Cпутниковая группировка дистанционного зондирования Земли среднего разрешения с высокой оперативностью получения информации (быстрого развертывания)
Проект направлен на решение проблем доступа России к оперативной спутниковой информации, включающей спутниковые снимки поверхности планеты в оптическом и инфракрасном диапазоне.
В данный момент Российская Федерация не обладает независимой системой поставляющей информацию среднего разрешения с достаточной степенью оперативности.
- КА «Ресурс-ДК1» (разработан ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс») — работает за пределами расчетного ресурса.
- КА «Ресурс-П» (разработан ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»).
- КА «Метеор-М» №1 (разработан ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ») — по информации из открытых источников эксплуатируется с ограничениями из-за дефектов бортовой аппаратуры.
- КА «Электро-Л» №1 (разработан ФГУП «НПО им. С.А.Лавочкина») — является спутником гидрометеорологического обеспечения низкого разрешения, работает на геостационарной орбите и не способен наблюдать полярные регионы. Вышел из строя.
- КА «Канопус-В» №1 (разработан ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ»).
КА МКА-ФКИ (ПН1) «Зонд-ПП» — российский малый спутник дистанционного зондирования земли, разработанный в НПО им. Лавочкина — на сегодняшний день прекратил работу.
КА «Кондор» предоставляет данные только в микроволновом диапазоне спектра.
Также в состав российской спутниковой группировки входят аппараты системы предупреждения о ракетном нападении и военные спутники оптической разведки, однако получение снимков с военных аппаратов для гражданских пользователей крайне затруднено.
Таким образом, у российских организаций и частных лиц практически отсутствует возможность получения с высокой оперативностью спутниковой информации среднего разрешения.
Большинство отечественных пользователей и организаций, в данный момент вынуждено покупать снимки, предоставляемые западными спутниковыми операторами. Стоит особо подчеркнуть, что предоставление подобной информации занимает недели или даже месяцы. Данная ситуация неприемлема при решении таких задач, как слежение за незаконными вырубками леса, контроль ледовой обстановки или лесных пожаров. Следует отметить, что для обеспечения глобальных стратегических интересов России требуется информация не только по всей территории нашей страны, но и по другим регионам земного шара.
Решение и инновационность подхода
Проблема высокооперативного доступа России к спутниковой информации среднего разрешения в данном проекте решается за счет развертывания спутниковой группировки принципиально нового типа с большим количеством малых космических аппаратов. Использование солнечно-синхронной орбиты с большим наклонением позволяет охватить полярные регионы нашей планеты.
Инновационность подхода:
- Вместо одного тяжелого спутника ДЗЗ, предлагается использовать «облако» из 28-и легких (до 100 кг) микроспутников. Достигается серьезное снижение стоимости за счет таких факторов, как:
- Унификация космических аппаратов группировки — для создания и тестирования всех спутников используется одинаковая производственная и стендовая база. Алгоритмы управления, протестированные на одном аппарате серии, используются на всех аппаратах группировки.
- Для создания микроспутников используются серийные коммерческие электронные компоненты (класса Military).
- Вывод всей спутниковой группировки может осуществляться как одной ракетой легкого класса, так и по частям — в качестве попутной нагрузки. Данный подход позволяет сократить затраты на развертывание системы и повышает общую надежность вывода системы в космос. Следует отметить, что второй вариант выведения (в качестве попутной нагрузки) потребует выбора времени старта таким образом, чтобы все аппараты системы оказались в одной или близких орбитальных плоскостях. В случае если это невозможно, конфигурация системы может быть пересмотрена.
- В спутниковой группировке предполагается использовать лазерную связь для передачи информации по следующим направлениям:
- спутник — спутник;
- спутник — Земля – спутник.
- Для разведения аппаратов по орбите предлагается использовать стационарные плазменные двигатели типа СПД-35 производства ОКБ «Факел». Использование электроракетных двигателей малой тяги обеспечивает большой запас характеристической скорости для каждого аппарата, что позволяет использовать гибкий подход к выбору параметров орбиты. Использование СПД позволяет применить спутниковую платформу (после модернизации) для полетов к телам Солнечной системы — таким как Луна и астероиды, сближающиеся с Землей.
- Большая отказоустойчивость системы обеспечивается:
- за счет использования большого количества аппаратов — потеря одного, двух, трех, четырех и более аппаратов не приведет к отказу всей системы, она сможет выполнять свои задачи;
- использованием специальной радиационной защитной компоновки аппаратов и специальных алгоритмов;
- резервированием основных функций как на программном, так и на аппаратном уровне.
Таким образом, спутниковая группировка способна переносить как воздействие космической радиации, так и воздействие возможного оружия потенциального противника.
Описание базовой технологии
Спутниковая группировка состоит из 28-и легких (до 100 кг) микроспутников.
- В основе каждого КА лежит микроспутниковая платформа собственной разработки, состоящая из следующих компонентов:
- Электронно-оптическая система — объектив с электронной матрицей для захвата изображений.
- Система лазерной связи для передачи информации по следующим направлениям: спутник — спутник, спутник — Земля, Земля — спутник. Таким образом, достигается высокая оперативность получения информации — спутники, находящиеся на другой стороне Земли, способны по цепочке аппаратов передать необходимые данные в течение нескольких секунд. Предлагаемая схема лазерной связи с космической группировкой значительно уменьшает количество приемных станций на Земле, что снижает общую стоимость спутниковой системы. Более того, за счет использования лазерной связи «спутник — спутник» возникает возможность управления каждым аппаратом независимо от его расположения на орбите. На первой стадии проекта необходимо уточнить количество необходимых наземных приемных станций.
- Бортовая система электропитания — солнечные панели.
- Бортовой компьютер.
- Стационарные плазменные двигатели типа СПД-35 производства ОКБ «Факел» будут использоваться для разведения аппаратов группировки по орбите. Использование электроракетных двигателей малой тяги обеспечивает большой запас характеристической скорости для каждого аппарата, что позволяет использовать гибкий подход к выбору параметров орбиты. Использование СПД позволяет применить спутниковую платформу (после модернизации) для полетов к телам Солнечной системы – таким как Луна и астероиды, сближающиеся с Землёй.
- Для снижения стоимости будет применяться унификация космических аппаратов группировки — при создании и тестировании всех КА предполагается использовать одинаковую производственную и стендовую базу. Алгоритмы управления, протестированные на одном аппарате серии, используются на всех аппаратах группировки. Для создания микроспутников используются серийные коммерческие электронные компоненты (в исполнении Military).
- Вывод всей спутниковой группировки может осуществляться как одной ракетой легкого класса, так и по частям — в качестве попутной нагрузки. Данных подход позволяет сократить затраты на развёртывание системы и повышает общую надежность вывода системы в космос.
- Будет использована солнечно-синхронная орбита для улучшения условия электропитания аппаратов и охвата полярных регионов.
Технологические и рыночные тренды в рассматриваемой отрасли
В настоящий момент в космической спутниковой технике практически завершен переход от тяжелых аппаратов герметичного исполнения, работающих на орбите несколько лет, к аппаратам негерметичного исполнения имеющих ресурс более десяти лет. Данные аппараты оснащены современной электроникой, позволяющей передать функции управления бортовому компьютеру и значительно разгрузить наземные центры управления полетами.
Также наблюдается тенденция к снижению массы аппарата, за счет использования современных электронных компонентов и новых алгоритмов и программ.
Стоит отметить, что небольшие компании не способны создать и эксплуатировать тяжелые аппараты и выход из этой ситуации — уменьшение и удешевление КА с использованием новой элементной базы при создании микроспутников.
Но космос — агрессивная среда, и не всегда существует возможность уменьшить размеры и вес бортового вычислительного комплекса, ведь растут требования к элементной базе спутниковой электроники. Первые успехи наблюдаются уже сегодня — российские КА МКА-ФКИ (ПН1) «Зонд-ПП» успешно отработали на орбите.
Рыночные тренды — это предоставление высокооперативной информации от спутниковой группировки ДЗЗ по запросу пользователя.
Рынок космических снимков развивается очень быстро. Запуск частными компаниями собственных спутников и продажа результатов их съемки привели к формированию коммерческого рынка данных дистанционного зондирования, со всеми присущими ему особенностями. Говоря о сегменте этого рынка, касающегося космических снимков, следует отметить несколько вещей. Во-первых, сам факт запуска новых спутников показывает позитивную оценку компаниями рыночных перспектив распространения такой информации. Во-вторых, несомненен прогресс в развитии оптико-электронных систем, обеспечивающих качество получаемых материалов, сравнимое с качеством пленочных фотографических систем. В-третьих, в обществе формируются некие запросы, которые решают только снимки со спутников.
Использование космических снимков позволяет заказчикам создавать не только обобщенные карты и схемы, например, схемы использования территорий, лесных угодий и пр., но и разрабатывать высокоточные планы территорий населенных пунктов, промышленных объектов и т.д. с различной детализацией.
Таким образом, существуют хорошие перспективы расширения рынка спутниковой информации среднего разрешения, получаемой с помощью космических систем дистанционного зондирования.