На главную страницу
Разделы Поиск Карта Доступ к платным услугам Для контакта Russian English Закрыть меню Рыбный атлас Мониторинг Академия Эксперт Офис Торговая система Информация Интернет-ресурсы Услуги комплекса Развлечения Участники комплекса

InterNevod Banners Network

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ИНТЕРЕСАХ РЫБОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОТРАСЛИ

А.А. Романов, Ю.А. Романовский

1.Введение

В настоящее время за рубежом методы спутникового дистанционного зондирования широко используются для исследований и мониторинга природной среды, а также обеспечения потребностей различных отраслей экономики, включая и рыбохозяйственную отрасль [1].

В нашей стране состояние и ближайшие перспективы использования космической информации для мониторинга природной среды определяется особенностями экономики переходного периода и приоритетами, сложившимися в предыдущие годы. Характерные особенности этой ситуации состоят в следующем:

  • использование в космических системах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) морально устаревших, дорогостоящих космических аппаратов (КА) среднего и тяжелого класса с большим сроком разработок и малым, по международным стандартам, периодом активного существования;
  • запуск КА ДЗЗ на орбиты, которые ограничивают возможности космических наблюдений и значительно снижают ценность космических данных, а также сужают круг потенциальных потребителей информации;
  • использование бортовой измерительной аппаратуры, характеристики которой не соответствуют международным стандартам и не позволяют широко применять данные отечественных систем в рамках международного обмена данных ДЗЗ;
  • номенклатура продукции, создаваемой в наземных центрах в результате обработки материалов космической съемки, также как и перечень услуг, существенно уступают перечню услуг и продукции, предоставляемых потребителям зарубежными фирмами;
  • низкая вероятность выполнения заявок на съемку заданных территорий, которая не превышает 0,3-0,4 против > 0,95, гарантированных западными компаниями зарубежным потребителям; это обстоятельство связано с ограниченным количеством КА в национальной космической группировке и отсутствием доступа к материалам съемок высокого пространственного разрешения;
  • слабое развитие наземной инфраструктуры приема и сбора космической информации, существенно ограничивающее непосредственный доступ потребителей к данным наблюдений;
  • отсутствие государственной поддержки работ, обеспечивающих продвижение космической информации на внутренний и зарубежный рынок;
  • отсутствие развитой дилерской сети доведения до потребителей российской космической информационной продукции.

Эта ситуация, достаточно объективно отраженная в "Концепции создания космической системы для мониторинга природной среды [2], тем не менее в той же концепции в значительной степени и консервируется, - по крайней мере, на ближайшие 5-10 лет. Вследствие этого многие отечественные гражданские потребители из различных областей экономики предпочитают использовать данные зарубежных космических систем "Лэндсат", "Спот" и других перспективных КА, запуски которых предполагаются в ближайшие годы (КА "Радарсат", "Систар" и др.). Доступ к информации при этом осуществляется в результате либо закупки наземных приемных станций этих систем, либо разработки собственных приемных комплексов. Можно полагать, что в ближайшие годы этот вариант получения космической информации о природной среде станет во многих отношениях экономически выгодным для отечественных пользователей.

Для обеспечения конкурентоспособности отечественных космических систем мониторинга природной среды (ПС) в интересах экономики страны, по мнению авторов, необходима частичная корректировка концепции национальной системы ДЗЗ [2] в части:

  • модернизации космического сегмента системы мониторинга природной среды первоначально за счет дополнения, а в перспективе - и частичной замены существующих КА на легкие, конкурентоспособные космические платформы с улучшенными функциональными характеристиками и современной измерительной аппаратурой;
  • структурного и функционального развития наземной инфраструктуры национальной космической системы в интересах существенного увеличения глубины обработки первичных данных до уровня, принятого в мировой практике, и обеспечение широкого доступа потребителей к космической информации;
  • расширения сферы использования космической информации за счет активного создания рынка услуг для территориальных администраций и коммерческих структур различного типа;
  • диверсификации базы инвесторов космической программы за счет инвестиций Минобороны, зарубежных компаний и коммерческих структур;
  • поиск новых эффективных форм организации деятельности по получению и распространению космической информации о природной среде, отвечающих условиям рыночной экономики.

Одним из ключевых среди упомянутых предложений является модернизация космического сегмента за счет включения в него мониторинга природной среды (ПС) малых космических аппаратов (МКА), разработка и использование является характерной чертой современного космического аппаратостроения за рубежом.

Учитывая важность этого направления для национальной космической системы мониторинга ПС, ниже рассмотрен ряд основных концептуальных моментов создания и использования МКА на примере рыбохозяйственной отрасли - той отрасли, где использование космической информации и космических средств может принести существенный экономический эффект.

2.Краткая характеристика состояния разработок и использования МКА для исследований и мониторинга природной среды

Развитие разработок МКА обусловлено достижениями высоких технологий в микроэлектронике, материаловедении и др. областях техники, которые позволили существенно уменьшить массу, габариты и энергопотребление бортовой измерительной и служебной аппаратуры. Интенсивные исследования и разработки в этих областях были первоначально стимулированы работами по программе СОИ в рамках систем "Brilliant Eyes" и "Brilliant Pebbles" [3]. Использование в дальнейшем высоких технологий в гражданских отраслях промышленности на Западе, в основном, в США, позволило осуществить быстрый переход к разработкам малых КА различного назначения.

Малые, или легкие, КА разделяют на нано- (М < 10кг), микро- (М < 100кг), мини- (М < 300кг) и собственно малые спутники (М < 500кг) [4]. Эта классификация условная, но она отражает качественные особенности конструкции, технологии и оснащения МКА.

Основные преимущества МКА по сравнению с КА среднего и тяжелого класса состоят в следующем:

  • умеренная стоимость разработок (для разных типов МКА от 5 до 50 млн. USD);
  • малый срок разработки, изготовления и запуска (1,5 - 2 года);
  • возможность оперативного использования вновь разрабатываемых технологий и аппаратуры;
  • возможность легкого восполнения космических систем;
  • возможность создания целевых группировок МКА для решения различных задач;
  • возможность использования ракет-носителей (РН) с меньшей стоимостью или попутных запусков;
  • стимулирование целевых разработок бортовой служебной и измерительной аппаратуры;
  • возможность поддержания непрерывных рядов наблюдений при перерывах в запусках базовых спутников.

Основные проекты наблюдений Земли с использованием МКА до последнего времени имели исследовательский и демонстрационный характер. В то же время в последние годы в связи со снятием ограничений на получение и распространение изображений высокого разрешения за рубежом развернуты работы по ряду коммерческих проектов на основе МКА, которые будут иметь оперативный характер [5]. Данные по основным проектам гражданского назначения с использованием МКА приведены в табл. 1.

Технологический прорыв в создании МКА, обусловленный рядом принципиальных достижений в различных областях микроэлектроники, материаловедении и других областях, позволил разработать поколение элементов и комплексов, составивших основу бортовых служебных систем, используемых в МКА. К числу основных разработок необходимо отнести следующие:

  • бортовые электрические двигатели;
  • кольцевые лазерные гироскопы;
  • средства навигационных местоопределений;
  • средства ориентации;
  • новые композиционные материалы;
  • солнечные батареи нового поколения;
  • бортовые вычислительные средства нового типа;
  • бортовые антенные комплексы с малой массой.

При разработке МКА для наблюдений природной среды в основном реализуется архитектура, включающая базовую платформу (bus platform) для размещения основной служебной аппаратуры и модульные блоки с измерительной аппаратурой. Преимущества этого типа конструкции МКА связаны с унификацией элементов и узлов, повышением надежности, снижением стоимости разработок и изготовления.

В качестве примера, иллюстрирующего этот подход, рассмотрим разработку платформы PegaStar для дистанционного зондирования океана, выполняемую фирмой Orbital Science Corporation, США (рис. 1). Концепция МКА платформы PegaStar разрабатывается для использования совместно с РН "Пегас" и включает совмещенную с верхней ступенью РН систему управления, питания и связи, что позволяет избежать дублирования систем и снизить стоимость разработок.

С использованием этой платформы разработан и МКА SeaStar, предназначенный для исследований цветовых характеристик океана в интересах рабохозяйственной промышленности [6]. Данная платформа обеспечивает следующие основные параметры:

  • трехосная стабилизация с точностью < 1SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 12╤╖;
  • контроль ориентации с точностью 0,1SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 12╤╖;
  • мощность системы энергопотребления 100-300 Вт в непрерывном режиме;
  • бортовая обработка информации и управление экспериментом с использованием бортового компьютера (RISC процессор, память -2 Мб, ОЗУ - 64 Кб;
  • система связи в S и L - диапазоне;
  • точность местоопределения на орбите с использованием GPS-системы -100м;
  • возможность коррекции орбиты с помощью ДУ.

Как видно из рис. 1, платформа PegaStar имеет модульную архитектуру: собственно платформу PegaStar и модуль для установки и обслуживания экспериментальной аппаратуры. В МКА SeaStar основным измерительным прибором является широкоугольная камера для определения цвета океана.

Приведенные данные указывают, что использование МКА, реализующих достижения разработок спутниковой аппаратуры и систем ДЗЗ нового поколения, позволяет решить многие задачи исследований и мониторинга природной среды, для которых в настоящее время используются платформы среднего класса. Это, в свою очередь, определяет следующие "ниши" МКА в перспективных космических системах:

1. Исследования и, в дальнейшем, мониторинг параметров природной среды, не контролируемых оперативными спутниковыми системами.

2. Оперативные измерения отдельных параметров природной среды для решения специальных исследовательских и прикладных задач.

3. Оперативные наблюдения с высоким пространственным разрешением (R = 1-5 м), не охваченные действующими гражданскими космическими системами.

Применительно к потребностям рыбохозяйственной отрасли МКА, оснащенные аппаратурой для дистанционного зондирования океана со средним разрешением, могут обеспечить оперативный мониторинг и разведку основных рыбопромысловых районов.

Вариантами проектов, ориентированных на новую "нишу" в космическом мониторинге природной среды, являются проекты оперативного получения информации с высоким разрешением (проекты "Lewis", "Clark", "SIS-1", "World View", "Eyeglass", а также упомянутый выше проект "SeaStar"). Все эти проекты, имеющие коммерческий характер, находятся в стадии реализации.

Таким образом, можно говорить об эволюции космических систем мониторинга природной среды с постепенным увеличением доли в их структуре МКА и расширением возможностей и потенциала систем за счет включения МКА.

3.Требования к космическому сегменту системы

Задачи рыбного хозяйства в силу своей специфики требуют использования различных подходов при проработке облика системы: с одной стороны необходимо обеспечить мониторинг состояния больших акваторий Мирового океана и шельфовой зоны с пространственным разрешением в единицы км, с другой - обеспечить видовую всепогодную съемку заданных ограниченных акваторий с пространственным разрешением в единицы метров. Это предопределяет наличие в системе спутников как с оптической и ИК - радиометрической аппаратурой, так и с радиолокационной аппаратурой, При этом радиолокатор должен обеспечивать два режима съемки - обзорный и детальный, в зависимости от типа решаемых задач. На каждом спутнике необходимо разместить также аппаратуру дистанционного определения местоположения объектов на морской поверхности типа "Аргос", которая также может быть использована как электронная почта для передачи сообщений от подвижных объектов в центры сбора данных.

Требование временного периода просмотра 1 - 2 раза в сутки означает, что достаточно иметь в системе по одному малому спутнику, оснащенному указанными типами аппаратуры. При этом достаточно иметь 2 - 3 спутника на солнечно-синхронной орбите для удовлетворения практически всех потребностей рабохозяйственной отрасли.

4. Наземные средства системы

При разработке систем ДЗЗ, в т.ч. дистанционного зондирования океана, существенное значение имеет создание наземного сегмента системы, включающего средства приема, обработки и доставки информации потребителю. Наземные средства приема и обработки спутниковой информации должны в общем случае обеспечивать конечному пользователю возможность получения непосредственно или через посредника, выполняющего тематическую обработку, материалов съемки океана из космоса. Наземный комплекс должен осуществлять следующие функции:

  • прием, предварительную обработку и хранение информации, получаемой со спутников;
  • получение и обработку космической информации по отдельным районам рабопромысловой отрасли;
  • сбор и систематизацию дополнительной информации, необходимой для глубокой предварительной обработки материалов космических наблюдений;
  • оперативную передачу потребителям космической информации с различной глубиной предварительной обработки и дополнительных данных;
  • формирование каталога материалов съемки, дополнительных и справочных данных, а также обеспечение теледоступа к этому каталогу;
  • выборочную прикладную цифровую обработку первичных данных до уровня, позволяющего получать конечный тематический продукт.

Национальная инфраструктура гражданских средств приема и распространения спутниковой информации состоит из двух независимых систем:

  • системы приема, обработки и распространения обзорной информации малого пространственного разрешения, поступающей от метеорологических и океанологических спутников "Метеор-3" и "Океан-О", а также многоспектральных съемок поверхности Земли с разрешающей способностью 50-600 м, производимых на КА "Ресурс 01";
  • системы получения, обработки и распространения многоспектральной и панхроматической космической информации высокого пространственного разрешения (2-15 м), поступающей с фото КА "Ресурс Ф" и фото КА Минобороны России.

Наземный комплекс обзорной системы имеет распределенную структуру с Главным центром в Москве и региональными центрами в г.г. Новосибирске и Хабаровске. Прием и регистрация метеорологической и океанологической информации производится в Главном и региональных центрах. Цифровая обработка полученных данных осуществляется только в Главном Центре.

При подобии функциональных требований и структурной схемы отечественных и зарубежных технических средств, используемых в наземных комплексах действующих космических систем [7], следует отметить существующие концептуальные отличия:

  • российский наземный комплекс ориентирован на преимущественное использование информации поступающей от национальной орбитальной группировки, в то время как зарубежные центры обеспечивают возможность приема (получения) и обработки информации высокого разрешения с КА различных стран;
  • в комплексе отсутствует технология предоставления потребителю изображений быстрого просмотра и теледоступа к этим изображениям и каталогу съемок по каналам связи;
  • комплекс не имеет приемных станций вне территории страны, в то время как сеть приемных станций Spot Image, Eosat и Nasda распределена по всему миру;
  • инфраструктура комплекса ориентирована, главным образом, на две отрасли - Гидрометслужбу и Федеральную службу геодезии и картографии, в то время как зарубежные наземные структуры, обеспечивающие прием и обработку изображений высокого пространственного разрешения, имеют межотраслевой характер и нацелены на получение прибыли.

В России наиболее распространенными для отраслевого использования являются комплексы технических средств, позволяющие осуществлять прием спутниковой информации в двух диапазонах: УКВ-137 МГц и СВЧ-L и S диапазонах 1,7 ГГц. Информация, получаемая от спутника NОАА в режиме АРТ, является загрубленной по пространственному и радиометрическому разрешению. В тоже время данный поток формируется из исходного НRРТ формата, являющегося стандартным для использования в метеорологии.

В настоящее время этот же диапазон предложен для использования при передачи информации малого разрешения на спутнике SeaStar. Аналогичный канал используется и в конверсионных малых спутниках России.

Канал 137 МГц, в основном может быть использован для получения обзорных данных. Существенным преимуществом этого диапазона является возможность создания упрощенных комплексов технических средств. Спектр устройств, производимых серийно как в мире, так и в России достаточно широк.

Так, наиболее известными отечественными разработками, конкуренто-способными с зарубежными, являются следующие изделия:

"Сюжет-П" - разработка Санкт-Петербургского НИИ телевидения, "Мемосат" - разработка АО "Сервис-ИНформатика-Космос-Океан" и "Лиана" - разработка СП Scan.4. Сравнительные характеристики перечисленных технических средств приема, обработки и хранения спутниковой информации, выпускаемых в России, приведены в табл. 2. Из отечественных станций приема спутниковых данных формата НRРТ наиболее известными являются изделия Scanor - производства фирмы Scan и "Зенит-ПС-5L", выпускаемая АО "НПО Радиоэлектронной техники".

При анализе особенностей наземного сегмента для обеспечения потребностей рыбохозяйственной отрасли, необходимо учитывать, что поскольку основные промысловые районы распределены практически по всей акватории Мирового океана, а изменчивость океанографических явлений, подлежащих мониторингу достаточно велика, очевидно, что проблема доведения информации до конечного потребителя становится центральной при обеспечении эффективного использования методов дистанционной зондирования в интересах народного хозяйства. Решение указанной проблемы возможно только в случае оснащения конечных потребителей надежными и простыми комплексами технических средств, позволяющими осуществлять прием и обработку поступающего потока информации практически в реальном масштабе времени. Создание именно распределенной сети автономных приемных пунктов информации (АППИ) обусловлено тем, что практически каждый промысловый район обладает своими, только ему присущими специфическими особенностями, когда наряду с космической информацией, должы обрабатываться и сопутствующие данные. При этом АППИ должны размещаться непосредственно на борту крупных научно - исследовательских и научно - поисковых судов, а также на плавучих буровых установках. Такие АППИ наряду с приемом космической информации должны иметь также возможности по планированию съемки и управлению режимами съемки космических аппаратов.

Представляется целесообразным региональный принцип организации мониторинга, поскольку основные шельфовые промысловые районы сосредоточены на Северном и Дальневосточном регионах. Следовательно, в состав пунктов приема должно входить 2 - 3 наземных региональных центра с фиксированными координатами приема, а также около 30 АППИ судового базирования. Эта оценка является минимальной, т.к. по мере развития системы и подтверждения ее эффективности возможно расширение сети на внутренние водоемы.

Региональные центры приема должны иметь возможность выхода на глобальные сети передачи данных и системы связи.

5.Экономические аспекты создания и использования системы МКА

Создание системы МКА с распределенной системой непосредственного приема информации в интересах рыбохозяйственной отрасли может иметь и существенный экономический эффект, который, с одной стороны, обусловлен значительным рынком информации о ДЗ океана, а с другой - существенным уменьшением стоимости системы МКА по сравнению с созданием и поддержанием КА среднего класса.

Международный рынок ИК - радиометрической информации на сегодняшний день является достаточно насыщенным: в постоянной эксплуатации находятся метеорологические спутники NOAA - радиометр AVHRR; ERS-1 - радиометр ATSR; МОЗ-1 - радиометр VTIR. Специализированная оптическая космическая информация в нстоящее время отсутствует, однако готовится к запуску малый спутник SeaStar с прибором SeaWiFS. С учетом возможности только однократного в течение суток использования информации от этого спутника дополнение системы отечественным спутником расширит возможности мирового сообщества при использовании оптической спектрометрической информации океанографического применения. Аналогичная ситуация возникает и с радиолокационной информацией.

Рынок оптической и радиометрической информации, в первую очередь, может быть ориентирован на национальное использование, радиолокационная информация имеет нишу и на международном рынке, особенно в режимах детальной съемки.

Основные организации, поставляющие космическую океанографическую информацию - это фирмы США, Франции, Японии и, в ближайшей перспективе, - Канады.

Проведем оценку необходимого количества информации для внутреннего рынка. В качестве единицы измерения выберем один кадр формата HRPT для ИК и оптической информации и кадр размером 60 х 60 км2 для радиолокационной съемки. При этом следует отметить, что потенциальными пользователями информации в интересах рыбной промышленности могут быть (по возрастанию объемов добычи рыбы): Китай, Япония, США, Чили, Норвегия, Испания, Франция, Латинская Америка. Если потребности развитых стран в полной мере охвачены существующими возможностями зарубежных космических систем, то рынок третьих и развивающихся стран практически не охвачен.

Среднесуточный объем данных, необходимых для обеспечения отраслевых потребностей на внутреннем рынке, может быть грубо оценен как полный объем собираемый на одном полном витке. Учитывая, что скорость передачи данных формата HRPT составляет 665 Кбит/сек, а период обращения спутника около 100 мин., получаемый объем данных может составлять до 400 Мбит. В случае детальной съемки при заданном размере кадра 60 х 60 км2 и пространственном разрешении 10 м объем составит 36 Мбайт/кадр. Среднесуточная потребность - около 30 снимков.

Если полагать, что мировая цена информации, аналогичной рассматриваемой по характеристикам, составляет 2500 USD за кадр, то возможный суточный доход может составить около 750000 USD.

Как известно, традиционные методы обеспечения отраслевого мониторинга основываются на использовании авиационных и судовых измерительных средств. При этом известно, что отраслевой годовой объем затрат на океанографическую съемку судовыми средствами составляет около 20 млн. USD. Использование системы МКА позволит существенно сократить эти затраты. Если учесть, что по зарубежным оценкам стоимость создания и запуска МКА типа "SeaStar" составляет 30-50 млн. USD, то можно ожидать, что создание МКА подобного типа может окупиться за 2-3 года только за счет сокращения затрат на традиционные системы отраслевого мониторинга.

Другой источник экономии затрат, связанных с созданием космических средств для рабохозяйственной отрасли, связан с уменьшением стоимости космической системы. Действительно, использование МКА, как указывалось выше, позволяет достичь существенного прямого экономического эффекта за счет снижения стоимости разработок и создания космических аппаратов (в 3-5 раз меньше по сравнению с КА среднего класса), осуществление запусков МКА более дешевыми РН легкого класса или при попутном выведении с другими КА, а также использования малых пунктов приема информации.

Для обоснования экономической эффективности использования МКА в интересах отрасли необходима разработка инвестиционного проекта с развернутыми и полными балансовыми оценками затрат и прибылей в отрасли.

6.Заключение

  • Анализ тенденций в космическом аппаратостроении показывает возможность использования малых космических аппаратов в интересах рыбохозяйственной отрасли. Это, в частности, подтверждается созданием и предстоящим в 1996 г. запуском МКА "Sea Star" с широкоугольной камерой "Sea WiFS" для исследований и мониторинга цвета океана для океанографических исследований и решения рыбопромысловоых задач.
  • Преимущества использования МКА связаны с малыми сроками разработок и запуска, возможностью оперативного восполнения действующих оперативных космических систем, существенно меньшей стоимостью по сравнению с КА среднего класса. Эти особенности определяют перспективность использования МКА для создания космического сегмента системы мониторинга океана в интересах рыбохозяйственной отрасли.
  • Наземный сегмент космической системы мониторинга океана должен включать 2-3 наземных региональных центра (Мурманск, Владивосток) и около 30 АППИ судового базирования. При этом АППИ наряду с приемом информации должна иметь возможность управлять космическим экспериментом.
  • Создание системы МКА с распределенной системой непосредственного приема информации может дать существенный экологический эффект для рыбохозяйственной отрасли в результате существенного сокращения затрат на традиционные системы отраслевого мониторинга и значительного удешевления космического сегмента системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  • The Future of Remote Sensing: Civilian Satellite Systems and Applications. OTA-ISC-558, 1993
  • Перспективная космическая система дистанционного зондирования природной среды", РКА, 1994
  • А.А.Романов. Состояние разработок бортовой аппаратуры для системы "Brilliant Eyes". ФТИ, 1994
  • M.N.Swetting. UoSAT microsatellite mission. Electronics and Communications Eng. Journal, June, p.141, 1992
  • Remote Sensing Strategic Action Plan NASA/Office of Advanced and Technology, 1993
  • Civilian Satellite Remote Sensing. A Strategic Approach, OTA-ISS-607, 1994
  • Remotely Sensed Data:Technology Management and Markets Office of Technology Assesment, Congress of USA, 14 OTA-ISS-604, 1994

© InterNevod
Designed by WebSkate
Powered by Norma-Press
Основные функциональные модули проекта Торговая система Рыбная баннерная система БД предприятий рыбной отрасли
  Flash-презентация