Взгляд сверху вниз

В начале сентября ураган Айк , обрушившийся на побережье Мексиканского залива, причинил серьезные повреждения Центру пилотируемых полетов им. Джонсона (Johnson Space Center). Больше всего было повреждено как раз то здание (строение 30), где располагалась группа управления полетом («лужи на полу и потоки воды через крышу»). Персонал справился с чрезвычайной ситуацией, связь с МКС не была потеряна, но стыковку грузового корабля «Прогресс», который уже стартовал с космодрома Байконур , по требованию NASA пришлось отложить, и грузовик некоторое время оставался на орбите ожидания. Ураганы не раз наносили ущерб Центру управления, но не такие значительные.

Нет сомнений, что ущерб был бы намного больше, если бы приход урагана был неожиданностью. Но это давно уже не так: благодаря тому, что на орбитах работают различные спутниковые системы , за передвижениями воздушных масс можно следить из космоса.

Метеорологические спутниковые системы собирают информацию о состоянии атмосферы, ионосферы, поверхности мирового океана, солнечной радиации и т.д. и передают её на наземные станции, где по этим данным осуществляется регулярное прогнозирование погоды, включая информацию о быстро развивающихся тропических бурях, штормах, тайфунах и ураганах.

Предотвратить появление этих природных явлений по-прежнему невозможно, и бедствие остается бедствием — тайфуны и ураганы разрушают целые города , приносят неисчислимые убытки. Но информация из космоса дает возможность перед приходом урагана эвакуировать население и избежать человеческих жертв, которые в прежние времена достигали сотен тысяч. Сейчас уже трудно себе представить, как можно было обходиться без этой информации.

Планета, открытая из космоса

В начале космической эры вопрос о том, какую информацию можно получить из космоса и как ею воспользоваться, был вовсе не ясен. Это было понятно в отношении астрономии, астрофизики и других «звездных» наук — они могли впервые увидеть свои «объекты» без искажения земной атмосферой. А для каких «земных» наук и сфер человеческой деятельности окажется полезна и необходима информация из космоса — этот вопрос прояснялся лишь по мере развития космонавтики .

Впервые полученные из космоса фото- и телеизображения Земли и облачного покрова использовали для своих нужд метеорологи. В апреле 1960 года в США был выведен на орбиту первый специализированный метеоспутник «Тирос-1» (Television and Infrared Observation Satellite — спутник для наблюдений с телевизионным и инфракрасным оборудованием). Первые снимки, полученные этим аппаратом, показывали облачный покров и крупные географические детали в разрывах — и никаких следов деятельности человека! Первыми такими следами оказались темные пятна в снегах Канады , которые, как выяснилось, были следами расчистки лесов.

Только с началом пилотируемых полетов выяснилась возможность наблюдения деталей на земной поверхности. Насколько неясно это было в начале космической эры, видно из перечня объектов, подлежащих наблюдению и фото- и кинорегистрации в первых полетах советских космонавтов: это горизонт; облака в надире; Луна ; облака вдоль трассы; поверхность океана; высокогорные районы; заря; острова и полуострова; пустыни; города; северные сияния ; серебристые облака ; ночной горизонт. То есть, попросту говоря, предлагалось регистрировать все, что удастся увидеть. И неожиданностью, вызвавшей шок на Земле, было то, что с орбиты можно видеть достаточно мелкие объекты (строения, дороги, автомобили).

Уже первые фотографии, сделанные с орбиты космонавтами, позволили выявить многие детали структуры облачных систем, при этом они отличались от телеизображений, получаемых с автоматических метеоспутников, более высоким пространственным разрешением.

Первое время сообщения космонавтов о том, что они видят с орбиты, подвергались сомнениям. Например, вызвало недоверие сообщение, что с орбиты видны подводные хребты в океанах : ведь свет проникает на глубину всего нескольких десятков метров, а хребты находятся на километровых глубинах. И только через некоторое время выяснилось, что очертания зоны перемешивания теплых поверхностных и холодных глубинных вод как бы повторяют подводный рельеф.

«Пусть только читатель поверит, что, когда космонавт висит над иллюминатором и смотрит в окно, то рано или поздно его наблюдения пополнят общую копилку знаний, — писал в своих воспоминаниях космонавт-50/100 В. П. Савиных . — В очереди за порцией позарез необходимых сведений к космонавтам стоят хлеборобы и геологи, мелиораторы и географы. Можно продолжать этот список чуть ли не бесконечно … И не только потому, что „сверху видно все“, но и потому, что из космоса легче выявить взаимосвязи некоторых земных процессов и даже предсказать их течение».

Сверху, с высоты орбиты, видно если и не все, то очень многое, чего иначе и не увидишь — люди заново открывали планету. Эксперименты и наблюдения, проведенные космонавтами на орбите, позволили получить изображения ряда не наблюдавшихся ранее традиционными средствами (как аэрофотосъемка) различных объектов (например, масштабные геологические образования — кольцевые структуры, разломы земной коры). Так, съемки со станции «Салют-5» позволили проследить на больших расстояниях крупные глубинные разломы , которые часто являются зонами залегания полезных ископаемых. Съемки со станции «Салют-6» показали возможность получения изображений дна морских мелководий, морских и океанских течений, что открыло возможность их картирования; зон скопления фито- и зоопланктонов, косяков рыб.

Результаты наблюдений космонавтов впоследствии практически всегда подтверждались. Особенно важны эти наблюдения и съемки были на начальном этапе, когда ещё не было полного и четкого представления о том, куда смотреть и что искать.

По мере накопления знаний определились новые области использования космической техники для изучения Земли. Стали создаваться различные спутниковые системы, вначале специализированные (связные, метеорологические, навигационные, для исследования природных ресурсов Земли и т.д.).

Орбитальные эксперименты и наблюдения космонавтов послужили основой для формирования технических требований при определении облика и характеристик автоматических систем и при разработке новой аппаратуры для проведения наблюдений и исследований из космоса.

Первой советской специализированной метеосистемой была система «Метеор». «Метеор-1» был запущен 26 марта 1969 года. В систему входило три спутника на квазиполярных околокруговых орбитах высотой порядка 900 км, ежечасно они охватывали территорию 30 тыс км². Информация получалась с помощью оптической и инфракрасной аппаратуры.

Национальная эксплутационная метеосистема США в полном составе начала функционировать в 70-х годах прошлого века. В её состав входят спутники «Тирос», «Нимбус», АТС. За это время, по утверждению американских специалистов, не упущен ни один тропический шторм. В частности, в августе–сентябре 1979 года, когда ураганы «Давид» и «Фредерик» двигались к побережью Мексиканского залива, сотни тысяч жизней были спасены благодаря тому, что на орбитах находились метеоспутники. Данные, получаемые с этих спутников позволили метеорологам с большой точностью определять направление движения и скорость урагана и своевременно оповещать местное население об их приближении.

В 1978–1979 годах был осуществлен самый крупный по тем временам международный метеорологический проект ГАРП (Global Atmospheric Research Programme), направленный на изучение глобальных процессов в атмосфере, приводящих к изменениям погоды и климата. В группировку средств, осуществлявших метеонаблюдение, входили как низкоорбитальные, так и геостационарные спутники. Одновременно наблюдения велись с помощью морских судов, самолетов, буев, шаров-зондов, метеоракет.

Электронный глаз

Информация из космоса оказалась не просто полезной, а жизненно необходимой едва ли не для всех сфер деятельности человека. Кроме службы погоды это сельское и лесное хозяйство, градостроительство , прокладка трасс железнодорожных и автомобильных дорог, трубопроводов, охрана окружающей среды , разведка полезных ископаемых…

Весьма эффективным оказалось применение космических средств для исследования природных ресурсов Земли. В США на начальном этапе эти исследования проводились спутниками «Лэндсат», в СССР аппаратами серии «Космос». Информация извлекалась из изображений, получаемых в видимом и инфракрасном диапазонах спектра.

С помощью спутников были получены многоспектральные изображения крупномасштабных особенностей и разрывов структуры земной коры, которые ранее не наблюдались. Информация о зонах разрывов и разломов, полученная со спутников «Лэндсат», была использована при выборе мест для строительства атомных электростанций и прокладки трубопроводов .

С помощью спутниковых систем было сделано много важных открытий, разведаны новые месторождения полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, картированы сейсмоопасные районы — все действительно трудно перечислить. В песках Кызылкум по снимкам со спутников обнаружены линзы неглубоко залегающих пресных и слабоминерализированных вод. Сделано и географическое открытие, правда, грустное — Аральского моря больше не существует .

Визуально-инструментальные наблюдения проводятся в каждом пилотируемом полете с начала космической эры и по сей день, круг задач расширяется и усложняется, совершенствуется аппаратура.

На первых советских аппаратах «Восток» для фото- и кинорегистрации использовалась обычная техника — профессиональный киноаппарат «Конвас». От него до современной аппаратуры, с которой сейчас работают космонавты — дистанция огромного размера. Для наблюдения и съемок с орбиты сейчас применяется многозональная и спектрозональная фотосъемка. В 1976 году на корабле «Союз-22» впервые был испытан многозональный фотоаппарат МКФ-6, совместно разработанный учеными СССР и ГДР в рамках программы «Интеркосмос» и изготовленный на известном предприятии «Карл Цейс Йена» (Carl Zeiss Jena). Этим фотоаппаратом впервые получено стереоскопическое изображение ледника Федченко и более ста менее крупных ледников, из которых ранее было известно лишь около 30. Кроме того, выявлены районы, подходящие для разведения крупного рогатого скота.

Впоследствии стал использоваться блок из шести многозональных аппаратов МКФ-6 М. В аппаратах используются специальная пленка и светофильтры, воспринимающие различную информацию. Например, один из аппаратов регистрирует структуру почвы, её состав и содержание влаги, другая камера получает информацию о типах растительности, третья настроена на получение данных о качестве воды в озерах и океанах.

Эти камеры широко использовались на станциях «Салют» и «Мир». Сейчас на борту МКС работает новый прибор — «Спектр-256». Он позволяет регистрировать спектральные характеристики земной поверхности в 256 каналах видимого и инфракрасного спектра. В качестве регистратора полученной информации используется микрокомпьютер.

Огромная работа по изучению крупномасштабных природных процессов и изменения климата была проведена американскими астронавтами в апреле 1994 года. На борту КК «Индевор» (Endeavour) на орбиту была выведена космическая радарная лаборатория SRL-1 (Space Radar Laboratory). В состав лаборатории входил также прибор для мониторинга загрязнений атмосферы. Планировалось получить около 6000 радиолокационных изображений более 400 объектов и около 50 млн км² (10%) площади Земли. Кроме того, астронавты должны были сделать 14000 снимков обычной аппаратурой, для чего на борту имелось 14 фото- и кинокамер. Съемки из космоса дополнялись наблюдениями наземных групп, а также с самолетов и судов.

План съемок был выполнен практически полностью. Были получены уникальные трехмерные стереоскопические изображения гор, пустынь, лесов, океанов и рек. Астронавты произвели съемку района гигантского пожара в Китае в 1987 году и измерили концентрацию окиси углерода над этим районом.

Во втором полете «Индевора» с SRL-1 в сентябре того же года в число объектов съемки входила Чернобыльская АЭС — исследовалось восстановление окружающей среды после катастрофы 1986 года. В это время происходило извержение Ключевской сопки на Камчатке , корабль дважды прошел над вулканом на высоте 283 км и заснял извержение. Это были уникальные съемки — ранее извержения случились в 1737 и 1945 годах.

В настоящее время создана и функционирует глобальная система дистанционного зондирования Земли, и подавляющая часть информации поступает с беспилотных аппаратов. Тем не менее визуально-инструментальные наблюдения с борта орбитальных станций и пилотируемых аппаратов не потеряли своего значения. Они проводятся постоянно и составляют важнейшую часть деятельности космонавта в полете.

В особенности это важно при исследовании быстро протекающих процессов и явлений, требующих оперативной передачи информации. Это тайфуны, районы аварийного слива нефти , сели, лесные пожары, подвижки ледников , и многое другое. Особенно эффективны визуально-инструментальные наблюдения при проведении океанографических исследований, т.к. другими средствами весьма затруднительно получить оперативную информацию о динамических процессах больших масштабов.

Объем информации, который приходит из космоса, колоссален. Например, объем информации, который получали экипажи советских орбитальных станций «Салют-6» и «Салют -7» за пять минут, мог бы быть собран лишь за два года аэрофотосъемок.

Присутствие на борту человека позволяет сократить объем передаваемой информации за счет её предварительного контроля, обработки и отбора перед передачей на Землю. При этом качество съемок, как правило, выше, чем с беспилотных спутников, так как оператор путем управления работой стационарной аппаратуры имеет возможность учесть условия съемки (облачность, дымку, освещенность и т.д.). Имеется возможность наблюдения и исследования случайно возникающих процессов и явлений различного рода, а также, что очень важно, оперативной передачи информации на Землю.

За послеперестроечные годы наши спутниковые системы значительно постарели и поредели, однако потихоньку все восстанавливается. Вот как выглядит программа запусков до 2015 года:

• «Метеор-М» (3-КА), «Метеор-МП» (3-КА) — космический комплекс гидрометеонаблюдения на солнечно-синхронной орбите.
• «Ресурс-П» (2-КА), «Аркон-Виктория» (2-КА) — космические комплексы оптико-электронного наблюдения.
• «Аркон-2» (" КА), «Кондор-3» (4-КА) — космические комплексы радиолокационного наблюдеия.
• «Канопус-В» (4-КА) — космическая система оперативного мониторинга землетрясений и чрезвычайных ситуаций
• «Экола (2-КА) — космическая система ДЗЗ на базе малых-КА.
• «Смотр» (6-КА) — космический комплекс спутникового мониторинга объектов газовой отрасли РФ.

Будем надеяться, что события последних недель не заставят в очередной раз вносить в неё поправки.