Спутник наблюдения за Землей

Спутник, специально разработанный для наблюдения за Землей с орбиты

Спутник наблюдения Земли или спутник дистанционного зондирования Земли — это спутник , используемый или разработанный для наблюдения Земли (EO) с орбиты , включая спутники-шпионы и аналогичные спутники, предназначенные для невоенных целей, таких как мониторинг окружающей среды , метеорология , картография и другие. Наиболее распространенным типом являются спутники съемки Земли , которые делают спутниковые снимки , аналогичные аэрофотоснимкам ; некоторые спутники EO могут выполнять дистанционное зондирование без формирования изображений, например, при радиозатмении GNSS .

Первое появление спутникового дистанционного зондирования можно датировать запуском первого искусственного спутника Земли «Спутник-1» Советским Союзом 4 октября 1957 года. ^[1] «Спутник-1» передал радиосигналы, которые ученые использовали для изучения ионосферы . ^[2] Агентство по баллистическим ракетам армии США запустило первый американский спутник «Explorer-1 » для Лаборатории реактивного движения НАСА 31 января 1958 года. Информация, отправленная с его детектора излучения, привела к открытию радиационных поясов Ван Аллена на Земле . ^[3] Космический аппарат TIROS-1 , запущенный 1 апреля 1960 года в рамках программы НАСА «Спутник инфракрасного наблюдения » (TIROS), передал первые телевизионные кадры погодных условий, снятые из космоса. ^[1]

В 2008 году на орбите находилось более 150 спутников наблюдения за Землей, которые регистрировали данные как с помощью пассивных, так и активных датчиков и ежедневно получали более 10 терабит данных. ^[1] К 2021 году их общее количество выросло до более чем 950, при этом наибольшее количество спутников эксплуатировалось американской компанией Planet Labs . ^[4]

Большинство спутников наблюдения Земли несут приборы, которые должны работать на относительно низкой высоте. Большинство из них вращаются на высоте более 500–600 километров (от 310 до 370 миль). Более низкие орбиты имеют значительное сопротивление воздуха , что делает необходимыми частые маневры по восстановлению орбиты . Спутники наблюдения Земли ERS-1, ERS-2 и Envisat Европейского космического агентства , а также космический аппарат MetOp Европейского космического агентства все работают на высоте около 800 км (500 миль). Космические аппараты Proba-1 , Proba-2 и SMOS Европейского космического агентства наблюдают за Землей с высоты около 700 км (430 миль). Спутники наблюдения Земли ОАЭ DubaiSat-1 и DubaiSat-2 также размещены на низких околоземных орбитах (LEO) и предоставляют спутниковые изображения различных частей Земли. ^[5]^[6]

Для глобального покрытия с низкой орбиты используется полярная орбита . Низкая орбита будет иметь орбитальный период около 100 минут, а Земля будет вращаться вокруг своей полярной оси примерно на 25° между последовательными орбитами. Наземная траектория движется на запад на 25° с каждой орбитой, что позволяет сканировать разные части земного шара с каждой орбитой. Большинство из них находятся на солнечно-синхронных орбитах .

Геостационарная орбита на высоте 36 000 км (22 000 миль) позволяет спутнику зависать над постоянной точкой на Земле, поскольку орбитальный период на этой высоте составляет 24 часа. Это позволяет непрерывно покрывать более 1/3 Земли на спутник, поэтому три спутника, разнесенные на 120°, могут покрыть всю Землю. Этот тип орбиты в основном используется для метеорологических спутников .

История

Герман Поточник исследовал идею использования орбитальных космических аппаратов для детального мирного и военного наблюдения за землей в своей книге 1928 года « Проблема космических путешествий» . Он описал, как особые условия космоса могут быть полезны для научных экспериментов. В книге описывались геостационарные спутники (впервые предложенные Константином Циолковским ) и обсуждалась связь между ними и землей с помощью радио, но не дотягивала до идеи использования спутников для массового вещания и в качестве телекоммуникационных ретрансляторов. ^[7]

Начало холодной войны побудило к быстрому развитию систем запуска спутников и технологий камер, способных обеспечить достаточное наблюдение за Землей для сбора разведданных о вражеской военной инфраструктуре и оценки ядерной позиции. ^[8] После инцидента с U-2 в 1960 году, который выявил риски воздушного шпионажа, США ускорили программы спутникового наблюдения, такие как CORONA . Спутники в значительной степени заменили пролеты самолетов для наблюдения после 1960 года. ^[9]

Приложения

Погода

Метеорологический спутник — это тип спутника , который в основном используется для мониторинга погоды и климата Земли . [ ^10] Однако эти метеорологические спутники видят больше, чем облака и облачные системы. Городские огни, пожары , последствия загрязнения , полярные сияния , песчаные и пыльные бури , снежный покров, картографирование льда , границы океанских течений , потоки энергии и т. д. — это другие типы экологической информации, собираемой с помощью метеорологических спутников.

Снимки с метеорологических спутников помогли в наблюдении за облаком вулканического пепла с горы Сент-Хеленс и активностью других вулканов, таких как Этна . ^[11] Также велось наблюдение за дымом от пожаров на западе США, например, в Колорадо и Юте .

Мониторинг окружающей среды

Другие спутники окружающей среды могут помочь в мониторинге окружающей среды , обнаруживая изменения в растительности Земли, содержании газовых примесей в атмосфере, состоянии моря, цвете океана и ледяных полях. Наблюдая за изменениями растительности с течением времени, можно отслеживать засухи, сравнивая текущее состояние растительности с его долгосрочным средним значением. ^[12] Например, за разливом нефти в 2002 году у северо-западного побережья Испании внимательно следил европейский ENVISAT , который, хотя и не является метеорологическим спутником, летает с прибором (ASAR), который может видеть изменения на поверхности моря. Антропогенные выбросы можно отслеживать, оценивая данные тропосферных NO ₂ и SO ₂ . ^{[ требуется ссылка ]}

Эти типы спутников почти всегда находятся на солнечно-синхронных и «замороженных» орбитах. Солнечно-синхронная орбита проходит над каждой точкой на земле в одно и то же время дня, так что наблюдения от каждого прохода можно легче сравнивать, поскольку Солнце находится в одном и том же месте в каждом наблюдении. «Замороженная» орбита — это ближайшая возможная орбита к круговой орбите, которая не нарушается сплющенностью Земли , гравитационным притяжением Солнца и Луны, давлением солнечного излучения и сопротивлением воздуха . ^{[ требуется ссылка ]}

Картографирование

Картографирование местности из космоса можно осуществлять с помощью спутников, таких как Radarsat-1 ^[13] и TerraSAR-X .

Международные правила

По данным Международного союза электросвязи (МСЭ), спутниковая служба исследования Земли (также: служба спутниковой радиосвязи исследования Земли ) — согласно статье 1.51 Регламента радиосвязи МСЭ (РР) ^[14] — определяется как:

Служба радиосвязи между земными станциями и одной или несколькими космическими станциями , которая может включать линии связи между космическими станциями, в которых:
информация, касающаяся характеристик Земли и ее природных явлений, включая данные, касающиеся состояния окружающей среды, получается с помощью пассивных или активных датчиков на спутниках ;
Аналогичная информация собирается с воздушных или наземных платформ;
такая информация может быть распространена на земные станции в пределах соответствующей системы;
может быть включен допрос платформы.
Эта услуга может также включать в себя фидерные линии, необходимые для ее работы.

Классификация

Данная служба радиосвязи классифицируется в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ (статья 1) следующим образом: ^{[ необходима ссылка ]}
Фиксированная служба (статья 1.20)

Фиксированная спутниковая служба (статья 1.21)
Межспутниковая служба (статья 1.22)
Служба спутникового исследования Земли
- Метеорологическая спутниковая служба (статья 1.52)

Распределение частот

Распределение радиочастот осуществляется в соответствии со статьей 5 Регламента радиосвязи МСЭ (редакция 2012 г.) ^{[15] .}

Для улучшения гармонизации использования спектра большинство выделений служб, предусмотренных в этом документе, были включены в национальные Таблицы распределения и использования частот, которые находятся в сфере ответственности соответствующей национальной администрации. Выделение может быть первичным, вторичным, исключительным и совместным.

первичное распределение: обозначается заглавными буквами (см. пример ниже)
вторичное распределение: обозначается строчными буквами
исключительное или совместное использование: находится в компетенции администраций

Однако военное использование в диапазонах, предназначенных для гражданского использования, будет осуществляться в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ.

Пример распределения частот

Распределение по услугам
Регион 1	Регион 2	Регион 3
401-402 МГц МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ СЛУЖБЫ КОСМИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ (космос-Земля) СПУТНИКОВАЯ СЛУЖБА ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ (Земля-космос) МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СПУТНИКОВАЯ СЛУЖБА (Земля-космос) Фиксированная Подвижная, за исключением воздушной подвижной
13,4-13,75 ГГц СПУТНИК ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ (активный) РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Стандартные частоты и сигналы времени - спутник (Земля-космос)

Смотрите также

Ссылки

^ abc Tatem, Andrew J.; Goetz, Scott J.; Hay, Simon I. (2008). «Пятьдесят лет спутников наблюдения за Землей». American Scientist . 96 (5): 390– 398. doi :10.1511/2008.74.390. PMC 2690060. PMID 19498953 .
^ Кузнецов, ВД; Синельников, ВМ; Альперт, СН (июнь 2015 г.). «Яков Альперт: Спутник-1 и первый спутниковый ионосферный эксперимент». Успехи космических исследований . 55 (12): 2833– 2839. Bibcode :2015AdSpR..55.2833K. doi :10.1016/j.asr.2015.02.033.
^ "Джеймс А. Ван Аллен". nmspacemuseum.org . Музей истории космоса Нью-Мексико . Получено 14 мая 2018 г. .
^ «Сколько спутников наблюдения за Землей будут вращаться вокруг планеты в 2021 году?». 18 августа 2021 г.
^ "DubaiSat-2, Earth Observation Satellite of UAE". Космический центр имени Мухаммеда бин Рашида. Архивировано из оригинала 17.01.2019 . Получено 04.07.2016 .
^ "DubaiSat-1, Earth Observation Satellite of UAE". Космический центр Мухаммеда бин Рашида. Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2016-07-04 .
^ "Введение в спутник". www.sasmac.cn . 2 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 г. Получено 19 апреля 2017 г.
^ «Холодная война в космосе: раскрыты совершенно секретные разведывательные спутники». nationalmuseum.af.mil .
^ Мушински-Сулима, Вавжинец (2023-06-30). «Холодная война в космосе: разведывательные спутники и конкуренция США и СССР в сфере безопасности». Европейский журнал американских исследований . 18 (2). doi :10.4000/ejas.20427. ISSN 1991-9336.
^ NESDIS, Спутники. Архивировано 04.07.2008 на Wayback Machine Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
^ NOAA, спутники NOAA, ученые отслеживают возможное извержение вулкана Сент-Хеленс. Архивировано 10 сентября 2012 г. на archive.today Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в открытом доступе .
↑ NASA, Засуха. Архивировано 19 августа 2008 г. на Wayback Machine. Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
^ Grunsky, EC Использование многолучевых спутниковых снимков Radarsat-1 для картографирования местности. Получено 4 июля 2008 г.
^ Регламент радиосвязи МСЭ, Раздел IV. Радиостанции и системы – Статья 1.51, определение: служба спутниковой разведки Земли / служба спутниковой радиосвязи службы спутниковой разведки Земли
^ Регламент радиосвязи МСЭ, ГЛАВА II – Частоты, СТАТЬЯ 5 Распределение частот, Раздел IV – Таблица распределения частот

Внешние ссылки

Каталог портала EO Архивировано 23.09.2013 на Wayback Machine
Наземная станция управления TIROS I и II, с которой первый спутник наблюдения за Землей (TIROS I) отправил первые фотографии.

[Tatem-1] Tatem, Andrew J.; Goetz, Scott J.; Hay, Simon I. (2008). «Пятьдесят лет спутников наблюдения за Землей». American Scientist . 96 (5): 390– 398. doi :10.1511/2008.74.390. PMC 2690060. PMID 19498953 .

[Kuznetsov-2] Кузнецов, ВД; Синельников, ВМ; Альперт, СН (июнь 2015 г.). «Яков Альперт: Спутник-1 и первый спутниковый ионосферный эксперимент». Успехи космических исследований . 55 (12): 2833– 2839. Bibcode :2015AdSpR..55.2833K. doi :10.1016/j.asr.2015.02.033.

[Allen-3] "Джеймс А. Ван Аллен". nmspacemuseum.org . Музей истории космоса Нью-Мексико . Получено 14 мая 2018 г. .

[4] «Сколько спутников наблюдения за Землей будут вращаться вокруг планеты в 2021 году?». 18 августа 2021 г.

[5] "DubaiSat-2, Earth Observation Satellite of UAE". Космический центр имени Мухаммеда бин Рашида. Архивировано из оригинала 17.01.2019 . Получено 04.07.2016 .

[6] "DubaiSat-1, Earth Observation Satellite of UAE". Космический центр Мухаммеда бин Рашида. Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2016-07-04 .

[7] "Введение в спутник". www.sasmac.cn . 2 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 г. Получено 19 апреля 2017 г.

[8] «Холодная война в космосе: раскрыты совершенно секретные разведывательные спутники». nationalmuseum.af.mil .

[9] Мушински-Сулима, Вавжинец (2023-06-30). «Холодная война в космосе: разведывательные спутники и конкуренция США и СССР в сфере безопасности». Европейский журнал американских исследований . 18 (2). doi :10.4000/ejas.20427. ISSN 1991-9336.

[NESDIS-10] NESDIS, Спутники. Архивировано 04.07.2008 на Wayback Machine Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .

[11] NOAA, спутники NOAA, ученые отслеживают возможное извержение вулкана Сент-Хеленс. Архивировано 10 сентября 2012 г. на archive.today Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в открытом доступе .

[12] NASA, Засуха. Архивировано 19 августа 2008 г. на Wayback Machine. Получено 4 июля 2008 г. В этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .

[13] Grunsky, EC Использование многолучевых спутниковых снимков Radarsat-1 для картографирования местности. Получено 4 июля 2008 г.

[14] Регламент радиосвязи МСЭ, Раздел IV. Радиостанции и системы – Статья 1.51, определение: служба спутниковой разведки Земли / служба спутниковой радиосвязи службы спутниковой разведки Земли

[15] Регламент радиосвязи МСЭ, ГЛАВА II – Частоты, СТАТЬЯ 5 Распределение частот, Раздел IV – Таблица распределения частот