Дистанционное зондирование Земли: история роста

Развитие таких технологий, как ГИС, обработка изображений и PNT (положение, навигация, время), повысило качество анализа изображений для предоставления дополнительных цифровых услуг для различных областей применения. Однако вопросы, касающиеся стоимости, прозрачности и доверия, продолжают создавать проблемы для индустрии дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

В документе Управления ООН по вопросам космического пространства (UNOOSA) по Инициативе в области космической экономики космическая экономика определяется «как полный спектр деятельности и использование ресурсов, которые создают ценность и выгоды для людей в процессе изучения, исследования, понимания, управления и использования пространства». Хотя основными элементами космической экономики являются радиовещание и связь, ДЗЗ, производство спутников и ракет-носителей, сопутствующие услуги и наземное оборудование, она также включает все связанные с ней отрасли, такие как телекоммуникации, радиовещание, Интернет, сельское хозяйство, лесное хозяйство, архитектура, инженерия и строительство, и это лишь некоторые из них. Космическая экономика оценивалась в размере от 350 миллиардов долларов (Morgan Stanley) до 447 миллиардов долларов (Space Foundation) в 2019 году, незадолго до начала пандемии Covid.

Инвестиции в космическую экономику продолжают расти, несмотря на продолжающуюся борьбу с Covid. Space Foundation, некоммерческая правозащитная организация, основанная в 1983 году для глобальной космической экосистемы, заявляет в своей публикации The Space Report 2021 Q2, что глобальная космическая экономика выросла до 447 миллиардов долларов в 2021 году, что на 4,4% больше по сравнению с пересмотренным показателем 2019 года 428 миллиардов долларов. Эта космическая экономика стоимостью 447 миллиардов долларов на 55% выше, чем десять лет назад, и отражает пятилетнюю тенденцию непрерывного роста. Коммерческая космическая деятельность выросла на 6,6% до почти 357 миллиардов долларов (Space Foundation) в 2020 году, что составляет почти 80% всей космической экономики. Мировые правительственные расходы на космос упали на 1,2% в 2020 году до 90,2 миллиарда долларов с пересмотренного пика 2019 года в 91,4 миллиарда долларов.

С точки зрения географии США, Китай и Европа были в тройке лидеров и составили 81% космических расходов, за ними следуют Япония и Россия. Согласно Morgan Stanley, космос влияет не только на аэрокосмическую и оборонную промышленность, но и на многие другие области, такие как ИТ-оборудование и телекоммуникации, и к 2040 году общие доходы в этом секторе могут вырасти до 1 триллиона долларов. Инвестиции в космическую сферу также значительны. По прогнозам Morgan Stanley, к 2040 году правительства во всем мире потратят на космос 181 миллиард долларов.

Эти тенденции нетрудно понять, потому что пандемия показала, что космические PNT (положение, навигация, время), связь и ДЗЗ имеют решающее значение, поскольку они обеспечивают инновационные решения в условиях ограниченного передвижения. Лиз Дерр, соучредитель и генеральный директор Simularity, компании, занимающейся геопространственной разведкой, сообщает: «Глобальная пандемия показала нам, насколько важны эти доступные потребителю технологии. Компании, которые преуспели во время пандемии, являются прекрасным примером успеха технологий 4IR». Будущее инноваций и эффективности лежит в области применения космической техники. «Если бы мне пришлось выбрать всего два слова, чтобы описать мое мнение по этому поводу, это были бы слова «Космос экзистенциален», от будущего планеты до будущего коммерции», - говорит Адам Джонас, глава исследовательского центра Morgan Stanley.

Далее он перечисляет изменение климата, космический мусор, безопасность и телекоммуникации в качестве основных областей применения, которые будут зависеть от увеличения накопления капитала за счет специальных механизмов, например, сотрудничества между существующими игроками в аэрокосмической отрасли и новыми коммерческими игроками. Повышенный интерес к Космосу также означает больше межпланетных кампаний для понимания природы Вселенной и продвижения в направлении экономической эксплуатации небесных объектов. Существует и более темная сторона, связанная с космическим мусором и опасностями, которые он представляет для космических активов.

Мировая космическая экономика выросла до 447 миллиардов долларов в 2021 году, увеличившись на 4,4% по сравнению с пересмотренным показателем 2019 года в 428 миллиардов долларов. Эта космическая экономика стоимостью 447 миллиардов долларов на 55% выше, чем десять лет назад, и отражает пятилетнюю тенденцию непрерывного роста.

Объем данных ДЗЗ со спутников неуклонно растет и, как ожидается, вырастет с его нынешней стоимости в 2,9 миллиарда долларов до 25,273 миллиарда долларов к 2040 году, согласно оценке Morgan Stanley. Однако это только верхушка айсберга. Использование спутниковых изображений, наряду с наземными и воздушными наблюдениями, практикуется уже давно. Параллельно с этим развитие таких технологий, как Географические информационные системы (ГИС), обработка изображений и PNT, повысило качество анализа изображений для предоставления цифровых услуг с добавленной стоимостью в различных областях применения. Только аналитика добавляет к данным ДЗЗ стоимость в 42 миллиарда долларов. Сектор PNT добавляет очередные 97,4 миллиарда долларов.

В прошлом в области ДЗЗ доминировали крупные правительственные игроки, такие как Landsat из Системы данных и информации Системы наблюдения Земли (EOSDIS), Copernicus из Европейского космического агентства (ЕКА) и IRS из Индийской организации космических исследований (ISRO), а также сами страны, такие как Россия, Китай, Япония и многие другие приложили усилия для получения качественных данных ДЗЗ. Частные игроки также вышли на рынок с предложениями оптических данных высокого разрешения, которые впоследствии были приобретены Maxar в процессе слияний и поглощений. Тем не менее, нынешние ключевые игроки на рынке - это такие компании, как Planet Labs, Spire, Capella, ICEYE, Satellogic, Umbra Lab, HawkEye 360, GHGSat и многие другие, которые внесли изменения в ДЗЗ.

Новички делают ставку на созвездия малых спутников со средним и высоким разрешением, которые обладают почти ежедневной периодичностью съемки. Это революционизирует мониторинг быстрых изменений. Planet Labs была лидером в этой области с ее созвездием малых спутников Dove и Skysat, которые составляют 43% от всех запущенных малых оптических спутников ДЗЗ. Другие - Black Sky Global и Satellogic. Спутники радиолокационного изображения в категории малых спутников производят компании Capella Space, ICEYE, e-Geos и Umbra Labs. Многие выходят за рамки оптических и микроволновых датчиков изображения, обращаясь к радиочастотным сигналам из Космоса и Земли (Hawkeye 360 и Spire) и парниковым газам (GHGSat).

Вице-президент компании Arturo Бретт Антонидес говорит: "Для того, чтобы отличаться от своих конкурентов, компании расширяют спектр получаемых изображений с помощью гиперспектральных камер, радара с синтезированной апертурой (SAR), радиочастотной (RF) геолокации и инфракрасного излучения. Добавление новых модальностей и феноменологий открывает новые возможности для исследователей и компаний в поиске новой интересной аналитики. Они помогают устранить многие ограничения, налагаемые на традиционные оптические изображения, то есть облачный покров, ночное время и т.д. Кроме того, эти инструменты позволяют использовать новые методы для анализа наводнений, обнаружения изменений, роста растительности, оседания почвы и нарушения почвы, и это лишь некоторые из них".

Инфраструктура для использования данных

Традиционно правительство, промышленность и научные круги использовали данные со спутников для своей работы. Признанные поставщики данных ДЗЗ продавали свои данные как услугу и предоставляли конечным пользователям анализировать данные для извлечения из них полезной информации. Однако эта модель претерпела серьезные изменения. Многие облачные провайдеры, такие как Amazon, Google и Azure, теперь предоставляют службу шлюза, которая позволяет пользователям получать доступ к данным и аналитике совершенно независимо. Таким образом, вместо того, чтобы собирать данные по отдельности из разных источников, предварительно обрабатывать и затем анализировать их с помощью аналитических инструментов, полученных или разработанных собственными силами, конечные пользователи могут получить доступ к тем же данным через платформы типа Skywatch, или получить доступ к данным и аналитике в качестве услуги от таких компаний, как Mundi и Cleos.

Влияние наблюдения Земли

"Спутниковые технологии и космические исследования открывают новые потенциальные возможности для оценки и решения проблем изменения климата и устойчивого развития в глобальном масштабе", - говорит Одри Чой, директор по устойчивому развитию и директор по маркетингу Morgan Stanley. "В ближайшие годы эти технологии могут позволить нам иметь более мощный глобальный взгляд на климатические данные и науку об окружающей среде. Эти идеи, в свою очередь, могут помочь обеспечить более глубокую интеграцию соображений устойчивости в инвестиционные решения". Это заявление показывает насколько важную роль играет ДЗЗ, особенно в нынешних условиях, когда недавно опубликованный отчет МГЭИК показывает, что мы не просто находимся на грани катастрофы, но мы уже в ней. Чой перечисляет ключевые области применения, которые включают продовольственную безопасность, мониторинг парниковых газов, управление коммунальными услугами, возобновляемые источники энергии и оптимизацию спроса и предложения.

Дерр говорит, что оборона и георазведка (GEOINT) являются их основными источниками дохода. Другими основными приложениями являются мониторинг международных споров, экологических и климатических изменений, стихийных бедствий, посягательств, подотчетности правительства, мониторинг важнейших активов, таких как береговые линии, природные ресурсы, границы, разрушительная деятельность, такая как добыча полезных ископаемых, и экологически защищенные районы. Необходимы всепогодные данные и данные, близкие к реальному времени, а также своевременная разведка по доступным ценам. "Обнаружение кражи, разрушения или вредительства через несколько недель после этого факта мало что делает для решения проблемы", - подчеркивает она.

Другие источники спутниковых данных

Устройства интернета вещей все чаще используются для сбора данных на месте. Доступ к таким данным, особенно из отдаленных районов, может осуществляться с помощью спутников. Объемы данных невелики, и требования к сбору, возможно, составляют несколько раз в день. Такие требования могут быть удовлетворены с помощью небольших спутников на низких околоземных орбитах.

Astrocast - это глобальная наноспутниковая сеть интернета вещей, обслуживающая такие отрасли, как сельское хозяйство и животноводство, нефть, газ и горнодобывающая промышленность, морские, экологические и подключенные транспортные средства, с использованием устройств интернета вещей, которые напрямую связываются со спутниками с помощью службы двусторонней связи. В оперативной сети созвездия Астрокаст насчитывается 10 спутников, и ожидается, что к концу года на орбиту будут выведены еще 10 спутников, а конечная цель - 100 спутников к 2024 году.

Компания Swarm Technologies, недавно приобретенная SpaceX, располагает наибольшим количеством малых спутников, выводимых на орбиту во время полета, а также спутниками наименьшего размера. Компания имеет более 100 космических аппаратов на орбите и планирует разместить 180 для своего полного созвездия.

Спутниковый Интернет для ДЗЗ

Облачные сервисы, такие как AWS, Azure и Google, зависят от стабильного, широкополосного подключения к Интернету, которое обслуживает весь мир. Услуги спутникового Интернета, такие как Starlink от SpaceX, Kuiper от Amazon и один веб-сайт, базирующийся в Великобритании, удовлетворят эту потребность. Поставщики данных, агрегаторы, аналитики смогут предоставлять конечным пользователям услуги, не зависящие от данных и анализа, через Облако. Как говорит Аравинд Равичандран, независимый космический консультант и аналитик рынка в TerraWatch Space, "Инфраструктура заложена, и теперь пришло время начать использовать данные, полученные с помощью этих спутников, чтобы начать генерировать бизнес-обоснование для этих стартапов NewSpace EO, чтобы продолжать отправлять больше спутников".

Будущее ДЗЗ

Будущее ДЗЗ заключается как в больших, так и в малых спутниках. Текущий сценарий показывает, что большие спутники по-прежнему необходимы для мониторинга окружающей среды. По словам Дерра, "последнее десятилетнее исследование Национальных академий НАСА включает в себя множество важных вопросов, направленных на выявление того, как природные и антропогенные изменения влияют на экосистемы. Наличие нескольких датчиков, собирающих данные одновременно, может быть единственным способом получить четкие ответы". Это требование не может быть выполнено небольшими группировками спутников, поскольку проблемы регистрации пространственных и временных данных с разных спутников в одном и том же созвездии и из разных созвездий будут создавать серьезные проблемы. С другой стороны, частое повторное посещение и быстрый обмен данными являются бесценными характеристиками малых спутников.

Что касается датчиков, радар с синтезированной апертурой (SAR) уже давно обещал изменить правила игры, но требовались массивные спутниковые платформы, что ограничивало их использование. Сегодня новые технологии уменьшили размеры датчиков SAR, чтобы их можно было устанавливать на небольших спутниках, и изображения, получаемые с таких спутников, достаточно хорошего качетсва. Развитие новых датчиков, таких как радиочастотные детекторы и детекторы парниковых газов (GHG), добавляет новую перспективу использования ДЗЗ.

Правительства являются основными потребителями данных ДЗЗ. Помимо своих собственных спутников, они заключили крупные контракты с частными игроками. Однако анализ данных с самого начала требует больших инвестиций и будет возможен только в государственных лабораториях и в хорошо финансируемых академических кругах. Как говорит Дерр: "В обозримом будущем оборонные ведомства станут основными движущими силами геопространственной аналитики. Крупные страны с хорошо финансируемыми вооруженными силами могут позволить себе лучшие изображения, искусственный интеллект и самых квалифицированных геоаналитиков". Однако она продолжает добавлять, что "в целом неправительственные заказчики не являются обученными аналитиками, не хотят нанимать обученных аналитиков, не хотят запускать аналитическое программное обеспечение и не хотят учиться получать спутниковые изображения. Им просто нужны ответы". Именно в этом будет заключаться будущее аналитики данных ДЗЗ.

По ее словам, "спутниковые снимки, находящиеся в свободном доступе, и инструменты с открытым исходным кодом могут использоваться исследователями, учеными, местными органами власти, некоммерческими организациями и небольшими организациями для повышения уровня осведомленности о ситуации, которого у них не было ранее. Развитие этого рынка с помощью доступного анализа важно, если компании ДЗЗ хотят диверсифицировать свою клиентскую базу, чтобы их доходы и успех не полностью контролировались политиками и военными бюджетами".

Еще один интересный аспект касается гражданских ученых. "Цифровая доступность такого большого количества информации приводит к увеличению числа гражданских ученых, которые могут собирать данные, необходимые для исследований, и онлайн-исследователей с открытым исходным кодом, которые могут использовать такие вещи, как сообщения в социальных сетях, чтобы определить, что происходит, где и кто это делает", - говорит Дерр.

По словам Антонидеса, "ключевым фактором для коммерческого сектора всегда является окупаемость инвестиций. Бум предложений "Программное обеспечение как услуга" (SaaS), которые предоставляют аналитику, информационные панели и информацию о целевых типах данных, то есть HubSpot, Google Analytics, Loggly и т. д., будет продолжать расти и диверсифицироваться. Я верю, что такие компании, как Databricks и другие платформы данных SaaS, продолжат снижать барьеры входа, чтобы позволить большему числу компаний расширить использование аналитики. Чтобы лучше использовать эти платформы данных SaaS, я думаю, что существует растущая ниша для небольших стартапов в области аналитики как сервиса, которые могут помочь в запуске других стартапов, которые находятся на начальной стадии роста ".

Наконец, где будет находиться отрасль с точки зрения машинного обучения (ML) и искусственного интеллекта (AI)? По словам Антонидеса, "само собой разумеется, что ML / AI будут продолжать свой взрывной рост. Объедините привлекательные рабочие места с новыми технологиями, библиотеками и платформами, которые продолжают внедрять новые идеи, и у вас есть рецепт роста. Область, в которой, я полагаю, вы увидите значительный рост в ближайшие несколько лет, - это модели ML / AI, развернутые на периферии".

Ограничивающими факторами роста ДЗЗ являются стоимость, прозрачность и доверие. Многие технологии 4IR просто все еще слишком дороги для интеграции во многие производственные и отраслевые приложения потребительского уровня. Прозрачность и доверие являются связанными ограничениями. Многие из этих новейших технологий основаны на прорывах и научных достижениях, которые трудно понять многим аудиториям. ИИ, в частности, вызывает широкий набор коннотаций от фантастического до антиутопического. "Появление прозрачного ИИ, способность объяснять и понимать результаты ИИ, подчеркивает как перспективы, так и проблемы этой технологии. До тех пор, пока эти технологии не станут обычным явлением или, по крайней мере, не будут лучше поняты, многие люди будут колебаться, доверять ли этим технологиям и открыто полагаться на них", - сообщает Антонидис.