Роботы в космосе

Бытовые роботы - Информационно-справочные

роботы в космосе

Водитель автомобиля вряд ли задумывается о том, что сегодня он хорошо виден из космоса, с орбиты спутника-шпиона или аппарата дистанционного зондирования. Но пока он может не беспокоиться: послушные космические роботы нацелены совсем на другие объекты - природные образования, места утечки нефтепродуктов, районы дислокации войск и военной техники и тому подобное.

Современные спутники дистанционного зондирования Земли представляют собой сложные интеллектуальные технические устройства, четко и слаженно выполняющие команды и программы по съемке объектов и районов земной поверхности. Спутники ДЗ, собирающиеся почти вручную в стерильных производственных цехах, включают в себя множество сложных и уникальных приборов и устройств, взаимоувязанных и работающих как единый технический организм. Главная часть космического аппарата - специальная приемная аппаратура, способная сфокусировать, принять и преобразовать в изображение электромагнитную энергию объектов наблюдения. Аппаратура наблюдения бывает трех типов: фотографическая, оптико-электронная и радиолокационная. Понятно, что она чувствительна в том участке электромагнитного спектра, в котором ведется сбор данных, и она может иметь оптику (зеркальную или линзовую) и полупроводниковые фотоприемные устройства для видимой и инфракрасной области спектра или антенную систему для СВЧ-диапазона, позволяющую облучать объекты и принимать отраженные сигналы. Помимо этого аппарат ДЗ включает системы, необходимые для управления спутником: навигационные приборы, датчики углового положения, гироскопы; а также системы электропитания и обеспечения функционирования в условиях больших перепадов температур. При этом вес аппаратов может достигать 10-15 тонн.

Располагаются современные спутники ДЗ в околоземном пространстве на орбитах высотой от 200 до 1000 км, за исключением геостационарных метеоспутников, находящихся на высоте около 35 тыс. км над землей. Для описания формы, пространственного положения плоскости орбиты и движения по ней спутника выделяют шесть независимых параметров, или элементов, называемых кеплеровыми (фото 1). Это большая полуось (A), эксцентриситет (e), наклонение (i), долгота восходящего узла (W), аргумент перигея (w) и истинная аномалия (u). С помощью кеплеровых элементов рассчитывают траектории полета спутника, прогнозируют его местоположение, к примеру, на неделю или месяц вперед, благодаря чему можно планировать наблюдение объектов и районов на земной поверхности, а также формировать оптимальные маршруты съемки [1]. Спутники ДЗ работают по большей части на круговых орбитах, что позволяет получать изображения объектов наблюдения примерно одного качества и масштаба. Часто эта орбита солнечно-синхронная, необходимая для съемки районов наблюдения с постоянной освещенностью, то есть при одной и той же высоте Солнца над горизонтом на заданной широте. За сутки спутник совершает около пятнадцати витков, раз в несколько дней делая полный обзор поверхности Земли

Читая эти строки, многие, наверное, вспоминают историю про спутники-шпионы, якобы способные различать номера автомашин. И хотя это некоторое преувеличение (номера автомобилей сверху не видны принципиально, тем не менее оно не умаляет высоких технических характеристик уникальной аппаратуры космического наблюдения, самыми важными из которых являются: величина разрешения на местности, показывающая, каких размеров объекты различимы на изображении (лучшие значения - 1 м), и быстрота доставки отснятого изображения на Землю потребителю (до 1,5-2 часов).

Представить себе, что такое космическая фотоаппаратура, несложно, достаточно мысленно увеличить размеры бытового фотоаппарата-мыльницы раз эдак в 25 да прибавить систему управления и капсулы, в которых пленка доставляется на землю. С такой техникой не всякий справится. Достоинствами фотографической аппаратуры по сравнению с другими средствами ДЗ являются простота и надежность. Как система передачи информации фотопленка обладает огромной информационной емкостью. На 1 кв. см снимка умещается от 1 до 10 млн. бит. Для передачи такого объема информации по радиоканалу требуется примерно в 10 тыс. раз больше времени, чем для ее регистрации.

Фотоспутники применяются для решения широкого круга научных, социально-экономических и военных задач. Основные из них: исследование природных ресурсов Земли; составление и обновление топографических карт и фотопланов; поиск объектов, выявление закономерностей их расположения, наблюдение за динамикой объектов, вскрытие их назначения и признаков функционирования; идентификация и привязка к карте результатов наблюдения, полученных другими средствами ДЗ.

В оптико-электронных спутниках ДЗ в качестве объектива используются уже не линзовые, как в фотографических, а зеркальные телескопы, в качестве же приемника электромагнитного излучения применяется не фотопленка, а полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). В результате изображение преобразуется в электрические сигналы, которые сохраняются бортовыми запоминающими устройствами для последующей передачи на Землю по радиолинии. Для увеличения снимаемой площади используют оптико-механические и электронные сканеры, устанавливаемые на спутниках оптико-электронного наблюдения, которые строят изображения, комбинируя движение спутника и качание сканирующего зеркала перпендикулярно направлению полета (фото 3: схема сканирования и образец снимка). Такая оптическая схема применена на спутниках ДЗ Landsat и SPOT. В фокальной плоскости оптической системы размещается фотоприемное устройство, собранное, как правило, из матриц ПЗС, выполненных на основе кремния (для видимого и ближнего ИК-диапазонов), охлаждаемого антимонида индия (для среднего ИК-диапазона, 3-5 мкм) и охлаждаемого ртутно-кадмиевого теллурида (для дальнего ИК-диапазона, 8-14 мкм). С развитием гиперспектральной съемки находит применение элементная база для фотоприемников, которые уже позволяют регистрировать излучение в 256 узких (10 нм) спектральных зонах, формируя целый куб изображений . Зарегистрированные фотоприемником сигналы усиливаются, преобразуются в цифровую форму, помещаются в бортовое ЗУ, и уже через несколько секунд после приема изображение готово к передаче на Землю для доставки потребителю.

Фотографические и оптико-электронные спутники обеспечивают сегодня наиболее детальные данные о поверхности Земли и объектах на ней. Однако эти средства ДЗ действенны только при хорошей погоде в светлое время суток. Этого недостатка лишены спутники с радиолокационной аппаратурой на борту.

Наилучшее качество радиолокационных изображений земной поверхности обеспечивают космические радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА). РСА формирует изображение путем зондирования поверхности когерентными СВЧ-сигналами и приема отраженного излучения последовательно, по траектории полета спутника. При этом с помощью когерентного суммирования сигналов достигается искусственное увеличение размера апертуры антенны и сужение ее диаграммы направленности. Такой метод синтезирования изображения позволяет существенно увеличить разрешающую способность данных зондирования до десяти, а в перспективе - до трех метров. Кроме того, по радарным изображениям можно выявить движущиеся объекты, определить скорость и направление их движения, а также получить информацию о высотном рельефе зондируемой местности.

Космическая радиолокация помогает также в наблюдении объектов, скрытых растительностью и расположенных в приповерхностном слое земли или в прибрежной зоне водоемов (заглубленные трубопроводы, линии связи, электропередач и т. п.).

Впрочем, на сегодняшний день лишь немногоие страны могут позволить себе иметь спутники ДЗ. Однако государств, активно их разрабатывающих и проявляющих интерес к использованию получаемых ими данных, с каждым годом становится все больше и больше.

Какие же средства ДЗ существуют сегодня в мире?

Среди спутников с аппаратурой низкого разрешения в первую очередь следует упомянуть NOAA, дающие снимки с разрешением в единицы километров и позволяющие решать метеорологические задачи, определять температуру моря и суши, следить за ледовым и снежным покровом, обнаруживать пожары.

Удивительно, высокими характеристиками для своего класса обладают спутники Индии. На сегодня это одна из передовых стран в мире по качеству данных наблюдения, распространением которых занимается, правда, американская компания Space Imaging. Индия использует спутники типа IRS (Indian Remote Sensing). Лучший из них обеспечивает разрешение на местности до 6 м в полосе захвата аппаратуры 70-90 км при возможности съемки в полосе обзора 800 км. Минимальная периодичность наблюдения объектов на Земле составляет пять суток, а оперативность доставки информации потребителям не превышает 24 часов.

Спутниками ДЗ обладает также Франция, эксплуатирующая аппараты типа Spot, объем продаж изображений с которых самый большой в мире (а наибольший объем продаж радиолокационных изображений в мире дает канадский спутник Radarsat, обеспечивающий получение данных с наилучшим разрешением около 9 м). Весьма совершенный спутник типа Spot-4 выведен на орбиту в 1998 году. Стоимость его создания и запуска - около 600 млн. долларов. Спутник имеет массу 2,75 т и среди прочего оборудования несет две камеры типа HRVIR (High Resolution Visible Infra-Red). Каждая из них массой около 250 кг работает в двух участках видимого (0,5-0,59 и 0,61-0,68 мкм) спектра, участке ближнего ИК-спектра (0,79-0,89 мкм) и коротковолнового ИК-спектра (1,58-1,75 мкм) и обеспечивает получение изображений с максимальной разрешающей способностью 10 м. В качестве фотоприемного устройства на ИСЗ используются линейки ПЗС с размером чувствительного элемента 13х13 мкм (фото 4).

В интересах ДЗ используются также американские спутники Landsat и Terra с разрешением до 15 м и 10 м соответственно, китайско-бразильский спутник CBERS с разрешением до 10 м, южнокорейский спутник Kompsat с разрешением до 10 м, южноафриканский спутник Sunsat с разрешением до 15 м и другие. Россия опережает ряд зарубежных стран по детальности данных ДЗ (мы можем снимать Землю с разрешением до 2 м). Однако российские спутники типа Ресурс-Ф и Комета - это фотографические средства одноразового использования .

В последнее время удалось существенно уменьшить габариты и массу спутников ДЗ. Наилучших результатов здесь добились американцы. В прошлом году выведен на орбиту малый спутник ДЗ типа Ikonos, разработанный в США и позволяющий получать изображения высокого разрешения - до 1 м (подробности см. КТ #319). В этом году, как ожидается, ему составят конкуренцию малые спутники ДЗ QuickBird, OrbView и Eros, которые также позволят получать изображения с разрешением до 1 м.




Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Игрушки:

News image

Умный робот из конструктора

Британский журнал Real Robots предлагает своим читателям собрать из поставляемых вместе с журналом деталей собственного робота Cybot. Процесс сборки...

News image

Роботы для домашнего хозяйства

Компания International Robotics выпустила в продажу His & Hers роботов для дома. В минуты, когда вам необходима лишняя пара рук или ног, эти мно...

News image

Робот-кролик управляет домашней техникой

На выставке бытовой электроники CEATEC, прошедшей на днях в Токио, компания Hitachi представила робота-кролика, который должен стать помощником люде...

Домохозяйки-помошники:

Робот-уборщица от iRobot

News image

Компания iRobot представила своего нового робота Scooba. Этот робот предназначен для уборки в доме. Он может чистить, мыть, пыле...

Mini-ITX – Робототехника

News image

Наиболее интересная область применения систем Mini-ITX! Именно в робототехнике оказываются востребованными такие преимущества ми...

Новая модель робота пылесоса Roomba 55101 от компания i

News image

Американская компания iRobot начала выпуск обновленных роботов пылесосов для дома вместо старых роботов 500 серии. Как и раньше,...

Создан гуманоидный музыкальный робот

News image

Американская компания Hasbro анонсировала выход на рынок самоходного музыкального робота A.M.P. (Automated Musical Personality),...

Популярные роботы:

Роботы обучаются эволюции

News image

Живые организмы эволюционировали в течение сотен миллионов лет, чтобы пройти путь от первых амфибий к млекопитающим с большим и сложным мозгом. Этот...

Бот-оборотень принимает виды ради космической суперцели

News image

Сегодня вы хотите копать. Завтра вы захотите перевозить вещи. Днём позже вы пожелаете исследовать кратеры на южном полюсе Луны. Традиционный подход...

Первый робот-повар еще более распространит китайскую ку

News image

Южнокитайская компания разработала первого робота-повара и научила его готовить тысячи традиционных китайских блюд. Это уникальное изобретение было ...

Опять роботы

News image

Четыре процессора, соответствующий софт... такой себе ходячий laptop:-) и соответствующая цена 1500 USD за одно жалкое подобие собаки, если мне не и...

Фото-ссылки:

News image News image
News image News image News image News image
News image News image News image

Авторизация

>>>: Главная - Информационно-справочные - Роботы в космосе
Orange Green Red

Лучшие минироботы:

News image

Летающие роботы

Существует такой себе Micromechanical Flying Insect (MFI) Project, основной задачей является разработка робота размеры которого соизмеримы с 25 мм. ...

News image

Создан робот, путешествующий по человеку

Исследователи факультета медицинской инженерии израильского технологического института во главе с профессором Моше Шохамом (Moshe Shoham) объявили о...

News image

KVAND представит роботизированный малоразмерный беспилотный

Российская компания KVAND, лидер на рынке бизнес - авиации в секторе переоборудования VIP салонов самолетов, представит на международной выставке Б...

Лучшие военные роботы:

News image

Роботы помогут развить успех Google Street View

Хотя представляемые сервисом Google Street View панорамные снимки периодически становятся центром скандалов по причине вторжения в частную жизнь поп...

News image

Самый маленький робот-гуманоид

Японский производитель игрушек планирует выпустить в скором времени на рынок миниатюрную модель робота-гуманоида, нацеленного почему-то на взрослую ...

News image

Роботы из принтера

Из принтера показался яркий рисунок, отливающий местами металлом, местами — матовой пластмассой. Взяв листок в руки, человек сложил его по ряду напе...