуры в рвении к современным интернациональным требованиям;
• создание последовательности принципиально новых для русского космического приборостроения информационных устройств, основанных на снова осваиваемых способах ДЗЗ и атмосферы;
• увеличение пропускной свойстве радиоканалов передачи целевой информации (включая освоение новых радиочастотных диапазонов), при сохранении задачи применения существующих наземных приемных применения и средств интернациональных форматов и частот передачи данных;
• совершенствование координатно-временной привязки целевой информации, автоматизации наземной первичной и стандартной вторичной обработки;
• рациональное распределение информационных устройств по отдельным космическим аппаратам (КА), снабжающее взаимное дополнение и сочетаемость видов в один момент приобретаемой информации; электромагнитную и геометрическую совместимость аппаратуры на борту КА; мощности средств и оптимальную загрузку радиоканалов электроснабжения КА и пр.;
• оптимизацию баллистического построения орбитальной группировки с целью увеличения периодичности обзора средствами глобального наблюдения с ограниченного количества КА; и сбалансированного сочетания полос обзора, радиометрических свойств и пространственного разрешения разной информационной аппаратуры на одном борту;
• увеличение срока активного существования (САС) информационной аппаратуры и КА в целом до оптимальных значений;
• рациональный подход к комплектации русских КА гидрометеорологического и океанографического КК посредством планируемого применения информации вторых КК ДЗЗ.

По формальным показателям делаемой разработки в соответствии с федеральной космической программой для КК «Метеор-МП» сохраняется состав своевременной орбитальной группировки совокупности: три КА на солнечно-синхронных орбитах (ССО) с океанографической специализацией третьего; по главным позициям сохраняется состав информационных устройств. Наряду с этим часть задач уточняется и дополняется, вводятся новые.

Но, по окончании защиты эскизного проекта, госзаказчиком уточнено: в связи со большим числом снова вводимых и значительно модернизируемых устройств два своевременных гидрометеорологических КА обязан предварять КА, намерено создаваемый для летно-конструкторских опробований; а для своевременного восполнения группировки в будущем предусматривается изготовление одного резервного гидрометеорологического КА. Так, в целом работа предусматривает создание пяти аппаратов.

В случае если приборный состав КА для исследований и океанографических наблюдений еще уточняется, то комплекс информационной аппаратуры гидрометеорологических КА фактически согласован:

• многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР);
• инфракрасный Фурье-спектрометр (ИКФС);
• спектрометр для определения газового состава воздуха (СА);
• модуль температурно-влажностного зондирования воздуха (МТВЗА);
• комплекс многозональной спектральной съемки среднего разрешения (КМСС);
• гидрометеорологический бортовой радиолокационный комплекс (МБРЛК);
• аппаратура радиопросвечивания атмосферы (АРМА);
• передачи и системы бортовой радиокомплекс сбора данных (БРК ССПД);
• гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК);
• бортовая информационная совокупность (БИС).

Не обращая внимания на совпадение наименований большинства устройств с наименованиями их предшественников, во многих случаях это как следует новая аппаратура, создаваемая с участием, как классической, так и снова завлекаемой кооперации ФГУП «НПП ВНИИЭМ».

МСУ-МР. Его «однофамильцев» с КА «Метеор-М» №№ 1 и 2 (6 спектральных каналов, пространственное разрешение 1 км), не обращая внимания на сохранение назначения (глобальная съемка облачности, поверхности Почвы, мирового океана, в т. ч. ледового покрова на освещенной и теневой сторонах Почвы), затруднительно назвать кроме того прототипами МСУ-МР КК «Метеор-МП». Новый прибор будет владеть 17 спектральными каналами в видимом и инфракрасном (ближнем, тепловом диапазонах и) среднем спектра.

Увеличивается (до 500 м) пространственное разрешение, постоянно совершенствуются радиометрические характеристики. Для российской космической метеорологии создается прибор вправду нового поколения.

Ближайшими зарубежными аналогами разрабатываемого устройства являются два американских прибора: функционирующая на данный момент сканирующая спектрометрическая камера MODIS и разрабатываемый для КА NPOESS радиометр VIIRS.

ИКФС. Фурье-спектрометр обязан снабжать ведение глобального мониторинга воздуха и подстилающей поверхности в ИК-диапазоне спектра чтобы получить профили температуры в нижней стратосфере и тропосфере, профилей влажности в тропосфере, определения малых и общего содержания озона газовых компонент, и температуры подстилающей поверхности.

Русский прототип прибора — ИКФС-2 для КА «Метеор-М» №2, запуск которого намечен на 2012 г. К сожалению, ИКФС-2 по последовательности главных черт уступает западным примерам: удачно функционирующему Фурье-спектрометру IASI (Infrared Atmospheric также ) европейского спутника MetOp и разрабатываемому для американских КА NPOESS Фурье-спектрометру CrIS (Cross-track Infrared Sounder). При разработке Фурье-спектрометра для КК «Метеор-МП» (ИКФС-3) ставится задача обеспечить уровень качества выходных данных, сравнимое с данными IASI и СrIS и удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к перспективным устройствам. Анализ технических требований и задач стал причиной необходимости применения многоплощадочного фотоприемника: для обеспечения нужных значений обнаружительной способности во всем спектральном диапазоне, он разбивается на 3 поддиапазона, каждому из которых соответствует собственный тип фотоприемника.

Характеристики прибора ИКФС-3 выбраны и обоснованы с учетом требований Глобальной метеорологической организации: спектральный диапазон ?l=3,7?15 мкм; спектральное разрешение Dn?? 0,1?0,2 см–1; погрешность измерения спектральной яркости (при l=12 мкм и T=300 К)  ? 0,3 К.

СА. Спектрометр для определения газового состава воздуха (либо спектрометр воздуха) обязан снабжать определение тропосферных и стратосферных аэрозолей и газовый состав воздуха. В зарубежной космической технике существует последовательность устройств подобного назначения. самый полным прототипом есть спектрометр SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption spectrometer for Atmospheric Cartography), функционирующий на борту европейского КА Envisat с 2002 г.

Отечественное космическое приборостроение пока не может похвалиться заданным в техническом задании спектрометром, перекрывающим диапазон от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, и делающим как надирные, так и лимбовые наблюдения. Создание СА предполагает участие в разработке кооперации нескольких ближнего зарубежья и предприятий России.

Практически, СА будет воображать собой аппаратурный комплекс для наблюдения в восьми спектральных каналах: UV1, UV2 — ультрафиолетовые; VIS1, VIS2, VIS3 — каналы видимого диапазона; NIR1, NIR2, NIR3 — каналы ближнего инфракрасного диапазона. Наблюдение ведется в один момент во всех спектральных диапазонах. Прибор регистрирует рассеянное и отраженное от воздуха солнечное излучение с довольно высокой разрешающей свойством (0,25?0,5 нм) в спектральной области 240?1700 нм и выборочно — в области 2000?2400 нм, что разрешит найти многие аэрозоли и атмосферные газы кроме того в минимальной концентрации.

МТВЗА. Модуль температурно-влажностного зондирования воздуха обязан снабжать ведение глобального мониторинга воздуха и подстилающей поверхности в микроволновом диапазоне спектра для получения вертикального профиля температуры воздуха, профиля влажности воздуха, определения интегральных параметров воздуха и подстилающей поверхности, для диагностики геофизических процессов в совокупности океан-воздух.

Разные модификации прибора МТВЗА уже много раз выводились на орбиту на российских и украинских КА («Метеор-3М», «Метеор-М», «Сiч»). По главным характеристикам МТВЗА отвечает нужным требованиям для ответа задач по восстановлению метеорологических параметров воздуха и подстилающей поверхности, и не уступает зарубежным аналогам. Однако, прибор совершенствуется .

В варианте для КК «Метеор-МП» модуль под рабочим наименованием МТВЗА-ГЯ-М обязан делать зондирование в 30 каналах диапазона рабочих частот от 6,9 до 200 ГГц. В первый раз предлагаемые в рамках данного проекта СВЧ-поляриметры МТВЗА-ГЯ-М, разрешают решать дополнительные задачи метеорологического обеспечения потребителей (направления ветра и определение скорости).

КМСС.  Комплекс многозональной спектральной съемки среднего разрешения обязан снабжать проведение локальной съемки на освещенной стороне подстилающей поверхности. КМСС не есть хорошим гидрометеорологическим прибором, а ориентирован на исполнение региональных наблюдений подстилающей поверхности, например, на мониторинг природных ЧС (разливы рек, наводнения, пожары и т. п.) Если сравнивать с прототипом на КА «Метеор-М», к КМСС повышены требования по количеству спектральных каналов (6 каналов в видимом диапазоне) и полосе захвата (1000 км) при пространственном разрешении ~ 80 м. Для исполнения требований комплекс состоит не из трех (как прежде), а из четырех съемочных камер.

Ближайший зарубежный аналог —  DMC MSI разработки SSTL (Англия), кроме этого представляет собой многокамерный комплекс. В его составе шесть однотипных модулей — оптико-электронных головок,  установленных на едином V-образном кронштейне.

МБРЛК.  Как и КМСС, радиолокационный комплекс есть сеансной аппаратурой и ориентирован на региональные (но — локационные) наблюдения подстилающей поверхности, включая мониторинг ледовой обстановки. Прототип МБРЛК — создаваемый для КА «Метеор-М» №3 БРЛК X-диапазона «ЭЛСАР-1» на базе радиолокатора с активной фазированной решеткой (АФАР) — более многорежимный и более сложный БРЛК.

Его метеорологическая модификация будет заключаться в основном в сокращении количества режимов при улучшении эксплуатационных черт.

Учитывая, что АФАР может употребляться в разных режимах, с выговором на особенности, более ответственные в данном тематическом применении, в гидрометеорологических КА «Метеор-МП» будет пользуется спросом не детальная кадровая съемка, а широкая (750 км) полоса захвата, формируемая из многих парциальных кадров — так называемый способ «ScanSAR». Практически, предусматривается работа лишь в двух режимах: с пространственным разрешением 400 м и 1000 м. Наряду с этим обеспечиваются высокие радиометрические характеристики: разрешение 0,64 дБ (для 400 м) и 0,33 дБ (для 1000) при шумовом эквиваленте минус 32 дБ и минус 35 дБ соответственно. В режиме 1000 м обеспечивается синтез радиолокационных изображений на борту в настоящем масштабе времени.

Еще одно преимущество применения АФАР в этом случае содержится в наименовании РСА (радиолокатор с синтезированной апертурой). Учитывая бессчётный сложность и приборный состав конструктивного построения КА «Метеор-МП» сокращение физической апертуры МБРЛК есть очень актуальной задачей.

АРМА.  Аппаратура радиомониторинга (либо, правильнее, радиопросвечивания) атмосферы обязана снабжать определение атмосферного давления и температуры атмосферы способом радиозатменного мониторинга сигналов навигационных КА. Способ основан на измерении параметров (частоты, фазы, амплитуды) навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС, GPS и Galileo на их восходе либо закате за земной горизонт (наблюдение через воздух), сравнении этих значений с «чистыми» (принятыми в зените) сигналами и определении состояния воздуха по степени искажения сигналов.

Если сравнивать с аппаратурой радиомониторинга, создаваемой для КА «Метеор-М» №3, в АРМА КК «Метеор-МП» предусматриваются дополнительные возможности, которые связаны с определением особенностей не только атмосферы, но и подстилающей поверхности по чертям отраженных от нее сигналов навигационных спутниковых совокупностей. В частности, определение статистических черт взволнованной скорости ветра и поверхности океана над морем из измерений ширины доплеровского спектра отраженного сигнала при малых углах скольжения.

БРК ССПД.  передачи и системы Бортовой радиокомплекс сбора разрешённых должен обеспечивать сбор гидрометеорологических данных от наземных, ледовых, дрейфующих автоматических измерительных платформ и передачу этих данных потребителю.

Если сравнивать с аппаратурой БРК ССПД, функционирующей на КА «Метеор-М», для увеличения оперативности, кроме яркой передачи данных на наземные приемные пункты, на КА «Метеор-МП» предусматривается ретрансляция собранных данных через геостационарный КА «Электро-Л». Наряду с этим задержка передачи потребителю гидрометеорологической информации, собранной КК «Метеор-МП» кроме того в полярных районах составит не более 30 мин.

ГГАК.  Гелиогеофизический аппаратурный комплекс рекомендован для измерения спектров и потоков космических частиц. В КК «Метеор-МП» перед комплексом ГГАК поставлен намного более широкий круг задач гелиогеофизического обеспечения, чем в КК «Метеор-3М».

Большая часть этих задач относятся к разряду наблюдений за «космической погодой» и тахогенными действиями на ОКП; для реализации задач предусмотрен обновленный комплекс из четырех интерфейсного блока и различных датчиков.

БИС.   Учитывая только высокую суммарную информативность бортовой информационной аппаратуры КА, назначение датчиков и разнообразный характер, и интернациональные обязательства, для передачи целевой информации будет употребляться широкий комплект радиоканалов (табл. 1).

Таблица 1

Черта радиоканалов для передачи целевой информации

Помимо этого, планируется применение ретрансляционного канала через геостационарный КА «Луч-4» со скоростью 300 Мбит/с. С КА «Метеор-МП» информация через бортовой лазерный терминал будет передаваться в оптическом диапазоне на КА «Луч-4», конвертироваться в Ku-радиодиапазон и отправляться на наземную приемную станцию.

В целом нужно подчернуть, что фактически по всем своим чертям создаваемый комплекс соответствует лучшим современным зарубежным примерам, отвечает требованиям Глобальной метеорологической организации и вправду будет новой ступенью в отечественном космическом приборостроении.

Швабе разработал фотоприемник для космического аппарата Метеор-МП nanonews 2011

Подобранные по важим запросам, статьи по теме:

• Космический радарный мониторинг смещений земной поверхности на территории города караганды

  Д.В. Мозер (КарГТУ, Казахстан) В 2001 году окончил Карагандинский национальный технический университет (КарГТУ) по профессии «маркшейдерское дело». На…

• Опыт использования космических технологий для нужд сельского хозяйства ставропольского края

  С.А. Антонов (Ставропольский НИИСХ) Окончил Ставропольский национальный университет, по профессии «информатик-географ». На данный момент — зав….

• Комплексы приема информации с российских спутников дзз

  Р.Б. Шевчук Совокупности передачи целевой информации с космических аппаратов (КА) ДЗЗ, включающие в свой состав бортовые и наземные средства приема,…

• Использование орбитальных группировок ка дзз в интересах картографирования территории россии

  В.П. Седельников, Е.Л. Лукашевич В соответствии с Федеральной космической программой России на период до 2015 г. предполагается значительное повышение…

• Решение вопросов космического мониторинга лесных гарей в комплексных пакетах envi и arcgis

  Э.А. Курбанов, О.Н. Воробьев, С.А. Лежнин, Ю.А. Полевщикова ВВЕДЕНИЕ Экологические, экономические и социальные последствия лесных пожаров 2010 г.,…

• Разработка систем прогнозирования чрезвычайных ситуаций на базе гис

  С. А. Митакович Разбирая эволюцию развития ГИС, возможно выделить пара значимых этапов: переход к многопользовательским совокупностям, значительное…