Спутниковая разведка США: новые тенденции WorldView и OrbView

В 2006 и 2007 году две американские компании-операторы DigitalGlobe и GeoEye собираются вывести на орбиту спутники двойного назначения WorldView и OrbView-5 с аппаратурой полуметрового разрешения, которые будут использоваться как для выполнения коммерческих заказов, так и в интересах видовой космической разведки США.

Законодательной основой для государственной поддержки новых коммерческих систем стала президентская директива по государственной политике в области ДЗЗ. U. S. Commercial Remote Sensing Space Policy, подписанная президентом США в апреле 2003 года. Директива  предписывает государственным органам максимально использовать возможности национальных коммерческих систем ДЗЗ.

C 1999 года американские компании стали мировыми лидерами в области маркетинга геопространственных­ продуктов сверхвысокого разрешения после запуска трех космических аппаратов (КА) QuickBird, Ikonos и OrbView-3. Конкуренцию им составляют только спутники с несколько худшим пространственным разрешением - EROS-A (Израиль, разрешение 1-1,8 м), SPOT-5 (Франция, разрешение до 2,5 м) и Formosat-2 (Тайвань, разрешение 2 м). В текущем году к группе лидеров могут  присоединиться новые КА с оптической аппаратурой метрового разрешения - EROS-B (Израиль, до 0,7 м), <Ресурс-ДК> (Россия, 1 м), Cartosat-2 (Индия, 1 м) и
Kompsat-2 (Корея, 1 м).

Hо американские компании уходят в технологический отрыв, планируя запустить более  производительные суперспутники с разрешением 40-50 см. По отношению к предшественникам WorldView и OrbView-5 являются аппаратами второго поколения, так как благодаря новым технологиям, заимствованным, в том числе, у современных секретных   спутников-шпионов, возможности спутников значительно расширены.  Платформа WorldView берет полуметровый рубеж. В сентябре 2003 года компания DigitalGlobe получила первый трехлетний контракт NextView стоимостью $530 млн. на создание спутника двойного назначения, получившего наименование WorldView. В проекте участвуют компании Bell  Aerospace (платформа, интеграция), Eastman Kodak (оптическая камера), BAE Systems (система  обработки). В настоящее время кооперация во главе с DigitalGlobe параллельно изготавливает два космических аппарата - WorldView-1 и WorldView-2.

Первый спутник (другое обозначение WorldView-60 или WV-60) оснащен телескопом с  апертурой диаметром 60 см для съемки с пространственным разрешением 0,45 м  только в панхроматическом режиме в кадре шириной 16,5 км. По сравнению с предшественником - спутником QuickBird-2 - масса нового аппарата выросла с 1028 кг до 2500 кг. При отклонении телескопа от направления в надир на 400 возможна съемка в полосе шириной 775 км с ухудшением разрешения до 1 м (при съемке с отклонением 200 разрешение не хуже 0,5 м). Спутник планируется вывести на утреннюю солнечно-синхронную­ орбиту высотой 450 км в конце 2006 года. 

Второй спутник, WorldView-110 массой 2800 кг будет оборудован крупногабаритным
телескопом с апертурой диаметром 110 см для съемки с разрешением 0,45 м в панхроматическом режиме и разрешением 1,8 м в мультиспектральном режиме в 8  спектральных каналах. Размер кадра на местности при съемке в надир - 16,4 км. Оба спутника оснащены бортовыми регистраторами емкостью 2,2 Тбит и сверхскоростной радиолинией передачи данных со скоростью 800 Мбит/с. Расчетныйсрок существования обоих спутников - более 7 лет.

Согласно текущим планам, спутник WorldView-2 (вариант WV-110) изготавливается в инициативном порядке и будет выведен на орбиту в 2008 году. В случае принятия соответствующего решения агентством NGA спутник модели WorldView-110 может быть выведен раньше WV-60, но с задержкой относительно срока контракта NextView,  установленного агентством NGA. Расчетная высота солнечно-синхронной­ орбиты для WV-110  составит 770 км, что обеспечит лучшие возможности для стереосъемки. 

По сравнению со своим предшественником - КА QuickBird-2, - суперспутники будут применять новые технологические решения для обеспечения высокой  производительности съемки (в 3,5 раза больше, чем КА QuickBird-2), качества и точности координатной привязки изображений. Для увеличения производительности КА WV-1 в системе ориентации используются гироскопы управления моментом, которые позволяют в 2 раза увеличить скорость перенацеливания телескопа на объекты съемки (до 4,50/с). Спутник сможет снимать в различных режимах: кадровом, маршрутном (возможны съемки маршрутов сложной конфигурации, например, вдоль береговой линии, дороги, нефтепровода или линии госграницы), площадном (зоны  размером 60x60 км), а также в режиме формирования стереопар. 

Для достижения высокого качества изображения применяется оптическая система с высоким контрастом и соотношением сигнал/шум, а также технология временной задержки накопления сигнала (Time-Delay Integration - TDI) на многолинейных ПЗС-структурах (6 режимов накопления от 8 до 64 крат). Радиометрическое разрешение составляет 11 бит/пиксел. 

Другая особенность спутников WorldView - высокая точность координатной привязки изображений, которая достигается благодаря применению космической платформы с высокой стабильностью и улучшенной точностью определения ориентации спутника. Координатная точность изображений КА WorldView-1 составляет: без наземных контрольных точек - 5,8-7,6 м (СЕ 90), с наземными контрольными точками - 2 м и с соседними контрольными точками, не попавшими в поле снимка, - 3-3,5 м  (технология Accuracy Transfer Service - ATS). Планируемая координатная точность изображений позволит разрабатывать карты масштаба 1:10 000 без использования наземных контрольных точек.

Спутник WorldView-2 будет осуществлять съемку в 8 спектральных каналах. К 4 стандартным диапазонам оптического спектра (красный, голубой, зеленый, ближний ИК) добавлены еще 4. Обработка мультиспектральных изображений позволитсоздавать более точные карты, выявлять природные и искусственные процессы и явления в ландшафте, обнаруживать  замаскированные объекты.

Агентство NGA и другие государственные клиенты будут получать заказанные изображения WorldView через сетевой терминал, называемый "виртуальной наземной  станцией" (Virtual Ground Station-VGT), или непосредственно на наземную приемную станцию заказчика (например, на театре военных действий). Спутник QuickBird-2 в штатном режиме не применяет  съемку в реальном масштабе времени и передает изображения только с бортового регистратора на 3 приемные станции в США, Hорвегии и на Аляске. Для обеспечения высокой   оперативности спутники WorldView смогут вести съемку одновременно с передачей данных на станции клиентов. Предусмотрена также возможность программирования, съемки и приема информации через станцию клиента (так называемого <виртуального оператора>) в течение одного сеанса радиосвязи. 

Спутник OrbView.
Второй контракт агентства геопространственной­ разведки NGA серии NextView в сентябре 2004 года выиграла группа компаний во главе с OrbImage (ныне GeoEye). Разработку перспективного спутника двойного назначения OrbView-5 (вероятно, он будет переименован в GeoEye-1) осуществляет кооперация компаний General Dynamics (платформа), IBM (система обработки), Kodak/ITT Industries (камера), MDA (наземный сегмент). Общая стоимость  контракта составляет $500 млн., из них приблизительно $209 млн. будет затрачено на изготовление космического аппарата. Конструктивно спутник OrbView-5 выполнен в виде телескопа, вокруг которого размещены блоки служебных подсистем, а сбоку - панели солнечных батарей. Спутник будет обеспечивать одновременную съемку в панхроматическом и многоспектральном режимах с пространственным разрешением 0,41 м и 1,64 м  (КА-предшественник OrbView-3 не может совмещать оба режима съемки) в кадре шириной 15,2 км с высоты 684 км. Возможно отклонение телескопа от направления в надир до 600. Суточная производительность аппаратуры - 700 тыс. км2, для глобального охвата на борту установлен регистратор емкостью 1200 Гбит. Изображения передаются на Землю по двум радиолиниям в Х-диапазоне частот со скоростью 150 и 700 Мбит/с. Радиометрическое разрешение изображений - 11 бит/пиксел. Расчетный срок работы - более 7 лет (запас топлива на 10 лет). В 2007 году спутник должен быть выведен на утреннюю солнечно-синхронную­ орбиту (местное время пересечения экватора 10:30) и, согласно предварительным прогнозам специалистов, проработает до 2015 года. 

Компания GeoEye для оперативного сбора и распространения информации со спутника OrbView-5 планирует использовать уже существующую международную сеть из 12 наземных станций приема данных со спутника Ikonos-2, в том числе три станции в Германии, Польше и Турции, ответственные за прием изображений стран Европы и России.

Спутники на войне
Агентство NGA планирует многократно расширить масштабы применения коммерческой видовой продукции для решения оборонных задач. По словам директора агентства NGA, коммерческие спутники являются фундаментальной частью общей архитектуры национальной космической системы сбора геопространсттвенны­х данных.

Впервые коммерческие снимки Ikonos и QuickBird по районам боевых действий были приобретены в интересах Пентагона в ходе боевой операции Enduring Freedom в  Афганистане в 2001 г. По данным печати, Пентагон закупал изображения по цене $20/км2. В последние годы NGA закупало коммерческую информацию для оценки   последствий стихийных бедствий и планирования спасательных операций с участием вооруженных сил после разрушительного цунами в Азии в декабре 2004 года, ураганов <Катрина> и <Рита> в США и землетрясений в Пакистане в 2005 году.

В рамках проекта GeoScout агентство NGA создает наземную инфраструктуру совместного заказа, обработки, автоматизированного­ анализа и подготовки разнообразных геопространственных­ продуктов на основе данных национальных спутников видовой разведки, коммерческих аппаратов и воздушных платформ сбора видовой информации.

Основные области применения коммерческих данных - разработка высокоточных  детальных карт и цифровых моделей рельефа, определение координат стационарных и малоподвижных целей, контроль результатов ракетно-бомбовых ударов. Точность координатной привязки стационарных объектов по коммерческим снимкам составляет несколько метров, что вполне достаточно для применения высокоточного оружия с аппаратурой спутниковой навигации GPS (семейство ударного оружия JDAM и JSSOW).
Тактическое управляемое оружие с комбинированными инерциально-спутник­овыми системами наведения GPS/IMU широко применяется в боевых операциях США для поражения стационарных целей и объектов, не меняющих свое положение на протяжении цикла планирования и боевого применения.  

В соответствии с ограничениями национального законодательства США, изображения спутников для заказчиков за пределами США, в том числе и в Россию, будут поставляться с загрубленным до 0,5 м разрешением и с задержкой по времени не менее 24 часов. По  некоторым данным, для клиентов NGA суперспутники могут  доставлять изображения с разрешением до 25 см.  

Спутники на рынке геопространственных­ данных
Компании-операторы GeoEye и DigitalGlobe смогут использовать в коммерческих целях почти 50% бортовых ресурсов съемочной аппаратуры суперспутников.  Учитывая, что суммарная производительность системы суперспутников в 10 раз превысит возможности современной группировки, предложение американских  геопространственных­ продуктов субметрового разрешения на мировом рынке возрастет многократно. 

Сверхдетальные изображения найдут применение при разработке крупномасштабных карт и планов местности, в различных тематических ГИС, при планировании городской застройки, строительстве дорог, линий связи, трубопроводов и других объектов инфраструктуры. В случае устойчивого развития рынка потребителями геопространственных­ продуктов на основе сверхдетальных космических изображений могут стать миллионы людей: водители автомобилей, оснащенных навигационными компьютерами, пользователи различных  тематических ГИС с детальными картоосновами, проектировщики, строители, страховщики.

Архаичные законы ослепляют Россию
По данным ГИС-Ассоциации и компаний, распространяющих в России космические  изображения высокого разрешения (пока только зарубежные, отечественных нет), спрос на такие геопространственные­ продукты в России неуклонно растет. В последние годы годовой объем продаж высокодетальной космической информации увеличивается в среднем в 2-3 раза.

Сдерживают развитие рынка сохраняющиеся режимные ограничения: несмотря на то,
что снимки поставляются из США и Израиля, российские пользователи должны зарегистрировать их в отделах режима, которые существуют не у каждой организации. Последствия политики всеобщего запрета сказываются как на простых потребителях, так и на всем государстве, терпящем убытки от неразвитой навигационно-картог­рафической базы. Последние инициативы российских военных, предложить передать функцию контроля за рынком спутниковых данных в России офицерам Генштаба, резко углубляют пропасть, отделяющую российских   пользователей от их коллег во всем мире, и свидетельствуют об опасной утрате чувства реальности в слишком быстро меняющемся мире. Территорию Россию со сверхвысоким разрешением снимают все, кто хочет - но собственно российские   пользователи имеют возможность посмотреть лишь 5% этих снимков.

Парадокс ситуации заключается в том, что территорию нашей страны лучше знают зарубежные инвесторы, чем собственное население. По данным экспертных оценок Центра <СканЭкс>, на начало 2005 года из всего архива изображений, сделанных спутниками QuickBird-2 и Ikonos-2 по России, только 5% принадлежит российским  заказчикам. Эксперты, детально просмотревшие заказы на съемку только по Прибайкалью, утверждают, что со спутников сняты все крупные инвестиционно-привл­екательные месторождения полезных ископаемых. Hаши  отечественные разработчики и госведомства таких изображений не имеют. Последние инициативы военных приведут Россию в царство абсурда.

"Совершенно алогичное письмо - охарактеризовал появившийся в печати документ президент ГИС-Ассоциации Сергей Миллер. Особенно удручает не спорность точки зрения, отстаиваемой авторами новых инициатив, а как раз отсутствие таковой - документ, мягко говоря, внутренне противоречив. С одной стороны речь идет о закрытии территорий, в приложении говорится об объектовой защите. Схема контроля через Генштаб совершенно нереалистична, поскольку офицеры Генштаба, к тому же сосредоточенные в Москве, просто неспособны выполнять новые функции. Под разговоры о защите государства мы просто пытаемся закрыть рынок для зарубежных ДДЗ, отбрасывая мимоходом страну в прошлое. Я считаю это просто профанацией реальной защиты объектов от истинных - а не надуманных - угроз".