Миссия RADARSAT Constellation: от проектирования до запуска и эксплуатации

Прошло более двух лет с момента запуска самой последней канадской космической миссии RADARSAT Constellation Mission (RCM).

Настало время взглянуть на историю, характеристики и приложения этого проекта, инвестиции в который составили более 1 миллиарда канадских долларов.

Спутники RCM были построены компанией MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. (теперь MDA) в качестве генерального подрядчика в сотрудничестве с Канадским космическим агентством (CSA) и запущены с базы ВВС в Калифорнии 12 июня 2019 г. (рис. 1). Работа спутников, а также наземных станций находится под контролем CSA, при этом правительство Канады является собственником собранных данных, а Министерство национальной обороны (DND) отвечает за упорядочивание, обработку и прием данных.

История RADARSAT в Канаде

Потребность в получении данных для масштабных, в том числе научных, исследований Земли привела к созданию и запуску спутников дистанционного зондирования.

Канада впервые запустила RADARSAT-1 4 ноября 1995 года в сотрудничестве между CSA в качестве владельца и оператора и НАСА в качестве организации, ответственной за запуск. Успех RADARASAT-1 в различных приложениях, таких как мониторинг льда, океана и окружающей среды, а также наблюдение за прибрежной зоной, побудил правительство Канады продолжить свои космические миссии с разработкой RADARASAT-2. Запущенный 14 декабря 2007 г., RADARSAT-2 был самым успешным коммерческим радиолокационным спутником ДЗЗ в то время с широким спектром применений от мониторинга льда/океана до борьбы со стихийными бедствиями и наблюдения за морской средой, благодаря чему Канада оставалась лидером в радиолокационных космических миссиях. RADARSAT-2 был совместным проектом, финансируемым правительством (CSA) и промышленностью (MDA). Проект начался в феврале 1998 года, когда CSA заключила контракт с MDA на создание RADARSAT-2. Этот спутник имел некоторые улучшенные характеристики по сравнению с его первой версией RADARSAT-1, такие как расширенные поляриметрические возможности (HH для RADARSAT-1 по сравнению с полной поляриметрической опцией для RADARSAT-2), а также более высокое пространственное разрешение. RADARSAT-2 обеспечивает непрерывный сбор радиолокационных данных и до сих пор работает сверх расчетного 7-летнего срока службы.

Эти два успешных проекта побудили правительство Канады расширить и даже повысить возможности космических радаров за счет объявления о миссии RADARSAT Constellation следующего поколения в 2004 году. На завершение проекта RCM ушло 15 лет: восемь лет на этап проектирования; и семь лет на этап сборки и запуска.

Что такое миссия RADARSAT Constellation?

RCM представляет собой группировку из трех одинаковых спутников (рис. 2).

Его называют «группировкой», поскольку группа спутников работает вместе как система, обеспечивая почти глобальное покрытие за счет увеличения времени повторного посещения.

Для Канады спутники RCM являются аппаратами с самым высоким пространственным разрешением, и в будущем миссия RCM может быть модернизирована, чтобы включить еще три спутника (т.е. всего будет шесть спутников).

Как работает RCM?

Спутники обычно представляют собой либо активные, либо пассивные датчики. Пассивные датчики зависят от солнца как источника освещения, поскольку они воспринимают отраженную электромагнитную энергию. Они могут работать в различных частях электромагнитного спектра, таких как видимый (RGB), тепловой, инфракрасный или SWIR. Оптические спутники, такие как Worldview 1/2, GeoEye 1/2 и Sentinel-2, являются примерами пассивных датчиков. Напротив, активные датчики имеют собственный источник энергии, что обуславливает некоторые особые преимущества по сравнению с пассивными датчиками. Они работают в микроволновом диапазоне спектра. В этой части электромагнитного спектра наблюдается наименьшее ухудшение сигнала из-за погодных условий/облачности. Некоторые преимущества по сравнению с пассивными датчиками включают в себя работу днем/ночью и приблизительно в любых погодных условиях или при облачности, возможность управления лучом/сигналом, проникающую способность и предоставление ценной информации о структуре, ориентации, содержании воды и структуре поверхности. Активные датчики также работают на разных частотах микроволн, включая диапазоны P, L, C, X, K, Ka или Ku. RADARSAT 1/2 и RCM работают в диапазоне C. Помимо всех преимуществ, микроволновые датчики имеют и некоторые недостатки. Некоторыми примерами являются трудности интерпретации данных, а также геометрические искажения, хотя для решения этих трудностей используются различные методы, которые постоянно совершенствуются.

Каковы технические характеристики RCM?

Спутники RCM относятся к классу низкоорбитальных спутников с малым весом и работают на солнечно-синхронной орбите, чтобы проходить через каждую точку Земли в фиксированное местное время (т. е. в 10:30 утра). Кроме того, три спутника RCM расположены на одной орбите и находятся на расстоянии примерно 32 минуты (120°) друг от друга, что обеспечивает максимальное покрытие (рис. 2). Спутники рассчитаны на срок службы 7 лет.

Поскольку RADARSAT-2 был самым успешным радиолокационным спутником в Канаде, некоторые основные различия между RCM и RADARSAT-2 приведены в таблице 1.

Полное описание характеристик RCM/RADARSAT-2 можно найти на EOPortal https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/r/rcm

В дополнение к общим возможностям радиолокационных датчиков, включая интерферометрический SAR (InSAR), дифференциальный интерферометрический SAR (DInSAR), поляриметрический SAR (PolSAR) и интерферометрический поляриметрический SAR (PolInSAR), RCM имеет возможность собирать очень малые изменения с помощью Coherent Change. Детекция (ПЗС). Возможность круговой передачи для сбора компактных поляриметрических данных (т. е. RV, RH, LV и LH) является еще одной современной возможностью RCM по сравнению с RADARSAT-2.

Почему RCM так полезен?

Обширный набор возможностей делает проект RCM исключительно эффективным благодаря высоким техническим характеристикам.

К этим характеристикам относятся высокое пространственное и временное разрешение, надежность системы, большой охват (около 95 % земного шара), а также некоторые новые компоненты по сравнению с RADARSAT-2 (например, полностью компактная поляризация, впервые использованная круговая поляризация при передаче, группировка из трех одинаковых спутников на одной орбите).

Кроме того, использование RCM подразделяется на три основных класса следующим образом:

• морское и национальное наблюдение/безопасность, которое охватывает широкий спектр областей применения, включая мониторинг льда/айсбергов, обнаружение судов и мониторинг загрязнения нефтью;
• экологический мониторинг и охрана;
• управление аварийными ситуациями, которое включает предупреждение, реагирование и восстановление.

Основными пользователями этих классов являются DND, Департамент рыболовства и океанов (DFO), Министерство сельского хозяйства и продовольствия Канады (AAFC), Министерство окружающей среды и изменения климата Канады (ECCC), Канадская ледовая служба (CIS), Береговая охрана Канады, Министерство транспорта Канады, Службы коренных народов Канады (ISC), Министерства природных ресурсов Канады (NRCan), Службы общественной безопасности Канады и Парков Канады (рис. 4).

Среди различных пользователей CIS и DND требуются данные RCM для оперативных и безопасных морских приложений в режиме реального времени. Вот некоторые примеры:

• постоянный надзор за опасной деятельностью в Арктике и отдаленных районах;
• отслеживание судов для оценки потенциальной незаконной деятельности, а также безопасности судоходства;
• обнаружение и отслеживание разливов нефти;
• оценка опасной скорости айсбергов для морских применений;
• мониторинг безопасности морских нефтегазовых платформ.

Заключение

Исторический успех RADARSAT-1 и 2 в сборе ценных данных для различных пользователей в Канаде и других странах стал основной причиной разработки и создания спутников SAR нового поколения, получивших название RCM. Современные характеристики RCM, такие как группировка из трех идентичных канадских спутников на одной орбите для почти глобального покрытия, разнообразные варианты поляризации, повышение надежности системы, возможность обнаружения когерентных изменений (CCD), более высокое пространственное разрешение и меньшее время повторного посещения - это некоторые преимущества RCM по сравнению с RADARSAT 1 и 2. Кроме того, проект RCM поддерживает позиции Канады в авангарде спутниковых технологий ДЗЗ, чтобы обеспечить непрерывность данных SAR для текущих и даже потенциальных пользователей.