НОСИТЕЛИ СЪЕМОЧНОЙ АППАРАТУРЫ

Космическая фотосъемка осуществляется с пилотируемых долговременных орбитальных станций, пилотируемых космических кораблей и автоматических аппаратов различных типов.

Пилотируемые долговременные орбитальные станции и корабли (ДОС и ПКК) служат для проведения комплекса научно- исследовательских работ не только в области дистанционного зондирования, по и в других областях прикладной космонавтики (космической медицины, космического материаловедения и др.).

История космических фотосъемок с ДОС начинается с запуска в 1974 г. станции «Салют-4». Фотосъемка велась с борта этой станции отечественным многозональным аппаратом ФМС в трех зонах от 0,4 до 0,72 мкм. Результаты съемок с этой стан

ции значительно расширили сферу применения материалов космической фотосъемки (МК'ФС) от суши до морских акваторий.

В 1977 г. была запущена ДОС «Салют-6», представлявшая собой носитель нового поколения. Ее конструктивной особенностью было наличие двух стыковочных узлов, что позволяло обслуживать станцию одновременно двумя транспортными кораблями. За рабочий период станции на ней поработали 5 основных экспедиций, 11 экспедиций посещения, в том числе 8 с международными экипажами.

Основной объем работ по фотосъемкам был выполнен с помощью камеры МКФ-6м, а также с помощью новой для того периода камеры КАТЭ-140, разработчиком которой являлся Госцентр «Природа». Этот аппарат, использующийся и сейчас,

Рис. 1. Многозональный космический фотоаппарат МКФ-6м [791:

а — камерная часть в сборе с кассетами; б — камерная часть без кассет, вид сверху; в — камерная часть, вид снизу, со стороны объективов; г — блок электроники

позволяет получать снимки с большой шириной полосы захвата, с форматом кадра 180X180 мм, с высокой степенью точности и качества изображений. Фокусное расстояние объектива этой камеры [=140 мм, что обеспечивает пространственное разрешение на местности, равное 80 м [83].

Для получения многозональных космических фотоснимков долгое время наиболее эффективной считалась, что не лишено оснований и сейчас, камера МКФ-6м (рис. 1). Она состоит из корпуса с объективами, шести кассет по числу объективов, осуществляющих съемки в диапазоне 0,45—0,88 мкм, электронного блока и пульта управления. Съемка может выполняться с высоты 200—400 км, ширина используемых пленок до 70 мм, перекрытие 20—80%, фокусное расстояние объективов [==125 мм, размер получаемого изображения 51X81 мм. Изображение отличается высоким разрешением и может быть увеличено в несколько раз без потери информативности. Разрешение составляет 200 линий на 1 мм. Предприятием «К. Цейсс Йена» модернизирована камера специально для решения советских космических программ. Модернизированный вариант получил название МКФ-бма. Основные преимущества модернизированной камеры связываются с возможностью осуществления космичес- ских фотосъемок в полностью автоматизированном режиме с управлением через системы телеметрии наземных станций.

Дальнейшей модификацией станции «Салют-6», являлась ДОС «Салют-7», запущенная в 1982 г., с которой также выполнялись съемки многих районов Земли по специальной государственной программе, разработанной Госцентром «Природа» по заявкам министерств и ведомств нашей и других стран. При тех же конструктивных особенностях этой станции по сравнению с ДОС «Салют-6» в пей созданы более лучшие условия для съемок переносными камерами. В частности, во избежание загрязнения иллюминаторы изнутри закрывались сменными тонкими стеклами, а снаружи — прозрачными крышками с электроприводом [52].

В последние годы систематические съемки различных районов Земли осуществляются со станции «Мир», представляющей собой ДОС нового типа, в составе которой помимо фотосъемочной аппаратуры МКФ-6м и КАТЭ-140 входит более совершенная камера МК-4, осуществляющая съемку в четырех каналах видимой части спектра с получением высококачественных изображений формата 18x18 см с разрешением на местности до 6 м при ширине полосы фотографирования до 0,6 высоты полета с перекрытием до 60% [24].

Космические фотосъемки высокого разрешения осуществляются с помощью фотоаппаратуры КАТЭ-200 и КФА-1000, устанавливаемой на отечественном ИСЗ «Ресурс-Ф». Камеры обеспечивают высококачественное изображение с высоким пространственным разрешением, удовлетворяющим требованиям составления топографических карт масштаба 1:25 000. На ИСЗ «Ре- сурс-Ф» устанавливается также и многозональная камера МК-4.

Среди современных зарубежных ДОС и ПКК заслуживает внимания многоразовый транспортный космический корабль «Спейс Шаттл» (США), с борта которого получены топографические стереоснимки с высоким пространственным разрешением на местности, обеспечивающим составление топографических карт в масштабе 1:50 000. На этом корабле в период 1983— 1986 гг. в десяти полетах было получено более 18 тыс. фотоснимков поверхности с помощью аппаратов PAN и LFC.

Панорамная камера PAN имеет фокусное расстояние объектива /=60 см, который обеспечивает разрешение на земной поверхности 2—3 м [24].

Широкозахватная топографическая камера LFC снабжена высокооптоскопическим объективом с фокусным расстоянием f = 305 мм; камера имеет двойной формат кадра 23x46 см. Система крестов позволяет разрезать их пополам, на два кадра форматом 23X23 см, и обрабатывать на стандартных фотограмметрических приборах. Фотокамера предназначена для топографического картографирования в масштабе 1:50 000 с заложением горизонталей 25 м. Она снабжена механизмом компенсации сдвига изображения и при разрешающей способности 95 линий/мм обеспечивает получение пространственного разрешения на земной поверхности 14 м на черно-белой и 25 м на цветной фотопленке с высоты 300 м [29]. Многозональные фотографирующие системы использовались в США на более ранних моделях кораблей, в частности на «Apollo». Они, так же как и камера МКФ-6, имеют шесть каналов фотографирования, но по ряду технических параметров уступают ей. В частности, у американских многозональных камер значительно меньше угол зрения и пространственное разрешение на земной поверхности.

Автоматические космические аппараты (АКА) серии «Метеор» в отличие от ДОС осуществляют не фотографическую съемку, а получение и сброс видеоинформации по радиоканалам на наземные приемные станции.

В нашей стране функционирует система АКА «Метеор», состоящая из нескольких спутников, что обеспечивает получение изображений одного и того же участка местности через 11—14 сут. АКА «Метеор» имеет круговые орбиты с номинальной высотой 600—650 км и наклонением к плоскости экватора около 90°. Съемка поверхности Земли осуществляется с борта АКА сканирующими системами, обеспечивающими мпогоспектраль- пую видеоинформацию с различными шириной обзора, периодичностью получения, разрешением на местности, спектральными съемочными диапазонами и чувствительностью аппаратуры. На АКА «Метеор» устанавливаются: сканер малого разрешения (МСУ-М); сканер среднего разрешения (МСУ-С); сканер среднего разрешения с коническим сканированием (МСУ-СК); сканер высокого разрешения «Фрагмент».

Приборы МСУ-М и МСУ-С работают как оптико-механические сканеры с однострочной разверткой и с одноэлементными приемниками. Кадровая развертка осуществляется за счет движения спутника. Сканер производит измерения в четырех спектральных диапазонах (0,5—0,6; 0,6—0,7; 0,7—0,8; 0,8—1,0 мкм), дает разрешение на местности порядка 1,0 км и имеет ширину полосы обзора около 1400 км. Сканер «Фрагмент» производит измерения в восьми спектральных диапазонах (0,4—0,5; 0,5— 0,6; 0,6-0,7; 0,7-0,8; 0,8—1,1; 1,2-1,3; 1,5-1,8; 2,1-2,4 мкм), дает разрешение на местности от 80 (видимый диапазон) до 500 м (ИК) и имеет ширину полосы обзора примерно 80 км [39].

Приведенные характеристики сканирующей аппаратуры, устанавливаемой на АКА «Метеор», практически исключают возможность использования космической информации данного типа для решения народнохозяйственных задач, требующих более высокого пространственного разрешения на местности, в частности проектно-изыскательских задач. В значительной степени сфера применения информации, получаемой с АКА «Метеор», локализована в системе бывшего Госкомгидромета СССР, частично в системе бывшего Минрыбхоза СССР и Госагропрома РСФСР.

Отечественная сканерная аппаратура постоянно совершенствуется, растет качество и разрешающая способность изображений, расширяются диапазоны зондирования. В 1988 г. проведено экспериментальное опробование нового типа сканирующей аппаратуры, обеспечивающей чрезвычайно высокое пространственное разрешение на местности, дающей возможность осуществлять прицельные съемки. Это безусловно будет способствовать расширению сферы применения данного типа съемок и использованию их наряду с космическими фотосъемками в решении задач геологии, гидрологии, топографии, охраны окружающей среды и др.

Среди зарубежных АКА типа «Метеор» целесообразно уделить внимание спутникам США и Франции.

В США, начиная с 1972 по 1983 г. функционировала программа, предусматривающая использование спутников серии Land- sat-1—3». Все три спутника имели круговые приполярные орбиты (наклонение 99°) с номинальной высотой 917 км.

С 1982 г. используется второе поколение спутников «Land- sat-4—5». Высоты их орбит уменьшены до 705 км. Спутники оборудованы новой съемочной сканерной системой — тематическим картографом ТМ (Thematic mapper), имеющим пространственное разрешение на местности 30 м. ТМ имеет семь спектральных интервалов при той же, что и на Landsat-З», ширине полосы обзора [86].

Основу национальной программы Франции по дистанционному зондированию составляет создание экспериментальной системы наблюдения Земли — «SPOT» («SPOT-1», «SPOT-2). Эта программа, разрабатываемая с 1975 г. с участием Швеции и Бельгии, предусматривала запуск в 1985—1987 гг. двух АКА, что и было успешно реализовано. Орбита «SPOT» — круговая, с высотой 822 км, наклонением 98,7°, обеспечивающая периодичность обзора в 26 сут. AKA «SPOT» оборудован двумя сканерами HRV (High Resolution Visible). Система обеспечивает получение многозональных изображений в трех спектральных диапазонах (0,5—0,59; 0,61—0,68; 0,79—0,89 мкм) с пространственным разрешением многозональных (цветных) изображений 20 м и панхроматических (черно-белых) — до 10 м. Полоса захвата составляет 60 км [88].

Космические программы Индии, Японии, Канады, Бразилии, Китая также ориентированы на решение задач по изучению природных ресурсов с помощью аппаратуры дистанционного зондирования. Характеристики АКА и съемочной аппаратуры этих стран подробно рассмотрены в работах [85, 86, 87].

Автоматические космические аппараты серии «Космос» предназначены для изучения природных ресурсов Земли. Они оснащены специальной многозональной и топографической аппаратурой, обеспечивающей получение фотоматериалов с высоким качеством изображения. Номинальная высота орбиты АКА «Космос» составляет 180 км, наклонение к плоскости экватора 81,2°, полоса охвата съемкой 120—140 км, пространственное разрешение снимков на местности лучше 30 м. Особенностью этих спутников является то, что они рассчитаны на возвращение на Землю материалов съемки при помощи спускаемых аппаратов. АКА серии «Космос» запускаются в нашей стране с 1966 г. С годами они постоянно совершенствовались и в настоящее время представляют собой ресурсный тип спутника высшего мирового уровня, обеспечивающего получение фотоизображений Земли, пригодных для решения широкого комплекса задач космического землеведения, в том числе и инженерного направления. Констатация того, что снимки, получаемые с АКА «Космос», составляют около 80% в общем объеме космической информации, используемой для решения картографических, геологических, географических и проектно-изыскательских задач, не будет преувеличением.

Настоящая книга написана по результатам применения, главным образом, космической фотоинформации, получаемой с АКА

серий «Космос» и ДОС «Мир», как единственного типа материалов съемки из космоса, удовлетворяющих специалистов, занимающихся обоснованием строительства инженерных сооружений.