Радиолокационная съемка, Технологии | Олег Брагинский
Наблюдение за поверхностью Земли в любых условиях, днём и ночью, имеет решающее значение для ключевых вызовов современности – мониторинга окружающей среды и инфраструктуры управления чрезвычайными ситуациями. Помогает радиолокационная космическая съёмка.
Рис. 1. Радарное изображение со спутника Sentinel-1, обработанное ESA
Радиолокационное синтезирование апертуры, РСА (англ. Synthetic Aperture Radar, SAR) – способ, позволяющий получать радиолокационные снимки поверхности планеты и объектов на ней независимо от метеоусловий и времени суток с детальностью, сравнимой с аэрофотоснимками.
Системы SAR посылают микроволновые импульсы к поверхности Земли и измеряют отражённые сигналы. Анализируя задержку, амплитуду и фазу возвращённых сигналов, спутники создают изображения высокого разрешения и детализированную информацию о поверхности.
Преимущества радиолокационного мониторинга:
- широкий охват: контролирует обширные и удалённые территории, включая океаны и леса
- универсальность: функционирует независимо от солнечного света и погодных условий
- высокая точность: обнаруживает изменения поверхности с высокой точностью
- многоцелевое использование: может применяться в различных отраслях.
Вызовы и ограничения
- помехи: сигналы могут искажаться из-за искусственных структур или радиошума
- сложность данных: SAR-данные требуют сложной обработки и интерпретации
- стоимость: дорогая разработка и эксплуатация радиолокационных спутников
- компромисс качества: высокое разрешение часто снижает площадь охвата.
Международный и российский вклад
Европейская радиолокационная группировка Sentinel-1 из двух аппаратов предоставляет открытый доступ к SAR-данным для экологического мониторинга, реагирования на катастрофы и морского наблюдения. Разрешение составляет от 5 до 20 м, периодичность съёмки – 6–12 дней.
Канадский RADARSAT-2 и немецкий TerraSAR-X обеспечивают изображения высокого разрешения для коммерческих и научных целей, но недоступны в нашей стране. Иностранные провайдеры, включая Maxar, прекратили поставку данных в Россию из-за санкций и проблем с платежами.
Доступ к некоторым архивным данным возможен через международные научные программы или посредников («СКАНЭКС»), но получение оперативной съёмки под заказ практически невозможно.
Россия развивает собственные радиолокационные спутники ДЗЗ, хотя их количество и возможности пока уступают западным аналогам. «Кондор-ФКА №1» запущен в 2023 году и используется для мониторинга поверхности с разрешением 1–12 м и периодичностью 12–14 дней.
Рис. 2. Радарное изображение со спутника «Кондор-ФКА» №1
Два спутника группировки «Арктика-М» запущены в 2021 и 2023 годах и предназначены для мониторинга Арктического региона: климатических исследований, морской навигации и ледовой разведки. Запуск «Обзор-Р» задерживается из-за ограничений в финансировании проекта.
На 2025 год в России нет полноценных коммерческих радиолокационных спутников на орбите, однако частные компании проявляют интерес к этому сегменту. «СКАНЭКС» и «Совзонд» работают с радиолокационными снимками, но как дистрибьюторы, а не операторы собственных спутников.
Частные инициативы, такие как SR SAR от SR Space, выглядят многообещающе, но их реализация зависит от успешного финансирования, разработки и запусков. Создание группировки малых космических аппаратов может значительно повысить конкурентоспособность российских решений.
Проект SR SAR направлен на создание группировки малых радарных спутников с синтезированной апертурой для съёмки Севморпути и арктической зоны, инфраструктуры нефтегазовых компаний, промышленных и природных объектов, мониторинга в интересах государства и частных заказчиков.
Постепенное развёртывание группировки из 50 малых космических аппаратов на низкой околоземной орбите обеспечит глобальный охват с частотой повторных съёмок менее 12 часов. Наличие у SR Space своего сервиса анализа данных повышает конкурентоспособность проекта.
Рис. 3. Общий вид компоновки космического аппарата SR SAR в орбитальной конфигурации
Ключевые преимущества SR SAR:
- универсальность: решает задачи съёмки, мониторинга и контроля в различных отраслях
- масштабируемость: оптимизация технологии позволяет быстро изготавливать аппараты
- высокое разрешение: интерферометрия даёт точность мониторинга до нескольких мм
- оперативность: съёмка территории Севморпути каждые 2,5 суток с одного спутника
- экономичность: серийная платформа удешевляет производство и запуск.
Рис. 4. Покрытие поверхности Земли окрестности Севморпути полосами захвата за 2,5 суток
Расчёт группировки показал, что при трёх спутниках на орбите частота получения данных составит 14,7 часа, а шесть аппаратов дают оперативность в 6,7 часа. При разрешении в 2 метра на пиксель максимальная ширина полосы съёмки составляет до 400 км, что лучше, чем у аналогов.
Будущее технологий радиолокационного мониторинга
- Интеграция ИИ: машинное обучение в сервисах анализа данных улучшает автоматическое выявление изменений: ледовой обстановки, вырубки лесов, расширения городов
- Глобальное сотрудничество: инициативы с открытыми данными, такие как Sentinel-1, способствуют международному взаимодействию в реагировании на катастрофы
- Многочастотные системы: комбинация нескольких диапазонов частот повышает универсальность данных для применения в решении задач разных отраслей
- Созвездия малых спутников: малые космические аппараты обеспечивают точность и оперативность съёмки, простоту развёртывания и восполнения группировки.
Выводы
Технологии радиолокационного дистанционного зондирования Земли играют важную роль в решении задач мониторинга окружающей среды, управления чрезвычайными ситуациями и обеспечения устойчивого развития, благодаря независимости от погоды и времени суток.
Доступ к данным международных группировок в России существенно ограничен: Sentinel-1, предоставляют открытые данные для научных и исследовательских целей, а заказ новой съёмки с коммерческих спутников невозможен из-за санкций, что требует развития собственных решений.
Российские радиолокационные спутники («Кондор-ФКА» и «Арктика-М») обеспечивают базовые возможности мониторинга, но их ограниченное количество и разрешение пока уступают западным аналогам. Государственные проекты сталкиваются с вызовами в финансировании и реализации.
В то же время частные инициативы демонстрируют перспективы создания конкурентоспособных коммерческих проектов за счёт применения уникальных технических решений. Проекты являются капиталоёмкими, но окупаются за счёт высокой технологичности и малого числа игроков на рынке.
Успешная реализация российских проектов, в том числе – частных, позволит укрепить позиции страны в области радиолокационного мониторинга, снизить зависимость от иностранных данных и обеспечить устойчивое развитие и защиту суверенитета в условиях современных вызовов.