Введение
Изображения, полученные с искусственных спутников Земли.
Спутниковые изображения (также изображения дистанционного зондирования Земли, космическая фотосъемка или просто спутниковые снимки) – это изображения Земли, собранные с помощью разведывательных спутников, принадлежащих правительствам и коммерческим организациям по всему миру. Компании, специализирующиеся на спутниковой съемке, продают эти изображения посредством лицензирования государственным и частным структурам, таким как Apple Maps и Google Maps.
История
Первые изображения из космоса были сделаны во время суборбитальных полётов. 24 октября 1946 года в США был запущен полёт ракеты V-2, которая делала один снимок каждые 1,5 секунды. С апогеем в 65 миль (105 км) эти фотографии были сделаны с высоты, в пять раз превышающей предыдущий рекорд – 13,7 мили (22 км), достигнутый в 1935 году в ходе миссии воздушного шара Explorer II. Первые спутниковые (орбитальные) фотографии Земли были сделаны 14 августа 1959 года американским спутником Explorer 6. Первые спутниковые фотографии Луны, возможно, были сделаны 6 октября 1959 года советским спутником "Луна-3" в рамках миссии по фотографированию обратной стороны Луны. Фотография "Голубой шар" была сделана из космоса в 1972 году и стала очень популярной в средствах массовой информации и среди общественности. Также в 1972 году Соединённые Штаты начали программу Landsat – крупнейшую программу по получению изображений Земли из космоса. В 1977 году первые снимки Земли в режиме реального времени были получены с помощью спутниковой системы KH-11 США. Самый последний спутник Landsat, Landsat 9, был запущен 27 сентября 2021 года. Все спутниковые снимки, созданные NASA, публикуются NASA Earth Observatory и находятся в свободном доступе для общественности. Ряд других стран также имеют программы спутниковой съёмки, а совместные европейские усилия привели к запуску спутников ERS и Envisat, оснащённых различными датчиками. Существуют также частные компании, предоставляющие коммерческие спутниковые снимки. В начале XXI века спутниковые снимки стали широко доступны благодаря появлению доступного и удобного программного обеспечения с доступом к базам данных спутниковых снимков, предлагаемого несколькими компаниями и организациями.
Применение
Спутниковые снимки находят широкое применение в метеорологии, океанографии, рыболовстве, сельском хозяйстве, охране биоразнообразия, лесном хозяйстве, изучении ландшафтов, геологии, картографии, региональном планировании, образовании, разведке и военном деле. К менее распространенным областям применения относится поиск аномалий – критикуемый метод исследования, заключающийся в поиске необъяснимых явлений на спутниковых изображениях. Изображения могут быть представлены в видимом диапазоне и в других спектрах. Также существуют карты высот, как правило, создаваемые на основе радиолокационных снимков. Интерпретация и анализ спутниковых изображений выполняются с помощью специализированного программного обеспечения для дистанционного зондирования.
Общественное достояние
Спутниковая съемка поверхности Земли представляет значительную общественную пользу, поэтому многие страны поддерживают собственные программы спутникового наблюдения. Соединенные Штаты стали пионером в предоставлении этих данных в свободный доступ для научных целей. Ниже приведен список некоторых из наиболее популярных программ, к которым недавно присоединилось созвездие Sentinel Европейского Союза.
Корона
Программа CORONA представляла собой серию американских стратегических разведывательных спутников, разработанных и эксплуатировавшихся Директоратом науки и технологий Центрального разведывательного агентства (ЦРУ) при существенной поддержке Военно-воздушных сил США. Тип получаемых изображений – панорамные снимки на влажной пленке, для создания стереоскопических изображений использовались две камеры (AFT и FWD).
Ландсат
Landsat — старейшая действующая программа спутникового наблюдения Земли. Оптические изображения Landsat собираются с пространственным разрешением 30 м с начала 1980-х годов. Начиная со спутника Landsat 5, также собирались данные в тепловом инфракрасном диапазоне (с более низким пространственным разрешением, чем у оптических данных). В настоящее время на орбите находятся спутники Landsat 7, Landsat 8 и Landsat 9.
MODIS
С 2000 года MODIS ежедневно собирает спутниковые изображения Земли в 36 спектральных диапазонах. MODIS установлен на борту спутников NASA Terra и Aqua.
Стендиль
В настоящее время ESA разрабатывает созвездие спутников Sentinel. На данный момент запланировано 7 миссий, каждая из которых предназначена для решения различных задач. Уже запущены Sentinel-1 (радиолокационная съемка), Sentinel-2 (оптическая съемка поверхности суши с разрешением в несколько десятков метров) и Sentinel-3 (оптическая и тепловая съемка суши и воды с разрешением в несколько сотен метров).
Метеосайт
Геостационарный метеорологический спутник Meteosat 2 начал оперативно передавать данные изображений 16 августа 1981 года. Eumetsat управляет спутниками Meteosat с 1987 года. Видимый и инфракрасный сканер Meteosat (MVIRI) – трехканальный прибор, работающий в видимом, инфракрасном и водяном диапазонах; он используется на спутниках Meteosat первого поколения, и Meteosat 7 до сих пор находится в эксплуатации. 12-канальный вращающийся усовершенствованный видимый и инфракрасный сканер (SEVIRI) включает каналы, аналогичные используемым в MVIRI, обеспечивая непрерывность климатических данных на протяжении трех десятилетий; Meteosat второго поколения (MSG). Гибкий комбинированный сканер (FCI) на спутнике Meteosat третьего поколения (MTG) также будет включать аналогичные каналы, что означает, что все три поколения обеспечат более 60 лет данных о климате.
Частная сфера
Несколько спутников строятся и обслуживаются частными компаниями, а именно:
GeoEye
Спутник GeoEye 1 был запущен 6 сентября 2008 года. Спутник GeoEye 1 оснащен системой формирования изображений высокого разрешения и способен получать снимки с пространственным разрешением 0,41 метра (16 дюймов) в панхроматическом или черно-белом режиме. Он получает многоспектральные или цветные изображения с разрешением 1,65 метра, что составляет примерно 64 дюйма.
Максара
Спутник Maxar WorldView 2 обеспечивает коммерческие спутниковые изображения высокого разрешения с пространственным разрешением 0,46 м (только панхроматические). Пространственное разрешение 0,46 метра панхроматических изображений WorldView 2 позволяет спутнику различать объекты на земле, находящиеся на расстоянии не менее 46 см друг от друга. Аналогично, спутник Maxar QuickBird обеспечивает панхроматические изображения с разрешением 0,6 метра (в надирe). Спутник Maxar WorldView 3 обеспечивает коммерческие спутниковые изображения высокого разрешения с пространственным разрешением 0,31 м. WVIII также оснащен датчиком коротковолнового инфракрасного диапазона и атмосферным датчиком.
Разведка Airbus
Созвездие Плеяд состоит из двух оптических спутников дистанционного зондирования Земли с очень высоким разрешением (50 сантиметров панхроматического и 2,1 метра мультиспектрального). Спутники Pléiades HR 1A и Pléiades HR 1B обеспечивают покрытие поверхности Земли с периодом повторного посещения в 26 дней. Разработанные как система двойного назначения (гражданского и военного), спутники Pléiades удовлетворяют потребности европейской обороны в космической съемке, а также гражданские и коммерческие запросы. fr – это современное оптическое созвездие, состоящее из четырех идентичных спутников с разрешением 30 см и высокой оперативностью.
Изображение пятна
Три спутника SPOT на орбите (Spot 5, 6, 7) обеспечивают получение изображений с очень высоким разрешением – 1,5 м для панхроматического канала и 6 м для мультиспектрального (R, G, B, NIR). Spot Image также распространяет многоразрешенные данные с других оптических спутников, в частности Formosat 2 (Тайвань) и Kompsat 2 (Южная Корея), а также данные с радиолокационных спутников (TerraSar X, ERS, Envisat, Radarsat). Spot Image является эксклюзивным дистрибьютором данных с высокоточных спутников Pleiades, разрешение которых составляет 0,50 метра, или примерно 20 дюймов. Запуски этих спутников состоялись в 2011 и 2012 годах соответственно. Компания также предоставляет инфраструктуру для приема и обработки данных, а также услуги с добавленной стоимостью.
Планетный Рапид-Ок
В 2015 году Planet приобрела BlackBridge и ее созвездие из пяти спутников RapidEye, запущенных в августе 2008 года. Созвездие RapidEye состоит из идентичных мультиспектральных сенсоров, которые одинаково откалиброваны. Следовательно, изображение, полученное с одного спутника, будет эквивалентно изображению с любого из остальных четырех, что обеспечивает сбор большого объема данных (4 миллиона км² в день) и ежедневный повторный съем территории. Все спутники находятся на одной орбитальной плоскости на высоте 630 км и предоставляют изображения с пространственным разрешением 5 метров. Снимки со спутников RapidEye особенно хорошо подходят для применения в сельском хозяйстве, экологии, картографии и управлении в чрезвычайных ситуациях. Компания предлагает не только сами изображения, но и консультирует клиентов для разработки сервисов и решений на основе их анализа. Planet вывела созвездие RapidEye из эксплуатации в апреле 2020 года.
ImageSat International (англ.) (недоступная ссылка)
Спутники наблюдения за ресурсами Земли, более известные как спутники "EROS", – это легкие спутники с низкой околоземной орбитой и высоким разрешением, разработанные для быстрого маневрирования между объектами съемки. На коммерческом рынке спутников с высоким разрешением EROS является самым компактным спутником с очень высоким разрешением; он отличается высокой маневренностью и, следовательно, обеспечивает высокую производительность. Спутники развернуты на круговой солнечно-синхронной околополярной орбите на высоте 510 км (± 40 км). Снимки, полученные со спутников EROS, в первую очередь используются для целей разведки, внутренней безопасности и национального развития, но также применяются в широком спектре гражданских областей, включая: картографию, пограничный контроль, планирование инфраструктуры, мониторинг сельского хозяйства, мониторинг окружающей среды, реагирование на чрезвычайные ситуации, обучение и моделирование и т.д. EROS A – спутник высокого разрешения с панхроматическим разрешением 1,9–1,2 м был запущен 5 декабря 2000 года. EROS B – спутник второго поколения с очень высоким разрешением, имеющий панхроматическое разрешение 70 см, был запущен 25 апреля 2006 года. EROS C2 – спутник третьего поколения с очень высоким разрешением 30 см, с панхроматическим разрешением, был запущен в 2021 году. EROS C3 – спутник третьего поколения с очень высоким разрешением 30 см, с панхроматическим и мультиспектральным разрешением, был запущен в 2023 году.
Китай Сивей
GaoJing 1 / SuperView 1 (01, 02, 03, 04) – коммерческая группировка китайских спутников дистанционного зондирования, находящаяся под управлением компании China Siwei Surveying and Mapping Technology Co. Ltd. Четыре спутника работают на высоте 530 км и разнесены друг от друга на 90° по одной орбите, обеспечивая панхроматическое разрешение 0,5 м и мультиспектральное разрешение 2 м при ширине полосы захвата 12 км.
Недостатки
Поскольку общая площадь суши на Земле очень велика, а разрешение относительно высокое, спутниковые базы данных огромны, а обработка изображений (создание полезных изображений из исходных данных) требует значительных временных затрат. Часто необходима предварительная обработка, такая как устранение полос на изображении. В зависимости от используемого сенсора, погодные условия могут влиять на качество изображения: например, сложно получить изображения районов с частой облачностью, таких как горные вершины. По этим причинам общедоступные наборы данных спутниковых изображений обычно обрабатываются третьими сторонами для визуального, научного или коммерческого использования. Коммерческие спутниковые компании не передают свои изображения в общественное достояние и не продают их; вместо этого необходимо приобрести лицензию на их использование. Таким образом, возможность законного создания производных работ на основе коммерческих спутниковых снимков ограничена. Некоторые выражают обеспокоенность по поводу конфиденциальности, не желая, чтобы их собственность была видна с воздуха. В разделе часто задаваемых вопросов Google Maps отвечает на подобные вопросы следующим образом: «Мы понимаем ваши опасения относительно конфиденциальности. Изображения, отображаемые в Google Maps, ничем не отличаются от того, что может увидеть любой, кто пролетает над или проезжает мимо определенного географического местоположения».