Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику

С орбиты ИСЗ очень хорошо видны лесные пожары, а своевременное их обнаружение очень важно.

… пожары.

… степень зрелости сельскохозяйственных культур.

Столь очевидные выгоды привели к разработке специализированного спутника для изучения и исследования природных ресурсов. Такой спутник ERTS-1 был запушен в США в 1972 году. Это довольно тяжелый спутник весом около тонны, диаметром 3,05 и высотой 3,35 м. Конструкция его во многом напоминает уже описанный метеорологический ИСЗ, и орбита имеет похожие параметры.

Спутник ERTS-1 был оснащен тремя телевизионными камерами электронного телевидения RBV с видиконами в качестве фотоприемников и многоканальной оптико-механической телевизионной камерой MSS. Надо сказать, что электронное телевидение в космосе себя не оправдало, и камеры RBV вышли из строя сразу после запуска из-за пробоя высоковольтной изоляции. Зато система механического телевидения работала более года и буквально «засыпала» информацией центр обработки, с лихвой окупив все затраты. Надо отметить, что из-за обилия информации полностью удавалось обрабатывать всего лишь 20 % получаемых снимков.

Остановимся подробнее на системе механического телевидения MSS, которую часто называют сканером. Она «нацелена» в одну точку на поверхности Земли, но благодаря качающемуся зеркалу эта точка перемещается по строке поперек направления движения спутника. Ширина строки составляет на поверхности Земли 185 км (100 миль). «Сняв» одну строку, сканер «прочерчивает» следующую, но весь ИСЗ успевает за это время немного продвинуться вперед по орбите, осуществляя развертку кадра. Качающееся зеркало совершает 15,2 колебаний в секунду. Угол качания составляет всего ± 2,9°. Во время рабочего ход для большей плавности зеркало движется по инерции, а ударившись о демпферы, возвращается в исходное положение электромагнитом. Это эллиптическое зеркало с размерами 23 х 23 см было изготовлено из полированного бериллия с серебряным покрытием.

Свет, отраженный качающимся зеркалом, попадает в зеркальную телескопическую систему Касеегрена диаметром 23 см, которая фокусирует его на волоконно-оптическую систему, распределяющую свет по фотодетекторам. Каждое качание зеркала дает сразу шесть строк изображения, снимаемых шестью системами фотодетекторов. А каждая система содержит четыре фотодетектора, рассчитанные на разные диапазоны спектра: 0,5…0,6 мкм (сине-зеленый), 0,6…0,7 мкм (красно-желтый), 0,7…0,8 мкм (красный) и 0,8…1,1 мкм (инфракрасный). Таким образом, всего в камере 24 световода и 24 фотоприемника.

Видеосигналы камеры MSS преобразуются в цифровую форму бортовым мультиплексером со скоростью 15 Мбит/с. Используются шестиразрядные слова-байты. Каждый формат (как бы предложение) содержит 25 слов: первое для синхронизации, остальные 24 для передачи данных от фотоприемников. Видеосигналы в цифровой форме либо сразу передаются на Землю, либо записываются бортовым магнитофоном, чтобы быть переданными потом, при пролете над станцией слежения.

Механическая спутниковая телевизионная система MSS.

Описанная система позволила получить очень хорошее разрешение на местности: около 60..70 м. На снимках, которые воспроизводятся в виде квадратных кадров размером 100 х 100 миль, можно рассмотреть отдельные корабли в океане или стоящие у причалов, шоссейные и железные дороги, строения, отдельные группы деревьев. После геометрической коррекции искажений и привязки к опорным точкам на местности снимки вполне могут использоваться для целей картографии.

На спутнике установлена и еще одна интересная система сбора информации с наземных и морских платформ. Платформы устанавливают в удаленных и труднодоступных местах, и они регистрируют сейсмические колебания, а главным образом — метеорологические данные. С помощью морских плавающих платформ-буев собираются данные о ветре, волнении, прохождении катастрофических волн цунами, метеопараметрах атмосферы и т. д. Каждая платформа оборудована небольшими радиопередатчиком и дежурным приемником. Спутник, дважды в сутки пролетая над каждой платформой, посылает сигнал запроса, по которому включается передатчик, и накопленная информация в цифровом виде передается на спутник. Данные со всех платформ накапливаются и передаются спутником в центр обработки.

Если линия связи платформа-спутник узкополосна и имеет пропускную способность не более 0,1 кбит/с, работая на частоте 401,9 МГц, то линия передачи данных со спутника на центр обработки должна пропускать очень большой объем информации. Передача ведется на волнах десятисантиметрового диапазона со скоростью 15 Мбит/с. Полоса частот основного и резервного каналов связи достигает 20 МГц. Дополнительно спутник имеет командный служебный радиоканал, который предназначен для управления его системами и работает в диапазоне MB.

На этом закончим рассказ о первом (и самом простом) ИСЗ для исследования природных ресурсов. Сейчас разрабатываются и используются более сложные и совершенные спутники и системы. Сообщалось, например, о разработке сканера, работающего в 24 спектральных диапазонах от ультрафиолетовой по дальней инфракрасной области. Все шире используется всепогодная радиометрическая и радиолокационная аппаратура. Радиометр (приемник собственного теплового радиоизлучения Земли), работающий на сантиметровых волнах, позволяет обнаруживать очаги лесных пожаров и вулканической деятельности, составлять карты сельскохозяйственных угодий и определять влажность почвы. Он оказался незаменимым в ледовой разведке, ведь кажущаяся яркостная температура льда оказалась почти на 100° выше температуры открытой воды.

Еще большие возможности имеет радиолокатор бокового обзора с синтезированной апертурой. Облака для этих приборов не помеха.

Много аппаратуры для исследования природных ресурсов и решения других народнохозяйственных задач размещается на отечественных ИСЗ «Метеор — Природа», регулярно запускаемых и эксплуатируемых с 1978 года. Они созданы на базе метеорологического спутника «Метеор», но существенно отличаются от него составом аппаратуры, параметрами орбиты и другими данными.

Искусственные спутники Земли для исследования природных ресурсов запускают на синхронно-солнечные орбиты. При таких орбитах ИСЗ пролетает над каждой точкой земной поверхности в одно и то же местное время. Высота Солнца при съемке остается одной и той же. Это даст возможность наблюдать поверхность в одинаковых условиях и легко выявлять произошедшие изменения ее состояния (например, появление всходов, их созревание, изменение береговой линии рек, озер и водохранилищ и т. д.). Высота орбит составляет около 650 км при угле наклонения около 98°, т. е. спутник пролетает и через полярные области планеты.