В целом мировая отрасль космической съемки демонстрирует высокую динамику, многопрограммность и гибкость в развитии новых видов продуктов, услуг и доступа к геоданным

В.Е. Гершензон (ИТЦ «СканЭкс»)

А.А. Кучейко (ИТЦ «СканЭкс»)

В настоящее время в мире со-храняется тенденция увеличения числа спутников с аппаратурой съемки Земли. Растет число стран-операторов национальных систем ДЗЗ. В начале 1990-х годов национальные спутниковые системы ДЗЗ эксплуатировали семь стран (США, СССР, Китай, Франция, Индия, Израиль и Япония), в 2000 г. их было 20, в настоящее время больше 30. В 2007 г. спутники ДЗЗ впервые запустили Индонезия (LAPAN-Tubsat), Египет (Egyptsat-1) и Саудовская Аравия (Saudisat). В последние годы частота запусков военных и гражданских космических аппаратов (КА) с аппаратурой съемки Земли в мире составила 10 15 аппаратов в год.

Космические системы ДЗЗ и видового наблюдения стали необходимым компонентом информационной инфраструктуры современного государства. Одновременно сложился и развивается мировой рынок геоданных и материалов космической съемки. Растет объем продаж, разрабатываются новые технологии съемки и обработки, расширяются прикладные области применения геоданных.

Возможности находящихся на орбите спутников ДЗЗ неравноценны, значительная часть из них относится к экспериментальным, образовательным и технологическим проектам, поэтому получаемые с их помощью данные недоступны массовым пользователям или не играют существенной роли на мировом рынке. Ведущие позиции в мире занимает небольшое число стран, сумевших создать высокопроизводительные оперативные программы ДЗЗ, которые регулярно пополняются новыми аппаратами и являются основными поставщиками космической информации.

В тройке лидеров мирового рынка находятся США, Франция и Индия. Каждая из стран «исповедует» свой подход к развитию и финансированию систем ДЗЗ (табл. 1), но занимает ведущие позиции в основных сегментах рынка. Космическая информация программ ДЗЗ стран-лидеров доступна и в России.

Таблица 1. Состав космических группировок гражданских спутников ДЗЗ ведущих стран мира

Соединенные Штаты демонстрируют коммерческую модель развития систем ДЗЗ. Так, в начале 2000-х годов появились первые полностью коммерческие программы съемки метрового разрешения IKONOS, QuickBird и OrbView, созданные на средства частных инвесторов. Однако из-за недостаточного уровня развития рынка данных ДЗЗ в 2006 г. произошло слияние двух ведущих компаний США (Space Imaging и OrbImage объединились в компанию GeoEye), а основным источником доходов современных операторов являются правительственные (прежде всего оборонные) заказы. В то же время информация правительственных программ, реализованных за счет средств налогоплательщиков, распространяется по цене копирования (Landsat) или бесплатно (EOS, датчик MODIS).

Половодье на р. Оке под Муромом (снимок SPOT-4, 5 мая 2006 г.)

Франция, Германия, Италия, Канада и Израиль демонстрируют различные варианты частно-государственного партнерства в развитии программ ДЗЗ. Частный капитал участвует в финансировании изготовления спутников, получая взамен права на коммерческое распространение информации. Так, действующие многоцелевые спутники SPOT-2, -4, -5 созданы на средства французского космического агентства CNES и инвесторов, продажами данных занимается компания SPOT Image (агентство CNES один из ее акционеров). В финансировании радарного проекта TerraSAR-X участвовала компания-оператор Infoterra GmbH (Германия), а в проекте RADARSAT-2 компания MDA (Канада).

Развязка автодорог в Калининградской обл. (снимок EROS-B)

Индия переняла плановую советскую систему государственного финансирования отрасли ДЗЗ и создала одну из успешных программ ДЗЗ IRS, сбалансированную по составу и спектру решаемых задач. Маркетинговое сопровождение и коммерческое распространение космической информации IRS за рубежом осуществляет государственная корпорация ANTRIX (коммерческое крыло национального космического агентства ISRO), благодаря чему средства, поступающие от мировых продаж геоданных, аккумулируются для дальнейшего развития отрасли(1).

Основу индийской группировки составляют три многоцелевых спутника IRS-1C, -1D, -P6, картографический спутник IRS-P5 Cartosat-1 с двухкамерной оптической системой для стереосъемки и новый спутник Cartosat-2 с метровым разрешением.

Ледоход на р. Лене в Якутии (снимок SPOT-4, 22 мая 2006 г.)

Модель с государственным финансированием программ ДЗЗ распространена в Китае, Корее, Японии и Тайване. Можно долго сравнивать достоинства и недостатки вариантов развития, но в настоящее время наиболее распространенной схемой в отрасли ДЗЗ является частно-государственное партнерство.

Вслед за тремя «китами» рынка космической информации по объемам мировых продаж следуют страны Европы, Канада и Израиль, создавшие коммерчески успешные программы ДЗЗ, сети дистрибьюции и технологии обработки данных, а также предлагающие востребованные услуги и сервисы. В отличие от лидеров, эти страны создали спутники, работающие на отдельные сегменты рынка. Например, Канада планирует развивать серию спутников RADARSAT, укрепляя лидирующие позиции на рынке радарной съемки. Израиль создал первую систему из двух спутников EROS-A и EROS-B высокодетальной панхроматической съемки. Германия готовится запустить первый радарный спутник метрового разрешения TerraSAR-X.

Международные сети станций приема
Положение страны, компании или организации-оператора программы ДЗЗ на рынке геоданных при прочих равных условиях во многом определяется наличием развитой сети дистрибьюторов. Основные компании-операторы систем ДЗЗ США, Франции, Индии, Канады и Израиля распространяют космическую информацию через международные сети станций прямого приема (табл. 2). Достоинства такой распределенной схемы (высокая производительность и оперативность приема при сравнительно низкой стоимости информации) сделали ее популярной в мире и России. В последние годы российские станции вошли в состав сетей практически всех крупнейших программ ДЗЗ.

Таблица 2. Международные сети станций прямого приема информации и интеграция России в мировую инфраструктуру рынка данных ДЗЗ

Фрагмент снимка морского порта (снимок EROS-B)

Развязка автодорог в Эр-Рияде (Саудовская Аравия, снимок Cartosat-1)

Противоположная по принципу действия централизованная схема распространения данных реализована у компании DigitalGlobe (оператор спутника QuickBird-2, который передает информацию только с задержкой через бортовые магнитофоны). Однако и она в перспективе планирует запустить спутник WorldView-1, который будет вести передачу изображений в масштабе реального времени на сеть приемных станций.

«Новички» мирового рынка данных ДЗЗ Корея и Тайвань, не имея сетей дистрибьюции, продали права на распространение космической информации новых спутников KOMPSAT-2 и Formosat-2 одному из лидеров рынка компании SPOT Image, благодаря чему получили дополнительные финансовые средства для развития отрасли и вышли на мировой рынок.

Отдельного внимания заслуживает опыт Китая и Бразилии, которые эксплуатируют совместную систему ДЗЗ CBERS, охватывающую пока только их внутренние рынки. Политика национальных операторов «данные системы CBERS для национальных заказчиков бесплатны» привела к значительному снижению стоимости зарубежной космической информации на рынках этих стран. В 2007 г. после запуска спутника CBERS-2B с несколькими сканерами Китай и Бразилия планируют начать коммерческое распространение геоданных на мировом рынке.

Япония в 2006 г. приступила к эксплуатации нового многоцелевого спутника ALOS (DAICHI), оснащенного радаром L-диапазона, многоспектральной системой AVNIR и трехкамерной оптической системой PRISM. Спутник создан на средства государственного бюджета, поэтому стоимость данных ALOS для японских заказчиков является сравнительно невысокой. В соответствии с плановым графиком спутник осуществляет глобальную съемку Земли, поэтому коммерческие заказы на оперативную съемку от зарубежных клиентов не принимаются.

Новые схемы распространения информации
В борьбе за клиента мировые операторы программ ДЗЗ предоставляют новые услуги и сервисы. Компании GeoEye и ImageSat International предлагают услуги «виртуального оператора», когда клиент с собственной станции закладывает на борт спутника IKONOS-2 или EROS рабочую программу съемок и становится владельцем принимаемой информации. Другая разновидность сервиса «виртуальный терминал» позволяет клиенту заказывать через Интернет-интерфейс съемку на заданный район и получать данные или готовые продукты. Если «виртуальный оператор» является для России пока еще экзотикой, то «виртуальный терминал» уже вполне доступен.

Геленджик (снимок EROS-A; синтез цвета совместно со снимком SPOT-4)

Все большую популярность среди пользователей завоевывают такие формы представления пространственной информации, как геопорталы и геосервисы. Пример сервиса Google Earth продемонстрировал возможность удобного представления пространственных данных на основе спутниковых снимков в виде геопортала с Web-доступом. Преимущества геопортала очевидны: быстрота и удобство поиска и отображения геоданных, возможность наращивания и хранения архивов космических снимков, совмещения снимков с дополнительной семантической информацией для анализа и принятия решений и т. д. Удобная форма и широкие возможности геопорталов привлекают внимание крупных коммерческих компаний и государственных ведомств; во Франции и Канаде уже развиваются аналогичные национальные сервисы. Имеется первый опыт разработки геопорталов и в России ( www.new.kosmosnimki.ru ).

Развитие рынка данных в разных сегментах
Сегмент рынка сверхвысокого разрешения (менее 2 м) в последние годы быстро развивается (табл. 3). С 1999 г. сразу пять стран вывели на орбиту гражданские и коммерческие спутники с аппаратурой метрового и субметрового разрешения, которую ранее применяли только оборонные структуры: IKONOS-2, QuickBird-2, OrbView-3 (все США), EROS-B (Израиль), «Ресурс-ДК1» (Россия), KOMPSAT-2 (Корея) и Cartosat-2 (Индия). Самые детальные изображения поставляют спутники QuickBird-2 (0,6 м) и EROS-B (0,7 м). Космическая информация применяется в задачах планирования, строительства, муниципального управления, кадастра, для обновления карт и планов до масштабов 1:5000 и 1:2000.

Таблица 3. Основные характеристики существующих и перспективных спутников сверхвысокого разрешения

Район рубки леса в Карелии (снимок EROS-A, синтез цвета совместно со снимком SPOT-4)

В ближайшие годы запуски аналогичных спутников планируют Франция, ESA, Китай и др. Основной тенденцией является улучшение пространственного разрешения до 0,5 0,4 м (спутники GeoEye-1, WorlView-1, -2), точности геопривязки изображений (<3 м без опорных точек) и производительности съемки на витке. Зарубежным заказчикам (например, в Россию) американские изображения по действующим положениям будут поставляться загрубленными до 0,5 м.

В сегменте рынка данных высокого разрешения (2 10 м) спросом пользуются материалы съемок хорошо известных в России спутников IRS-1C, -1D, -P6 (разрешение 5,8 м) и SPOT-5 (разрешение 2,5 и 5 м). В последние годы на орбиты были запущены спутники Formosat-2 (Тайвань), ALOS (Япония) и IRS-P5 Cartosat-1 (Индия).

Спутник Formosat-2 выведен на кратно-синхронную орбиту высотой 890 км, после 14 ежесуточных витков начинается повторное движение по той же трассе. В результате спутник может осуществлять ежесуточную съемку района, который находится вдоль трассы полета. Недостатком такой траектории являются непросматриваемые («мертвые») зоны или районы, которые спутник может снимать только с большими углами отклонения от надира (табл. 4).

Таблица 4. Основные характеристики существующих оптико-электронных систем (ОЭС) высокого разрешения

Для создания топографических карт и цифровых моделей рельефа (ЦМР) используются стереопары, получаемые с помощью картографических многокамерных оптико-электронных систем, установленных на спутниках SPOT-5, IRS-P5 Cartosat-1 и ALOS (табл. 5). В 2005 2006 гг. Индия завершила полную съемку территории страны с помощью Cartosat-1 для разработки общенациональной серии карт масштаба 1:25 000 и ЦМР (погрешность определения координат cоставила 3,1 м по вертикали и 2,5 м в плане). С 2007 г. спутник Cartosat-1 выполняет оперативные заказы на съемку территории России.

Таблица 5. Основные характеристики спутников ДЗЗ с многокамерными ОЭС высокого разрешения

Основными поставщиками данных в сегменте среднего разрешения (10 250 м) остаются спутники программ IRS-1С, -1D, -P6 и SPOT-2, -4, -5. Наибольшим спросом пользуются многоспектральные изображения с оперативным доступом для решения мониторинговых задач в лесном и сельском хозяйстве, при предотвращении и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, для использования в природоохранных и экологических приложениях. Продолжается ограниченная эксплуатация спутника Landsat-5, который значительно превысил расчетный срок службы, и Landsat-7, на борту которого неисправен корректор камеры ETM+ (табл. 6).

Таблица 6. Основные характеристики существующих оптико-электронных систем среднего разрешения

За годы работы японского мультиспектрального радиометра ASTER, установленного на спутнике Terra, накоплен значительный архив информации. Радиометр ASTER обеспечивает многоканальную съемку (с возможностью стереосъемки) с пространственным разрешением 15, 30 и 90 м в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне, средневолновом и длинноволновом (тепловом) участках ИК спектра.

Несмотря на то, что ведущие операторы ДЗЗ уделяют меньше внимания разработке новых си-стем среднего разрешения, именно такие датчики необходимы для решения различных задач оперативной съемки в России. К сожалению, в 2006 г. единственный российский спутник такого класса «Монитор-Э» вышел из строя. В 2007 2008 гг. ожидается появление аппаратов «Метеор-3М» № 2 (Россия) и CBERS-2B (Бразилия). Администрация США планирует пополнить систему Landsat в 2009 г.

В области радарной съемки действуют три программы RADARSAT-1 (Канада), ENVISAT-1/ASAR (Европа) и ALOS/PALSAR (Япония). Лидером по объему мировых продаж остается программа RADARSAT благодаря удобству обслуживания, лучшему пространственному разрешению и оперативности выполнения заказа (табл. 7).

Таблица 7. Основные характеристики радарных спутников ДЗЗ

Общей тенденцией в области радарной съемки является улучшение пространственного разрешения до 1 м, повышение информативности РСА за счет применения сигналов разной поляризации, возможность интерферометрической съемки, повышение оперативности выполнения заказов и доставки информации.

В ближайшие годы благодаря росту объема радарной информации ожидается снижение стоимости продуктов, развитие новых технологий обработки и прикладных направлений. Основные области применения предотвращение и ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций, разведка нефтегазовых месторождений, экологический мониторинг, контроль зон судоходства и рыбного промысла, ледовая разведка, картография, сельское хозяйство, страхование и др.

В сегменте космической информации низкого разрешения (от 250 и более 1000 м) основными поставщиками данных являются спутники глобальной оперативной съемки с широкозахватной аппаратурой низкого разрешения Terra и Aqua (сканер MODIS), ENVISAT (MERIS), SPOT (Vegetation) и др., а также специализированные спутники США, Индии, Китая и Тайваня с многоканальной аппаратурой съемки поверхности океанов в оптическом и СВЧ-диапазонах электромагнитного спектра (табл. 8).

Таблица 8. Основные оперативные спутники с аппаратурой низкого разрешения

Снимок пожара в тайге около оз. Байкал (Aqua, радиометр MODIS, 7 мая 2007 г.)

Наиболее широкое распространение получили данные 36-канального спектрорадиометра MODIS спутников Terra и Aqua благодаря политике свободного доступа, прямой передачи изображений и открытого распространения программ и алгоритмов обработки. Международная сеть станций прямого приема программы EOS, реализуемой агентством NASA, насчитывает более 120 единиц (из них более 20 станций расположены в России). Цветные изображения с разрешением 250 1000 м, доступные с минимальной задержкой после съемки, широко применяются для метеопрогноза, экологического мониторинга, обнаружения лесных пожаров, ледовой разведки и др. Отечественная система пожарного космического мониторинга Рослесхоза в последние годы базировалась исключительно на информации программ EOS и NOAA. В мире получили широкое распространение Интернет-сервисы доступа к данным MODIS в режиме on-line (российский вариант такого сервиса EOStation разработан ИТЦ «СканЭкс»). В 2009 г. агентство NASA планирует вывести на орбиту новый спутник NPP для отработки сканеров с разрешением 400 800 м.

Специализированная информация датчиков OrbView-2 (SeaWiFS), ENVISAT-1 (MERIS), SPOT (Vegetation) для задач океанологии, изучения растительности и др. распространяется на платной основе. Дальнейшее развитие сегмента данных низкого разрешения связано с повышением информативности и оперативности съемки.

В целом мировая отрасль космической съемки демонстрирует высокую динамику, многопрограммность и гибкость в развитии новых видов продуктов, услуг и доступа к геоданным.

Все использованные в статье изображения приняты и обработаны средствами ИТЦ «СканЭкс» по лицензионным соглашениям с компаниями-операторами, изображение IRS-P5 предоставлено компанией ANTRIX.

1 Авторы не идеализируют индийскую государственную модель, но отмечают ее успешность по сравнению с российскими реалиями.