РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2015, том 2, выпуск 4, c. 14–19
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ,
ПЛАНЕТ И ДРУГИХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
ГЕОЭКОЛОГИЯ И КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПОИСКА И СПАСАНИЯ
УДК 629.78
Состояниеи перспективы развития
космических комплексов «Канопус-В» и «Метеор-М»
А. В.Горбунов1, И.Ю.Ильина, В.К.Саульский2
1к. т. н., 2д. т. н.
АО «Корпорация “ВНИИЭМ”»
e-mail: ntk.vniiem@bk.ru
Аннотация. АО «Корпорация “ВНИИЭМ”» развивает два основных направления создания космических комплексов
(КК) дистанционного зондирования Земли: 1) КК оперативного мониторинга техногенных и природных
чрезвычайных ситуаций на базе спутников «Канопус-В» и 2) КК гидрометеорологического назначения на базе
спутников «Метеор-М». Для обоих видов КК приведены составы решаемых задач, орбитальные характеристики,
параметры бортовых комплексов аппаратуры, планируемые сроки запусков очередных спутников, направления
дальнейших разработок перспективных космических аппаратов.
Ключевые слова: полезная нагрузка, космический комплекс, «Канопус-В», «Метеор-М», космическая платформа,
орбита, панхроматический, многоспектральный
State and perspectives of space complexes “Kanopus-V”
and “Meteor-M” development
A.V.Gorbunov1, I.Yu. Ilina, V. K. Saulsky2
1candidate of engineering science, 2doctor of engineering science
JSC “VNIIEM Corporation”
e-mail: ntk.vniiem@bk.ru
Abstract. JSC “VNIIEM Corporation” creates and develops two main directions of space complexes (SC) for the Earth
remote sensing: 1) SCs on the base of “Kanopus-V” satellites for anthropogenic and natural disaster monitoring,
2) hydro-meteorological SCs on the base of “Meteor-M” satellites. A lot of data including task compositions, orbital
characteristics, on-board payload parameters, planning times to launch new satellites in their orbits, father trends for
perspective space craft development are given for both of the above mentioned SCs.
Key words: payload, space complex, “Kanopus-V”, “Meteor-M”, space platform, orbit, panchromatic, multispectral
Стр.1
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
АО «Корпорация “ВНИИЭМ”» создает космические
комплексы дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ) уже около полувека. В настоящее
времянаорбитах находятсядваКАоперативного
мониторинга техногенных и природных чрезвычайных
ситуаций (ЧС) «Канопус-В» и «Белорусский
космический аппарат», запущенные 22 июля
2012 г., и два КА гидрометеорологического назначения
«Метеор-М» №1 и «Метеор-М» №2,
выведенные в космос соответственно 17 сентября
2009 г. и 8 июля 2014 г.
Спутник «Канопус-В » [1] функционирует на
круговой солнечно-синхронной орбите с высотой
около 510 км. Время пересечения восходящего узла
орбиты — 11 час. 27 мин. Спутник имеет трехосную
систему ориентации и стабилизации, обеспечивающую
точность ориентации не хуже 5 угловых
мин и точность стабилизации — не хуже
0,001 ◦/с. Масса спутника — 473,2 кг, в том числе
масса полезной нагрузки — 108 кг. Срок активного
существования не менее 5 лет.
Как отмечено выше, основное назначение этих
спутников — анализ и прогноз техногенных и природных
ЧС. Наряду с этим, информация от данных
КА широко используется для следующих целей:
– обнаружения крупных выбросов загрязняющих
веществ в окружающую среду и решения других
задач экологического мониторинга;
– выявления перспективных площадей на поиск
полезных ископаемых;
– создания и обновления топографических карт;
– составления кадастров и инвентаризации
сельскохозяйственных угодий;
– контроля землепользования;
– слежения за застройкой территорий;
– наблюдения за водными ресурсами и прибрежными
районами страны.
С целью решения указанных задач на борту
КА «Канопус-В» установлена оптико-электронная
съемочная аппаратура, обеспечивающая получение
панхроматических изображений земной поверхности
с пространственным разрешением 2,1 м в полосе
захвата 23 км и многоспектральных снимков
(в 4 спектральных каналах) с разрешением 10,5 м
в полосе 20 км. За счет поворотов по углу крена
реализуется возможность проведения наблюдений
в широкой полосе обзора (свыше 900 км). Суточ15
ная
производительность КА «Канопус-В» составляет
300 000–500 000 км2.
Приказом Федерального космического агентства
№27 от 23 декабря 2013 г. космический комплекс
(КК) «Канопус-В» с КА «Канопус-В» №1
принят в эксплуатацию после успешного окончания
летных испытаний.
Космическая информация от данного комплекса
эффективно использовалась для обнаружения
и слежения за лесными пожарами на обширной
территории Восточной и Центральной Сибири; мониторинга
экстремального наводнения в бассейне
реки Амур в 2013 г.; оперативной оценки ледовой
обстановки и процессов ледохода на Лене и других
крупных реках России; выявления биогенных загрязнений
на акваториях Черного и других морей;
слежения за развитием горного и прибрежного кластеров
и экологической ситуацией в районе города
Сочи в период возведения спортивных и других
сооружений при подготовке к зимней олимпиаде
2014 г.; контроля выбросов загрязняющих веществ
в районах крупных ТЭЦ (вблизи городов Омск,
Сургут).
В рамках Международной Хартии по космосу
и крупным катастрофам снимки с КА «Канопус-В»
№1 в 2014 г. использовались для мониторинга
района предположительного крушения воздушного
судна Boeing 777 компанииMalaysian Airlines, проводилась
съемка пострадавших от наводнения районов
Великобритании, штата Парана (Бразилия),
Сербии, а также для мониторинга лесных пожаров
в восточном регионе Индии (окрестности г. Кохима).
Таким
образом, КА «Канопус-В» №1 удовлетворяет
всем требованиям своего назначения и продолжает
эффективно использоваться в интересах
российских потребителей космических данных ДЗЗ.
С целью дальнейшего совершенствования
спутников типа «Канопус-В» проводится разработка
усовершенствованного КА «Канопус-В-ИК».
На нем дополнительно к указанной выше полезной
нагрузке будет установлена широкозахватная
аппаратура для съемки в двух инфракрасных диапазонах:
3,5–4,1 мкм и 8,4–9,4 мкм с пространственным
разрешением около 200 м в полосе захвата
не менее 2000 км. Длительность выполнения
съемок на одном витке орбиты может достигать
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 4 2015
Стр.2
16
А. В.ГОРБУНОВ, И.Ю.ИЛЬИНА, В. К.САУЛЬСКИЙ
30 мин. Данный КА будет оперативно обнаруживать
очаги лесных пожаров с размерами от 5×5м.
Основными министерствами и ведомствамипотребителями
космической информации от КА типа
«Канопус-В», помимо Министерства чрезвычайных
ситуаций, являются Росгидромет, Минприроды,
Роснедра, Минсельхоз, Росреестр, а также
Министерство регионального развития. Анализируя
их запросы с точки зрения требуемой периодичности
и оперативности обеспечения съемки
территории нашей страны, можно сделать вывод
о целесообразности формирования в ближайшем
будущем достаточно крупной космической системы
из 5–6 КА типа «Канопус-В». В связи с этим
в рамках Федеральной космической программы
России запланировано создание и наращивание соответствующей
орбитальной группировки КА типа
«Канопус-В» в ближайшие несколько лет. В частности,
в 2017 и затем в 2018 гг. планируется осуществить
парные запуски спутников «Канопус-В»
№3 и №4, «Канопус-В» №5 и №6.
В перспективе с целью удешевления затрат
на образование и последующее поддержание космической
системы, состоящей из спутников типа
«Канопус-В», предлагается осуществлять кластерные
запуски очередной партии космических аппаратов
в составе до 4 спутников одновременно на
борту одной ракеты-носителя «Союз-2» этапа 1Б
с разгонным блоком «Фрегат».
Унифицированная малая космическая платформа
УМКП-400, созданная для КА «Канопус-В»
[1, 2], отличается высоким конструктивным совершенством.
Впервые в практике создания в АО
«Корпорация “ВНИИЭМ”» спутников среднего
и малого классов она спроектирована в негерметичном
исполнении. Корпус платформы изготавливается
в виде прямоугольного параллелепипеда, облицованного
сотовыми панелями. Он служит несущей
силовой основой для закрепления внутри и на
его поверхности всех бортовых служебных приборов
и специального модуля полезной нагрузки. Одновременно
он играет важную роль в поддержании
требуемого теплового режима работы УМКП
и КА в целом. Для этого на нем монтируются различные
элементы и устройства терморегулирования,
включая контурные и угловые тепловые трубы,
радиаторы охлаждения, управляемые электронагреватели,
маты экранно-вакуумной термоизоляции,
датчики. На корпус наносятся специальные
терморегулирующие покрытия с высокой устойчивостью
к воздействию радиации. Термостабилизация
сотовых панелей достигается за счет встраивания
в них низкотемпературных тепловых труб.
В компоновочной схеме и конструкции космической
платформы реализован ряд прогрессивных
технических решений, направленных на минимизацию
массогабаритных характеристик. В частности,
к ним относятся модульное построение, высокий
уровень плотности компоновки в результате ее оптимизации,
объединение всей служебной электроники
в едином моноблоке в виде стойки авионики,
сокращение площади створок солнечной батареи за
счет применения трехкаскадных фотопреобразователей
на основе арсенида галлия с высоким коэффициентом
полезного действия.
Впервые в отечественной практике в составе
бортового комплекса управления (БКУ) применены
аппаратно-программные средства, позволившие
внедрить автоматическое управление режимами работы
телекомандной системы (ТКС) и автоматизированное
дистанционное управление наземными
средствами командно-измерительных пунктов из
ЦУП. Также впервые в ТКС используется международный
S-радиодиапазон в интересах зарубежных
заказчиков.
Разработаны и реализованы новые технические
решения по повышению живучести космической
платформы и КА на ее базе, включая специальное
программное обеспечение для обнаружения и парирования
нештатных ситуаций, аппаратуру регулирования
заряда и распределения электропитания для
защиты аккумуляторных батарей, нанесение защитных
покрытий от статического электричества на фотопреобразователи
солнечных батарей.
На концах солнечных панелей имеются магнитные
виброгасители, обеспечившие значительное
снижение амплитуды и длительности нежелательных
колебаний, когда выполняются программные
повороты космического аппарата по крену для
наведения бортовой оптико-электронной аппаратуры
на заданные объекты на земной поверхности.
Аппаратно-программные средства навигации
обеспечивают высокую точность геопривязки
космических снимков (с погрешностями 15–50 м
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 4 2015
Стр.3
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
без опорных точек). Этого достаточно для создания
и обновления ортофотопланов и топографических
карт масштаба 1:50 000 и крупнее.
Для поддержания заданных орбитальных параметров
и фазового положения КА в орбитальной
группировке на борту спутника имеется корректирующая
двигательная установка на базе стационарных
плазменных двигателей СПД-50.
Несмотря на то, что унифицированная малая
космическая платформа УМКП-400 разработана
для КА «Канопус-В», она обладает высокой
универсальностью с точки зрения возможностей
смены полезных нагрузок. На ее базе разрабатываются
и проектируются новые и перспективные
спутники не только для оперативного мониторинга
техногенных и природных ЧС, но и для
научно-исследовательских целей, а также детального
наблюдения Земли. В частности, с космодрома
«Восточный» планируется запустить КА научного
назначения «Ломоносов». Это событие, помимо
научной актуальности, примечательно тем, что
КА «Ломоносов» призван стать первым автоматическим
спутником, выведенным в космос с нового
космодрома.
С максимальным использованием опыта и задела
по рассматриваемой малой космической
платформе УМКП-400 проектируются перспективные
малогабаритные КА типа «Канопус-ВМ1»
и «Канопус-ВМ2». Они будут обладать высокими
информационными характеристиками, требуемыми
для проведения детальной съемки Земли с повышенным
пространственным разрешением и широкими
полосами захвата.
На КА типа «Канопус-ВМ1» и «Канопус-ВМ2»
будут установлены усовершенствованные бортовые
оптико-электронные съемочные системы. Будет
увеличен гарантийный срок активного существования
до 7 лет. Повысится технический уровень
КА в целом. Масса спутника может возрасти
до 750–800 кг, а масса полезной нагрузки — до
330–350 кг. Рассматриваются новые возможности
кластерного запуска космических аппаратов в космос.
Исследуются вопросы повышения высоты орбит
и варианты построения перспективных орбитальных
группировок.
В частности, для КА «Канопус-ВМ1» рассматривается
целесообразность повышения высоты
17
солнечно-синхронной орбиты до 860 км. При
этом планируется сохранить пространственное разрешениепанхроматическихснимковнауровне
2,1
м, достигаемом в настоящий момент для КА
«Канопус-В» №1 с высоты 510 км. Пространственное
разрешение многоспектральных снимков, получаемых
на КА «Канопус-ВМ1», должно улучшиться,
несмотря на рост высоты орбиты, до 4,2 м.
Ожидается, что удастся увеличить полосу захвата
как при панхроматической, так и при многоспектральной
съемке, до 100 км.
Для КА «Канопус-ВМ2» в настоящий момент
предлагается использовать солнечно-синхронную
орбиту с высотой около 500 км. В этом случае пространственное
разрешение получаемых панхроматических
изображений может быть обеспечено на
уровне около 1 м, а многоспектральных — приблизительно
4 м. Ширина полосы захвата для обоих
типов снимков — не менее 50 км.
Наряду со спутниками оперативного мониторинга
техногенных и природных ЧС, важнейшим
направлением деятельности АО «Корпорация
“ВНИИЭМ”» является разработка и создание
космических аппаратов гидрометеорологического
назначения. В данной области АО «Корпорация
“ВНИИЭМ”» продолжает многолетнюю работу по
созданию и совершенствованию КА серии «Метеор»
[2, 3, 4]. Недавно закончил свой пятилетний
гарантийный срок существования КА «Метеор-М»
№1
[3], ноемунасмену
ужепришелКА
«Метеор-М» №2. Новый спутник успешно прошел
период летных испытаний и принят в эксплуатацию
в России. Он также входит в объединенный состав
международной группировки полярно-орбитальных
метеорологических спутников, функционирующих
под эгидой Всемирной метеорологической организации
(ВМО).
Спутник «Метеор-М» №2 функционирует на
круговой солнечно-синхронной орбите с высотой
около 820 км. Солнечное время пересечения экватора
9 ч 30 мин. Масса КА составляет 2930 кг.
Масса полезной нагрузки — 1200 кг. Срок активного
существования — 5 лет.
Основное назначение КА «Метеор-М» №2 —
обеспечение глобального наблюдения поверхности
Земли и атмосферы. Космическая информация от
этого спутника применяется для следующих целей:
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 4 2015
Стр.4
18
А. В.ГОРБУНОВ, И.Ю.ИЛЬИНА, В. К.САУЛЬСКИЙ
– анализ погоды и ее предсказание в глобальном
и региональном масштабах,
– мониторингглобального изменения климата,
– контроль состояния и прогноз характеристик
морской воды,
– анализ космической погоды и предсказание
связанных с ней явлений (солнечный ветер,
ионосферные исследования, магнитное поле Земли
и т. д.).
На КА «Метеор-М»№2 установлена полезная
нагрузка, в которую входят следующие приборы:
– сканирующий радиометр МСУ-МР (6 спектральных
каналов в видимой и инфракрасной областях
спектра с пространственным разрешением
около 1 км);
– шестиканальная съемочная система видимой
области спектра КМСС (в составе 3 камер
с пространственным разрешением 100 м и 50 м);
– радиолокатор бокового обзора (в Х-диапазоне)
«Северянин»;
– микроволновый радиометр МТВЗА-ГЯ
(26-канальный модуль температурно-влажностного
зондирования атмосферы в области длин волн
10,6–183 ГГц);
– фурье-спектрометр ИКФС-2 (инфракрасный
(ИК) зондировщик атмосферы в спектральной области
5–15 мкм со спектральным разрешением около
0,5 см−1);
– комплекс гелиогеофизических измерений
ГГАК-М.
Все перечисленные приборы полностью функциональны,
за исключением локатора «Северянин»,
эффективность использования которого ухудшена
из-за низкого отношения сигнал/шум. Кроме того,
завершается работа по абсолютной калибровке
микроволнового радиометра МТВЗА-ГЯ.
Спутниковые данные от КА «Метеор-М» №2
в настоящее время используются в Росгидромете,
а также в МЧС, Минприроды и других федеральных
и региональных учреждениях России.
Согласно Федеральной космической программе
России и «Стратегии деятельности в области гидрометеорологии
и смежных с ней областях на период
до 2030 года (с учетом аспектов изменения климата)»,
перспективная полярно-орбитальная система
российских спутников должна состоять из трех
гидрометеорологических и одного океанографического
спутника.
В связи с этим предполагается вывести на орбиту
очередной метеоспутник «Метеор-М» №2-1
в 2016 г. Далее планируются запуски еще четырех
аналогичных КА: «Метеор-М» №2-2, 2-3, 2-4,
2-5. Все они будут разработаны в АО «Корпорация
“ВНИИЭМ”» и запущены в 2019–2021 гг. В результате
должна быть создана система из идентичных
спутников, функционирующих на утренних
и дневных солнечно-синхронных орбитах.
На всех перечисленных спутниках полезные
нагрузки будут аналогичны КА «Метеор-М» №2,
но со следующими изменениями:
1) на КА «Метеор-М» №2-1 и 2-2 не будет
радиолокатора «Северянин» и гелиогеофизического
комплекса ГГАК-М;
2) на КА «Метеор-М» №2-3, 2-4, 2-5 вместо
радиолокатора «Северянин» и комплекса ГГАК-М
появятся усовершенствованный радиолокатор «МетеоСар»
и модифицированный гелиогеофизический
комплекс ГГАК-М2.
В интересах океанографии продолжается разработка
спутника «Метеор-М» №3. Орбита спутника
должна быть круговой солнечно-синхронной
с высотой 652 км. Масса КА «Метеор-М» №3 достигнет
порядка 2000 кг, включая полезную нагрузку
не менее 700 кг. Срок активного существования
— 7 лет.
Полезная нагрузка КА «Метеор-М»№3 включает
следующие приборы:
– многорежимный радар Х-диапазона с активной
фазированной решеткой (АФАР) с пространственным
разрешением от 1 до 500 м в полосе захвата
10–750 км;
– скаттерометр Ku-диапазона с пространственным
разрешением 25 Ч 25 км2 в полосе захвата
1800 км;
– сканер береговой зоны (4 канала в видимой
области спектра, пространственное разрешение
80 м, полоса захвата 800 км);
– сканер цветности океана (8 каналов в видимой
области спектра, пространственное разрешение
1 км, полоса захвата 3000 км);
– прибор радиозатменного зондирования «Радиомет».
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 4 2015
Стр.5
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Запуск КА «Метеор-М» №3 намечен на
2020 г.
В дальнейшем планируется создание перспективных
метеорологических КА «Метеор-МП»
и океанографических КА «Океан».
Перспективная группировка метеорологических
спутников «Метеор-МП» должна придти на
смену системе из КА типа «Метеор-М». Запуск
1-го спутника «Метеор-МП» №1 намечен на
2021 г., а 2-го КА «Метеор-МП» №2 — на 2023 г.
Полезная нагрузка спутников типа «Метеор-МП»
будет в основном аналогична бортовому
научному комплексу спутников типа «Метеор-М»,
но с улучшенными характеристиками целевых приборов.
В состав полезной нагрузки перспективных
КА «Метеор-МП» планируется включить следующие
научные инструменты:
– многоканальный сканирующий радиометр
снизкимразрешением,
– многоспектральный сканирующий имаджер
видимого диапазона со средним разрешением,
– инфракрасный фурье-спектрометр,
– многоспектральный инфракрасный сканер
среднего разрешения,
– спектрометр химического состава атмосферы,
– микроволновый имаджер-зондировщик (модуль
температурно-влажностного зондирования атмосферы),
–
радар бокового зондирования,
– прибор радиозатменного зондирования,
– гелиогеофизический комплекс.
Спутники типа «Метеор-МП» будут иметь сугубо
метеорологическое назначение. Для целей
океанографии в рамках Федеральной космической
программы планируется создание специализированных
океанографических спутников «Океан», начало
разработки которых намечено на 2020 г.
Полезная нагрузка спутников «Океан» будет
состоять из следующих приборов:
– сканер цветности океана,
– сканер береговой зоны,
–скаттерометр,
19
– многорежимный радиолокатор с антенной
типа АФАР.
Главная цель создания объединенной группировки
перспективных спутников «Метеор-МП»
и «Океан» состоит в том, чтобы обеспечить глобальное
наблюдение поверхности Земли, Мирового
океана и атмосферы. Данные, получаемые этими
спутниками, будут использоваться для следующих
задач:
– анализ погоды и ее предсказание в глобальном
и региональном масштабах,
– контроль глобального изменения климата,
– контроль морской воды и прогноз изменения
ее состояния,
– анализ космической погоды и предсказание
связанных с ней явлений (солнечный ветер,
ионосферные исследования, магнитное поле Земли
и т. д.).
Список литературы
1. Космический комплекс оперативного мониторинга
техногенных и природных чрезвычайных ситуаций
«Канопус-В» с космическим аппаратом «Канопус-В»
№1. М: ФГУП «НПП “ВНИИЭМ”», 2011. 110 с.
2. Горбунов А.В., Чуркин А.Л., Саульский В.К.Задачи
и направления развития космических платформ
и аппаратов ОАО «Корпорация “ВНИИЭМ”» // Вопросы
электромеханики. Труды ВНИИЭМ. Приложение
за 2014 г. Материалы второй международной
научно-технической конференции «Актуальные
проблемы создания космических систем дистанционного
зондирования Земли». М.: ФГУП «НПП
“ВНИИЭМ”», 2014. С. 32–44.
3. Космический комплекс гидрометеорологического
и океанографического обеспечения «Метеор-3М»
с космическим аппаратом «Метеор-М» №1. Под
ред. д. т. н. С. Н.Волкова, д. т. н. Ю.В.Трифонова,
к. т. н. А. В.Горбунова, к. т. н. В. Н.Дядюченко. М.:
ФГУП «НПП “ВНИИЭМ”», 2009. 142 с.
4. Гусев А.А., Ильина И.Ю., Саульский В.К., Чуркин
А.Л. Опыт разработки космической платформы
для космических аппаратов «Метеор» // Вопросы
электромеханики. Труды ВНИИЭМ. М.: ФГУП
«НПП “ВНИИЭМ”», 2013, т. 155, с. 3–2.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 2 вып. 4 2015
Стр.6