На портале TerraView размещена статья А.Л. Чуркина, опубликованная в журнале «Геоматика» №2(11), 2011 г., о спутниках четвёртого поколения «Метеор МП». Ознакомиться с материалом полностью можно здесь

В последнее десятилетие диапазон космических интересов ФГУП «НПП ВНИИЭМ» значительно расширился. В сферу деятельности предприятия в настоящее время входят задачи всего тематического спектра дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): от научного изучения планеты и окружающего космического пространства до картографии и мониторинга чрезвычайных ситуаций. При этом ФГУП «НПП ВНИИЭМ» не забывает про одно из своих традиционных направлений ДЗЗ – гидрометеорологию – и, опять-таки традиционно, не останавливается на достигнутом. Параллельно с развертыванием и отладкой космического комплекса (КК) «Метеор-3М» начата разработка КК «Метеор-МП» — комплекса нового, четвёртого (следующего после «Метеор-3М») поколения. В 2010 г. разработан и защищен эскизный проект КК «Метеор-МП», а 17 февраля 2011 г. предприятие получило право на продолжение работ по созданию КК. В течение последних лет, на фоне создания космической системы (КС) «Метеор-3М», в рамках НИР, системных проектов и др., ФГУП «НПП ВНИИЭМ» в кооперации при научно-техническом сотрудничестве с ФГУП «ЦНИИМАШ» и ГУ «НИЦ «Планета» исследовались возможные и целесообразные направления и средства модернизации КС гидрометеорологического и океанографического обеспечения. Результаты исследований вполне коррелируются с техническим заданием на ОКР «Метеор-МП». Эскизный проект демонстрирует, что при создании российского гидрометеорологического и океанографического КК следующего поколения основными задачами будут являться: расширение рабочих спектральных диапазонов, увеличение количества спектральных каналов и повышение метрических свойств информационной аппаратуры в стремлении к современным международным требованиям;создание ряда принципиально новых для российского космического приборостроения информационных приборов, основанных на вновь осваиваемых методах ДЗЗ и атмосферы; повышение пропускной способности радиоканалов передачи целевой информации (включая освоение новых радиочастотных диапазонов) при сохранении задачи использования существующих наземных приемных средств и применения международных частот и форматов передачи данных; совершенствование координатно-временной привязки целевой информации, автоматизации наземной первичной и стандартной вторичной обработки; рациональное распределение информационных приборов по отдельным космическим аппаратам (КА), обеспечивающее сочетаемость и взаимное дополнение видов одновременно получаемой информации; электромагнитную и геометрическую совместимость аппаратуры на борту КА; оптимальную загрузку радиоканалов и мощности средств электроснабжения КА и пр.; оптимизация баллистического построения орбитальной группировки с целью повышения периодичности обзора средствами глобального наблюдения с ограниченного количества КА, а также сбалансированного сочетания полос обзора, пространственного разрешения и радиометрических свойств различной информационной аппаратуры на одном борту; повышение срока активного существования (САС) информационной аппаратуры и КА в целом до оптимальных значений; рациональный подход к комплектации российских КА гидрометеорологического и океанографического КК с помощью планируемого использования информации других КК ДЗЗ.

По формальным признакам выполняемой разработки в соответствии с федеральной космической программой для КК «Метеор-МП» сохраняется состав оперативной орбитальной группировки системы: три КА на солнечно-синхронных орбитах (ССО) с океанографической специализацией третьего; по основным позициям сохраняется состав информационных приборов. При этом часть задач уточняется и дополняется, вводятся новые. Однако после защиты эскизного проекта госзаказчиком уточнено: в связи со значительным количеством вновь вводимых и существенно модернизируемых приборов два оперативных гидрометеорологических КА должен предварять КА, специально создаваемый для летно-конструкторских испытаний, а для оперативного восполнения группировки в дальнейшем предусматривается изготовление одного резервного гидрометеорологического КА. Таким образом, в целом работа предусматривает создание пяти аппаратов.

Если приборный состав КА для океанографических наблюдений и исследований ещё уточняется, то комплекс информационной аппаратуры гидрометеорологических КА практически согласован: многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР); инфракрасный Фурье-спектрометр (ИКФС);спектрометр для определения газового состава атмосферы (СА); модуль температурно-влажностного зондирования атмосферы (МТВЗА); комплекс многозональной спектральной съемки среднего разрешения (КМСС); гидрометеорологический бортовой радиолокационный комплекс (МБРЛК); аппаратура радиопросвечивания атмосферы (АРМА); бортовой радиокомплекс системы сбора и передачи данных (БРК ССПД); гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК); бортовая информационная система (БИС). Несмотря на совпадение наименований большинства приборов с наименованиями их предшественников, во многих случаях это качественно новая аппаратура, создаваемая с участием как традиционной, так и вновь привлекаемой кооперации ФГУП «НППВНИИЭМ». МСУ-МР. Его «однофамильцев» с КА «Метеор-М»№№ 1 и 2 (6 спектральных каналов, пространственное разрешение 1 км), несмотря на сохранение назначения (глобальная съемка облачности, поверхности Земли, Мирового океана, в т. ч. ледового покрова на освещенной и теневой сторонах Земли), затруднительно назвать даже прототипами МСУ-МР КК «Метеор-МП».

Новый прибор будет обладать 17 спектральными каналами в видимом и инфракрасном (ближнем, среднем и тепловом) диапазонах спектра. Повышается (до 500 м) пространственное разрешение, улучшаются радиометрические характеристики. Для российской космической метеорологии создается прибор действительно нового поколения. Ближайшими зарубежными аналогами разрабатываемого устройства являются два американских прибора: функционирующая в настоящее время сканирующая спектрометрическая камера MODIS и разрабатываемый для КА NPOESS радиометр VIIRS.

ИКФС. Фурье-спектрометр должен обеспечивать ведение глобального мониторинга атмосферы и подстилающей поверхности в ИК-диапазоне спектра для получения профилей температуры в тропосфере и нижней стратосфере, профилей влажности в тропосфере, определения общего содержания озона и малых газовых компонент, а также температуры подстилающей поверхности. Российский прототип прибора — ИКФС-2 для КА «Метеор-М» №2, запуск которого намечен на 2012 г. К сожалению, ИКФС-2 по ряду ключевых характеристик уступает западным образцам: успешно функционирующему Фурье-спектрометру IASI (InfraredAtmospheric Sounding Interferometer) европейского спутника MetOp и разрабатываемому для американских КА NPOESS Фурье-спектрометру CrIS (CrosstrackInfrared Sounder). При разработке Фурье-спектрометра для КК «Метеор-МП» (ИКФС-3) ставится задача обеспечить качество выходных данных,сравнимое с данными IASI и СrIS и удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к перспективным приборам. Анализ задач и технических требований привел к необходимости использования многоплощадочного фотоприемника: для обеспечения необходимых значений обнаружительной способности во всемспектральном диапазоне он разбивается на 3 поддиапазона, каждому из которых соответствует свой тип фотоприёмник. Характеристики прибора ИКФС-3 выбраны и обоснованы с учетом требований Всемирной метеорологической организации: спектральный диапазон λ = 3,7÷15мкм; спектральное разрешение Δν ≤ 0,1÷0,2 см–1;погрешность измерения спектральной яркости (при λ = 12 мкм и T = 300 К) ≤ 0,3 К.СА. Спектрометр для определения газового состава атмосферы (или спектрометр атмосферы) должен обеспечивать определение тропосферных и стратосферных аэрозолей и газовый состав атмосферы. В зарубежной космической технике существует ряд приборов аналогичного назначения. Наиболее полным прототипом является спектрометр SCIAMACHY (ScanningImaging Absorption spectrometer for Atmospheric Cartography), функционирующий на борту европейского КА Envisat с 2002 г. Отечественное космическое приборостроение пока не может похвастаться определенным в техническом задании спектрометром, перекрывающим диапазон отультрафиолетового до ближнего инфракрасного и выполняющим как надирные, так и лимбовые наблюдения. Создание СА предполагает участие в разработке кооперации нескольких предприятий России и ближнего зарубежья. Фактически СА будет представлять собой аппаратурный комплекс для наблюдения в восьми спектральных каналах: UV1, UV2 — ультрафиолетовые; VIS1, VIS2, VIS3 — каналы видимого диапазона; NIR1, NIR2, NIR3 — каналы ближнего инфракрасного диапазона. Наблюдение ведется одновременно во всех спектральных диапазонах. Прибор регистрирует рассеянное и отраженное от атмосферы солнечное излучение с относительно высокой разрешающей способностью (0,25÷0,5 нм) в спектральной области 240÷1700 нм и выборочно — в области 2000÷2400 нм,что позволит обнаружить многие атмосферные газы и аэрозоли даже в минимальной концентрации.

МТВЗА. Модуль температурно-влажностного зондирования атмосферы должен обеспечивать ведение глобального мониторинга атмосферы и подстилающей поверхности в микроволновом диапазоне спектра для получения вертикального профиля температуры атмосферы, профиля влажности атмосферы, определения интегральных параметров атмосферы и подстилающей поверхности, для диагностики геофизических процессов в системе океан-атмосфера. Различные модификации прибора МТВЗА уже неоднократно выводились на орбиту на российских и украинских КА («Метеор-3М», «Метеор-М», «Сiч»). По основным техническим характеристикам МТВЗА отвечает необходимым требованиям для решения задач по восстановлению метеорологических параметров атмосферы и подстилающей поверхности и не уступает зарубежным аналогам. Тем не менее прибор продолжает совершенствоваться. В варианте для КК «Метеор-МП» модуль под рабочим наименованием «МТВЗА-ГЯ-М» должен выполнять зондирование в 30 каналах диапазона рабочих частот от 6,9 до200 ГГц. Впервые предлагаемые в рамках данного проекта СВЧ-поляриметры МТВЗА-ГЯ-М позволяютрешать дополнительные задачи метеорологического обеспечения потребителей (определение скорости и направления ветра).

КМСС. Комплекс многозональной спектральной съемки среднего разрешения должен обеспечивать проведение локальной съемки на освещенной стороне подстилающей поверхности. КМСС не является классическим гидрометеорологическим прибором, а ориентирован на выполнение региональных наблюдений подстилающей поверхности, в частности на мониторинг природных чрезвычайных ситуаций (разливы рек, наводнения, пожары и т.п.) По сравнению с прототипом на КА «Метеор-М», к КМСС повышены требования по количеству спектральных каналов (6 каналов в видимом диапазоне) и полосе захвата (1000 км) при пространственном разрешении ~80 м. Для выполнения требований комплекс состоит не из трех (как прежде),а из четырех съемочных камер. Ближайший зарубежный аналог — DMC MSI разработки SSTL (Великобритания) также представляет собой многокамерный комплекс. В его составе шесть однотипных модулей — оптико-электронных головок, установленных на едином V-образном кронштейне. МБРЛК. Как и КМСС, радиолокационный комплекс является сеансной аппаратурой и ориентирован на региональные (но локационные) наблюдения подстилающей поверхности, включая мониторинг ледовой обстановки. Прототип МБРЛК — создаваемый для КА«Метеор-М» №3 БРЛК X-диапазона «ЭЛСАР-1» на базе радиолокатора с активной фазированной решеткой (АФАР) — более многорежимный и, соответственно, более сложный БРЛК. Его метеорологическая модификация будет заключаться, главным образом, в сокращении количества режимов при улучшении эксплуатационных характеристик.Учитывая, что АФАР может использоваться в различных режимах, с акцентом на свойства, более важные в данном тематическом применении, в гидрометеорологических КА «Метеор-МП» будет востребована не детальная кадровая съёмка, а широкая (750 км) полоса захвата, формируемая из многих парциальных кадров — так называемый метод «ScanSAR». Фактически, предусматривается работа только в двух режимах: с пространственным разрешением 400 м и1000 м. При этом, обеспечиваются очень высокие радиометрические характеристики: разрешение 0,64 дБ (для 400 м) и 0,33 дБ (для 1000 м) при шумовом эквиваленте минус 32 дБ и минус 35 дБ соответственно. В режиме 1000 м обеспечивается синтез радиолокационных изображений на борту в реальном масштабе времени.Еще одно преимущество применения АФАР в данном случае заключается в наименовании РСА (радио-локатор с синтезированной апертурой). С учетом многочисленного приборного состава и сложности конструктивного построения КА «Метеор-МП» сокращение физической апертуры МБРЛК является весьма актуальной задачей.

АРМА. Аппаратура радиомониторинга (или, точнее, радиопросвечивания) атмосферы должна обеспечивать определение температуры атмосферы и атмосферного давления методом радиозатменного мониторинга сигналов навигационных КА. Метод основан наизмерении параметров (частоты, фазы, амплитуды) навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС, GPS и Galileo на их восходе или закате за земной горизонт (наблюдение через атмосферу), сравнении этих значений с «чистыми» (принятыми в зените) сигналами и определении состояния атмосферы по степени искажения сигналов.По сравнению с аппаратурой радиомониторинга,создаваемой для КА «Метеор-М» №3, в АРМА КК «Метеор-МП» предусматриваются дополнительные возможности, связанные с определением свойств не только атмосферы, но и подстилающей поверхности по характеристикам, отраженных от нее, сигналов навигационных спутниковых систем. В частности, определение статистических характеристик взволнованной поверхности океана и скорости ветра над морем из измерений ширины доплеровского спектра отраженного сигнала при малых углах скольжения.

БРК ССПД. Бортовой радиокомплекс системы сбора и передачи данных должен обеспечивать сбор гидрометеорологических данных от наземных, ледовых, дрейфующих автоматических измерительных платформ и передачу этих данных потребителю.По сравнению с аппаратурой БРК ССПД, функционирующей на КА «Метеор-М», для повышения оперативности, помимо непосредственной передачи данных, на наземные приемные пункты на КА «Метеор-МП» предусматривается ретрансляция собранных данных через геостационарный КА «Электро-Л». При этом, задержка передачи потребителю гидрометеорологической информации, собранной КК «Метеор-МП», даже в полярных районах составит не более 30 мин.

ГГАК. Гелиогеофизический аппаратурный комплекс предназначен для измерения спектров и потоков космических частиц. В КК «Метеор-МП» передкомплексом ГГАК поставлен значительно более широкий круг задач гелиогеофизического обеспечения, чем в КК «Метеор-3М». Большинство этих задач относятся к разряду наблюдений за «космической погодой» и тахогенными воздействиями на ОКП; для реализации задач предусмотрен обновленный комплекс из четырех различных датчиков и интерфейсного блока.

БИС. Учитывая исключительно высокую суммарную информативность бортовой информационной аппаратуры КА, разнообразный характер и назначение датчиков, а также международные обязательства, для передачи целевой информации будет использоваться обширный набор радиоканалов.Кроме того, планируется использование ретрансляционного канала через геостационарный КА «Луч-4» со скоростью 300 Мбит/с. С КА «Метеор-МП» информация через бортовой лазерный терминал будет передаваться в оптическом диапазоне на КА «Луч-4», конвертироваться в Ku-радиодиапазон и отправляться на наземную приемную станцию. В целом, необходимо отметить, что практически по всем своим характеристикам, создаваемый комплекс соответствует лучшим современным зарубежным образцам, отвечает требованиям Всемирной метеорологической организации и, действительно, должен стать новой ступенью в отечественном космическом приборостроении.