–оботы в космосе

23.10.2006, 10:11



роботы в космосе

¬одитель автомобил€ вр€д ли задумываетс€ о том, что сегодн€ он хорошо виден из космоса, с орбиты спутника-шпиона или аппарата дистанционного зондировани€. Ќо пока он может не беспокоитьс€: послушные космические роботы нацелены совсем на другие объекты - природные образовани€, места утечки нефтепродуктов, районы дислокации войск и военной техники и тому подобное.

—овременные спутники дистанционного зондировани€ «емли представл€ют собой сложные интеллектуальные технические устройства, четко и слаженно выполн€ющие команды и программы по съемке объектов и районов земной поверхности. —путники ƒ«, собирающиес€ почти вручную в стерильных производственных цехах, включают в себ€ множество сложных и уникальных приборов и устройств, взаимоув€занных и работающих как единый технический организм. √лавна€ часть космического аппарата - специальна€ приемна€ аппаратура, способна€ сфокусировать, прин€ть и преобразовать в изображение электромагнитную энергию объектов наблюдени€. јппаратура наблюдени€ бывает трех типов: фотографическа€, оптико-электронна€ и радиолокационна€. ѕон€тно, что она чувствительна в том участке электромагнитного спектра, в котором ведетс€ сбор данных, и она может иметь оптику (зеркальную или линзовую) и полупроводниковые фотоприемные устройства дл€ видимой и инфракрасной области спектра или антенную систему дл€ —¬„-диапазона, позвол€ющую облучать объекты и принимать отраженные сигналы. ѕомимо этого аппарат ƒ« включает системы, необходимые дл€ управлени€ спутником: навигационные приборы, датчики углового положени€, гироскопы; а также системы электропитани€ и обеспечени€ функционировани€ в услови€х больших перепадов температур. ѕри этом вес аппаратов может достигать 10-15 тонн.

–асполагаютс€ современные спутники ƒ« в околоземном пространстве на орбитах высотой от 200 до 1000 км, за исключением геостационарных метеоспутников, наход€щихс€ на высоте около 35 тыс. км над землей. ƒл€ описани€ формы, пространственного положени€ плоскости орбиты и движени€ по ней спутника выдел€ют шесть независимых параметров, или элементов, называемых кеплеровыми (фото 1). Ёто больша€ полуось (A), эксцентриситет (e), наклонение (i), долгота восход€щего узла (W), аргумент периге€ (w) и истинна€ аномали€ (u). — помощью кеплеровых элементов рассчитывают траектории полета спутника, прогнозируют его местоположение, к примеру, на неделю или мес€ц вперед, благодар€ чему можно планировать наблюдение объектов и районов на земной поверхности, а также формировать оптимальные маршруты съемки [1]. —путники ƒ« работают по большей части на круговых орбитах, что позвол€ет получать изображени€ объектов наблюдени€ примерно одного качества и масштаба. „асто эта орбита солнечно-синхронна€, необходима€ дл€ съемки районов наблюдени€ с посто€нной освещенностью, то есть при одной и той же высоте —олнца над горизонтом на заданной широте. «а сутки спутник совершает около п€тнадцати витков, раз в несколько дней дела€ полный обзор поверхности «емли (фото 2).

–оботы в космосе „ита€ эти строки, многие, наверное, вспоминают историю про спутники-шпионы, €кобы способные различать номера автомашин. » хот€ это некоторое преувеличение (номера автомобилей сверху не видны принципиально, тем не менее оно не умал€ет высоких технических характеристик уникальной аппаратуры космического наблюдени€, самыми важными из которых €вл€ютс€: величина разрешени€ на местности, показывающа€, каких размеров объекты различимы на изображении (лучшие значени€ - 1 м), и быстрота доставки отсн€того изображени€ на «емлю потребителю (до 1,5-2 часов).

ѕредставить себе, что такое космическа€ фотоаппаратура, несложно, достаточно мысленно увеличить размеры бытового фотоаппарата-мыльницы раз эдак в 25 да прибавить систему управлени€ и капсулы, в которых пленка доставл€етс€ на землю. — такой техникой не вс€кий справитс€. ƒостоинствами фотографической аппаратуры по сравнению с другими средствами ƒ« €вл€ютс€ простота и надежность.  ак система передачи информации фотопленка обладает огромной информационной емкостью. Ќа 1 кв. см снимка умещаетс€ от 1 до 10 млн. бит. ƒл€ передачи такого объема информации по радиоканалу требуетс€ примерно в 10 тыс. раз больше времени, чем дл€ ее регистрации.

‘отоспутники примен€ютс€ дл€ решени€ широкого круга научных, социально-экономических и военных задач. ќсновные из них: исследование природных ресурсов «емли; составление и обновление топографических карт и фотопланов; поиск объектов, вы€вление закономерностей их расположени€, наблюдение за динамикой объектов, вскрытие их назначени€ и признаков функционировани€; идентификаци€ и "прив€зка" к карте результатов наблюдени€, полученных другими средствами ƒ«.

–оботы в космосе ¬ оптико-электронных спутниках ƒ« в качестве объектива используютс€ уже не линзовые, как в фотографических, а зеркальные телескопы, в качестве же приемника электромагнитного излучени€ примен€етс€ не фотопленка, а полупроводниковые приборы с зар€довой св€зью (ѕ«—). ¬ результате изображение преобразуетс€ в электрические сигналы, которые сохран€ютс€ бортовыми запоминающими устройствами дл€ последующей передачи на «емлю по радиолинии. ƒл€ увеличени€ снимаемой площади используют оптико-механические и электронные сканеры, устанавливаемые на спутниках оптико-электронного наблюдени€, которые стро€т изображени€, комбиниру€ движение спутника и качание сканирующего зеркала перпендикул€рно направлению полета (фото 3: схема сканировани€ и образец снимка). “ака€ оптическа€ схема применена на спутниках ƒ« Landsat и SPOT. ¬ фокальной плоскости оптической системы размещаетс€ фотоприемное устройство, собранное, как правило, из матриц ѕ«—, выполненных на основе кремни€ (дл€ видимого и ближнего » -диапазонов), охлаждаемого антимонида инди€ (дл€ среднего » -диапазона, 3-5 мкм) и охлаждаемого ртутно-кадмиевого теллурида (дл€ дальнего » -диапазона, 8-14 мкм). — развитием гиперспектральной съемки находит применение элементна€ база дл€ фотоприемников, которые уже позвол€ют регистрировать излучение в 256 узких (10 нм) спектральных зонах, формиру€ целый "куб изображений". «арегистрированные фотоприемником сигналы усиливаютс€, преобразуютс€ в цифровую форму, помещаютс€ в бортовое «”, и уже через несколько секунд после приема изображение готово к передаче на «емлю дл€ доставки потребителю.

‘отографические и оптико-электронные спутники обеспечивают сегодн€ наиболее детальные данные о поверхности «емли и объектах на ней. ќднако эти средства ƒ« действенны только при хорошей погоде в светлое врем€ суток. Ётого недостатка лишены спутники с радиолокационной аппаратурой на борту.

–оботы в космосе Ќаилучшее качество радиолокационных изображений земной поверхности обеспечивают космические радиолокаторы с синтезированной апертурой (–—ј). –—ј формирует изображение путем зондировани€ поверхности когерентными —¬„-сигналами и приема отраженного излучени€ последовательно, по траектории полета спутника. ѕри этом с помощью когерентного суммировани€ сигналов достигаетс€ искусственное увеличение размера апертуры антенны и сужение ее диаграммы направленности. “акой метод синтезировани€ изображени€ позвол€ет существенно увеличить разрешающую способность данных зондировани€ до дес€ти, а в перспективе - до трех метров.  роме того, по радарным изображени€м можно вы€вить движущиес€ объекты, определить скорость и направление их движени€, а также получить информацию о высотном рельефе зондируемой местности.

 осмическа€ радиолокаци€ помогает также в наблюдении объектов, скрытых растительностью и расположенных в приповерхностном слое земли или в прибрежной зоне водоемов (заглубленные трубопроводы, линии св€зи, электропередач и т. п.).

–оботы в космосе ¬прочем, на сегодн€шний день лишь немногоие страны могут позволить себе иметь спутники ƒ«. ќднако государств, активно их разрабатывающих и про€вл€ющих интерес к использованию получаемых ими данных, с каждым годом становитс€ все больше и больше.

 акие же средства ƒ« существуют сегодн€ в мире?

—реди спутников с аппаратурой низкого разрешени€ в первую очередь следует упом€нуть NOAA, дающие снимки с разрешением в единицы километров и позвол€ющие решать метеорологические задачи, определ€ть температуру мор€ и суши, следить за ледовым и снежным покровом, обнаруживать пожары.

–оботы в космосе  ак ни удивительно, высокими характеристиками дл€ своего класса обладают спутники »ндии. Ќа сегодн€ это одна из передовых стран в мире по качеству данных наблюдени€, распространением которых занимаетс€, правда, американска€ компани€ Space Imaging. »нди€ использует спутники типа IRS (Indian Remote Sensing). Ћучший из них обеспечивает разрешение на местности до 6 м в полосе захвата аппаратуры 70-90 км при возможности съемки в полосе обзора 800 км. ћинимальна€ периодичность наблюдени€ объектов на «емле составл€ет п€ть суток, а оперативность доставки информации потребител€м не превышает 24 часов.

—путниками ƒ« обладает также ‘ранци€, эксплуатирующа€ аппараты типа Spot, объем продаж изображений с которых самый большой в мире (а наибольший объем продаж радиолокационных изображений в мире дает канадский спутник Radarsat, обеспечивающий получение данных с наилучшим разрешением около 9 м). ¬есьма совершенный спутник типа Spot-4 выведен на орбиту в 1998 году. —тоимость его создани€ и запуска -около 600 млн. долларов. —путник имеет массу 2,75 т и среди прочего оборудовани€ несет две камеры типа HRVIR (High Resolution Visible Infra-Red).  ажда€ из них массой около 250 кг работает в двух участках видимого (0,5-0,59 и 0,61-0,68 мкм) спектра, участке ближнего » -спектра (0,79-0,89 мкм) и коротковолнового » -спектра (1,58-1,75 мкм) и обеспечивает получение изображений с максимальной разрешающей способностью 10 м. ¬ качестве фотоприемного устройства на »—« используютс€ линейки ѕ«— с размером чувствительного элемента 13х13 мкм (фото 4).

¬ интересах ƒ« используютс€ также американские спутники Landsat и Terra с разрешением до 15 м и 10 м соответственно, китайско-бразильский спутник CBERS с разрешением до 10 м, южнокорейский спутник Kompsat с разрешением до 10 м, южноафриканский спутник Sunsat с разрешением до 15 м и другие. –осси€ опережает р€д зарубежных стран по детальности данных ƒ« (мы можем снимать «емлю с разрешением до 2 м). ќднако российские спутники типа "–есурс-‘" и " омета" - это фотографические средства "одноразового использовани€".

¬ последнее врем€ удалось существенно уменьшить габариты и массу спутников ƒ«. Ќаилучших результатов здесь добились американцы. ¬ прошлом году выведен на орбиту малый спутник ƒ« типа Ikonos, разработанный в —Ўј и позвол€ющий получать изображени€ высокого разрешени€ - до 1 м (подробности см. " “" #319). ¬ этом году, как ожидаетс€, ему состав€т конкуренцию малые спутники ƒ« QuickBird, OrbView и Eros, которые также позвол€т получать изображени€ с разрешением до 1 м.


 лючевые слова:
наблюдени€ объектов
изображени€ поверхности
спектр зондировани€
«емл€
устройства съемки
средства доставки
космос
«емл€
спутники
–оботы в космосе
»нформационные роботы
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

–оботы дл€ св€зи и общени€


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.