Земля - взгляд из космоса, часть 2

Александр Костинский: В прошлой передаче мы рассказывали о фотографировании поверхности Земли со спутников. В начале 60-х на орбиту были выведены аппараты, которые сделали первые удачные снимки с разрешением в десятки метров. Сегодня даже коммерческие спутники предлагают изображения с разрешением меньше метра.

Обычные спутниковые фотографии сейчас составляют только небольшую часть спутниковых данных. Теперь эта область называется дистанционным зондированием и в нее входят не только одновременные съемки в очень узких спектральных диапазонах, но и микроволновое зондирование высокого разрешения.

В этой передаче мы будем обсуждать замечательные возможности дистанционного зондирования и основные выгоды, доступные практически каждому человеку.

Мои собеседники - зам. главного редактора журнала Компьютерра (www.computerra.ru) Вадим Иванченко и эксперт компании ДАТА+ www.dataplus.ru Валентин Зайцев.

Первый вопрос Вадиму Иванченко.

Как это все развивалось? Все привыкли, что есть большой, классный, очень хороший фотоаппарат. Вначале он создавал изображение на пленке, теперь на ПЗС - матрице (прибор с зарядовой связью, английское название CCD - charge-coupled device - который сейчас используется в любой видеокамере и цифровом фотоаппарате), компьютер обрабатывает сигнал и сбрасывает по радиоканалу на Землю. Но все-таки это та же обычная фотография. Изменения были количественными: разрешение улучшалось со ста метров до десяти и так далее.

Вадим Иванченко: Эти количественные изменения породили и качественные. Если вы посмотрите на снимок с разрешением 10 метров и 1 метр, то это очень разные снимки. Если на снимке с разрешением 1 метр запечатлена ваша дача или двор, то вы на нем многое разглядите. На снимке с разрешением 10 метров вы ничего не увидите. Такие снимки сейчас используются в основном в народном хозяйстве. Оцениваются заболеваемость сельскохозяйственных полей, вырубка лесов, проводится инвентаризация земель. Приложений масса, и каждый уровень разрешения сейчас востребован - и метрового, и стометрового, и километрового.

Александр Костинский: Стометровое разрешение видимо необходимо для предсказаний погоды?

Вадим Иванченко: Не только погоды. Известный спутник NOAA www.noaa.gov , который снимает облачный покров целого полушария, делает снимки, доступные всем. Можно купить соответствующую станцию, она стоит недорого, а если нет средств на станцию, то результаты можно найти в Интернете.

Валентин Зайцев: На самом деле стоит сказать, что прогресс был связан не только с качеством снимков. Если раньше метеоролога интересовала конфигурация снимков, посмотрев на картинку он мог сказать, что где-то циклон и ситуация развивается таким-то образом, то сейчас весь прогресс связан с тем, что снимки превратились в инструмент измерения. Те же метеорологические спутники дают не просто карты облачности, это измерение вертикального профиля температуры, измерение влажности. Это, условно говоря, термометр, который летает в космосе. Тот же спутник NOAA при километровом разрешении используется для создания карт погоды.

Такой эффект как Эль-Ниньо, который влияет на погоду всей планеты, был открыт с использованием метеорологических спутников. www.elnino.noaa.gov.

Александр Костинский: А что это за эффект?

Вадим Иванченко: Это зарождение в юго-восточной части Тихого океана течения, которое оказывает очень большое влияние на погоду - в первую очередь в Америке, США.

Валентин Зайцев: На самом деле температурные аномалии.

Вадим Иванченко: Температурные аномалии, порождающие воздушные течения.

Валентин Зайцев: Причем открыт эффект Эль-Ниньо благодаря спутникам. Он порождает другое явленье Ла-Ниньо. Возникает некоторое циклическое явление, когда огромный аномальный хвост температуры из Южной Америки распространяется до середины Тихого океана и он прекрасно виден на снимках. Очень часто метеорологические спутники и снимки используются для количественных измерений. Если мы возьмем спутники высокого разрешения, то важно не просто видеть, а видеть качественную картинку. Пленка есть пленка, а цифровые методы позволяют сделать саму картинку более качественной и увидеть какие-то детали в тенях, а какие-то в очень светлых участках, например на солнце. Это очень важно. За этот период произошел не только скачок из разрешения с километра до метра.

Александр Костинский: А какое сейчас достижимо разрешение? Существуют мифы, легенды, что американцы сняли из космоса звездочки на погонах наших военных во время парада, а наши сняли их номера автомобилей и тексты на плитах Арлингтонского кладбища.

Вадим Иванченко: Когда говорят о разрешении в один метр или один сантиметр, то что имеется в виду? Это означает, что каждая точка изображения имеет примерно этот размер. Для того, чтобы различить звездочки, они должны состоять как минимум из десятка или двух таких точек. Это разрешение в два миллиметра.

Александр Костинский: А какое разрешение все-таки реально достижимо? Если говорить о таких миллиметровых разрешениях, то это самолетные снимки?

Вадим Иванченко: Если он летает "нызенько", как Руст, и если при этом Руст поставит себе хорошую фотоаппаратуру.

Валентин Зайцев: Я думаю, что это даже не самолетные съемки, а съемки из-за угла. Потому что мы можем объект "опознать", а можем его "идентифицировать". Есть два таких термина. Приведу пример машины. Для того, чтобы увидеть на космическом снимке машину (это 4-5 метров) и решить, что это машина нужно разрешение примерно метр-полтора. А для того, чтобы определить тип легковой машины нужно разрешение около 15-20 сантиметров. Почти на порядок лучше. Отсюда ясно, что никаких звездочек из космоса не может быть видно. Приведу еще пример. Представьте себе конструкцию оптики на космических аппаратах: тот же спутник Iconos, с разрешением один метр, имеет фокусное расстояние объектива десять метров.

Александр Костинский: Фотоаппарат длиной десять метров.

Валентин Зайцев: На самом деле это не аппарат длиной в десять метров.

Вадим Иванченко: Если бы это был обычный фотоаппарат, то да, а там не обычный аппарат - используется зеркальная оптика.

Валентин Зайцев: Есть линзовые объективы, у которых фокусное расстояние близко к длине объектива, чем длиннее объектив, тем больше фокусное расстояние. Зеркальный объектив, например, как раньше МТО-1000 - небольшой бочоночек, имеющий фокусное расстояние один метр, но по размеру он гораздо меньше метра. Больших фокусных расстояний можно достичь за счет многих зеркал. При этом объектив не очень велик по размерам, хотя тут тоже существует связь: один метр разрешение - объектив с фокусным расстоянием десять метров.

Александр Костинский: И тут деваться некуда, никакими ухищрениями не обойти увеличение фокусного расстояния.

Валентин Зайцев: Если мы хотим разрешения 50 сантиметров, то нужно спуститься пониже или взять объектив с фокусом не десять метров, а двадцать.

Александр Костинский: А какое разрешение достижимо сейчас?

Вадим Иванченко: Сейчас на мировом рынке представлены коммерческие снимки с минимальным разрешением 50-60 сантиметров. По данным экспертов (Federation of American Scientists, www.fas.org ), американские разведывательные спутники имеют разрешение до 10-15 сантиметров.

Александр Костинский: Машину из космоса они опознать смогут.

Валентин Зайцев: Да, они смогут понять какая это машина.

Вадим Иванченко: Военную машину точно смогут опознать: танк это или другая бронетехника. Тип могут опознать. Думаю, что и соответствующие российские спецслужбы обладают сходной техникой, судя по тому, как все это развивалось. Я хочу привести один интересный факт, который показывает, чего достигла технология при создании зеркальных объективов. На спутнике Iconos используется зеркало диаметром 70 сантиметров.

Александр Костинский: Это уже маленький телескоп.

Вадим Иванченко: Конечно, их и называют телескопами. Надо отметить, что это не простое зеркало. Оно отполировано с такой высокой точностью, что, если мы мысленно увеличим это семидесятисантиметровое зеркало до 160 километров, то на нем не найдем неровности большие двух миллиметров.

Но надо подчеркнуть, когда мы говорим о качественных и количественных изменениях, которые произошли за это время, то с одной стороны это конечно же разрешение, а с другой это количество спектральных зон, в которых производится съемка.

Александр Костинский: Мы переходим к очень важному качественному скачку в спутниковом фотографировании, к зональной съемке.

Вадим Иванченко: Если раньше на фотопленке мы получали изображения, которые можно было бы видеть и глазами, то с развитием техники мы начали получать изображения, которые глазами не увидишь. В инфракрасной, ультрафиолетовой области. Мы начали получать снимки, которые чувствительны в очень узких спектральных диапазонах.

Александр Костинский: На пленку и то же самое касается ПЗС-матриц?

Вадим Иванченко: Да, на пленку и ПЗС-матрицы.

Александр Костинский: А что это может дать? Ведь очень сильно увеличивается объем информации.

Вадим Иванченко: Первые многозональные снимки делались на одной пленке. Она была цветной, и разные ее слои были чувствительны к разным зонам спектра. Количество спектров стало возрастать и сегодня существует так называемая гиперспектральная съемка, которая позволяет снимать в 512-и спектральных каналах, а то и в тысяче.

Валентин Зайцев: Для изучения растительности очень важно иметь инфракрасный канал, потому что в нем начинают проявляться эффекты, которые глазом не видны. Для глаза это просто зеленые деревья. Конечно, технология поднялась на качественно другой уровень. Сейчас это не один канал съемки, а сотни. И это из космоса. Например, NASA запустило спутник, который имеет 224 спектральных канала http://eo1.gsfc.nasa.gov . Представьте себе, что вы анализируете не одно изображение объекта, а одновременно 224. Зачем это нужно? Это нужно, чтобы произошел качественный скачок в получении информации, ведь здесь идет анализ на уровне того материала, из которого состоит объект. Это, естественно, используют и военные. Американское ведомство усиленно работает над такими программами. Этот спутник NASA имеет разрешение 30 метров, но он позволяет увидеть разницу в горных породах, совершенно изумительное применение для природных ресурсов, для геологии, ведь мы буквально видим то, чего наш глаз никогда не увидит.

Александр Костинский: Например, вы увидите завод под землей?

Валентин Зайцев: Под землей, наверное, мы не увидим.

Александр Костинский: Почему, от него же идет тепло, инфракрасное излучение?

Вадим Иванченко: Мы сможем увидеть пятно тепла и по косвенному признаку догадаемся. Не сам завод увидим, а некий признак. Так очень легко определяются заводы по производству ядерного топлива. Во время конфликта Индия - Пакистан, эти данные стали доступны в Интернете (Индия