Текст книги "Израиль в космосе. Двадцатилетний опыт (1988-2008)"
Автор книги: Фред Ортенберг
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 7 страниц)
2. Спутники дистанционного зондирования Земли
Освоение космоса Израилем началось, как уже было сказано, с запуска экспериментальных спутников серии ОФЕК (Рис. 1) с помощью ракеты Шавит, созданной в Израиле. Первые спутники ОФЕК не имели бортовой камеры. Только на OFEQ-3 было установлено электрооптическое устройство, предназначенное для наблюдений Земли. Спутник стал первым израильским операционным спутником, сбрасывающим на наземную станцию изображения Земли превосходного качества. Проработав 7 лет, превысив более чем вдвое ожидаемый полетный ресурс, ОФЕК-3 прекратил существование при возвращении на Землю и сгорании в атмосфере. Попытка запустить следующий разведывательный спутник ОФЕК-4 стоимостью 50 млн. долларов окончился неудачно. В то время как первая ступень ракеты отработала нормально, проблемы, возникшие в полете, разрушили ракету и спутник на второй минуте полета.
ЭРОС-А (Система Наблюдения за Земными Ресурсами) – первое поколение системы гражданских спутников отображения земной поверхности. Спутники серии ЭРОС (Рис. 2) разработаны и изготовлены корпорацией IAI по заказу компании ImageSat International. К слову, название спутников не имеет ничего общего с эротикой, это – аббревиатура от английского названия программы Earth Resources Observation Systems. ЭРОС-А разработан на основе военного разведывательного спутника OFEQ-3, который был ранее создан также IAI и ЭльЮп для использования израильским правительством. Спутник весом 250 кг движется на синхронно-солнечной орбите с высотой от 480 км до 510 км, посылая на наземные станции черно-белые изображения, которые получены днем в одно и то же местное время и пригодны для использования в картографии, градостроительстве, и т. д. Скорость передачи видео сигнала – 70 M6OT в секунду. В стандартном режиме работы достигнутое пространственное разрешение в надире лучше, чем 1.8 м при ширине изображения 12.5 км. Разрешение может быть улучшено с помощью запатентованного метода обработки изображений, который фирма называет гипервыборкой. Этот способ позволяет определенным клиентам приобретать изображения с разрешением лучшим, чем 1.2 м при уменьшении ширины полосы захвата изображения до 9.5 км. Спутник способен быстро разворачиваться в любом направлении от надира, чем достигается отображение множества различных областей во время одного и того же прохода. Система также позволяет получать вертикальные профили земной поверхности с разрешением 5 м по высоте, необходимые для точной картографии и моделирования стереоизображений ландшафта.
ОФЕК-5 – разведывательный спутник второго поколения. Хотя точные данные о его разрешающей способности остаются до настоящего времени закрытыми, эксперты, знакомые с получаемыми изображениями, утверждают, что спутник обнаруживает небольшие объекты величиной 0.5 м с орбитальной высоты около 500 км. При тех же условиях спутник обеспечивает получение цветных изображений с разрешением лучшим, чем 1 м. 300-килограммовый OFEQ-5 (Рис. 3) вначале вращался вокруг Земли по орбите с перигеем 262 км, апогеем 774 км и наклонением приблизительно 143.5 градуса. Во время полета его перигей был поднят до 369 км и апогей был понижен до 771 км, с целью продлить продолжительность его жизни. Проектный полетный ресурс спутника ОФЕК-5 составлял примерно 4 года, однако он и по сей день все еще продолжает успешно работать. К сожалению, запуск следующего спутника-шпиона ОФЕК-6 оказался неудачным. Вследствие неполадки в третей ступени ракеты-носителя Шавит спутник стоимостью в 100 миллионов долларов упал в Средиземное море.
Рис. 3. ОФЕК-5
ЭРОС-Б – спутник следующего поколения в семье спутников ЭРОС – также является легким (290-килограммовым) коммерческим спутником, которым управляет тот же международный консорциум ImageSat. ЭРОС-Б (Рис. 4) запущен на солнечно-синхронную орбиту с высотой 508 км. Спутник имеет цифровую камеру для получения панхроматических изображений. Увеличенный объем памяти бортового запоминающего устройства, объединенный с быстродействием камеры, позволяет накопить сцену в виде полосы длиной 190 км при съемках под любым углом к наземному треку. Скорость передачи данных – 280 M6OT в секунду. Благодаря этому спутнику появилась возможность поставлять заказчикам снимки с очень высоким разрешением (70-80cm в надире) для широкого диапазона применений. Спутники серии ЭРОС способны быстро маневрировать между изображаемыми мишенями. Ожидается, что спутник ЭРОС-Б, как и ЭРОС-А, будет работать в течение 8-10 лет. Схема работы ImageSat предоставляет клиентам почти оперативные изображения, которые обработаны и распространены местной наземной станцией во время пролета спутника над данной областью.
Рис. 4. Спутник ЭРОС-В
ОФЕК-7 – 300-килограммовый разведывательный спутник третьего поколения с беспрецедентными эксплуатационными возможностями наблюдения освещенной солнцем земной поверхности. Его длина – 2.3 м, диаметр – 1.2 м. Спутник (Рис. 5) содержит усовершенствованную камеру для съемки, улучшенное программное обеспечение, расширенные возможности управления. По качеству получаемых изображений ОФЕК-7 превосходит спутник ЭРОС-Б. Двигаясь по орбите, спутник с высоты 500 км в состоянии выделять объекты на поверхности Земли размером 70 см, и даже меньше. Как и его предшественник, ОФЕК-7 может хранить изображения, полученные в течение полета и сбросить их, пролетая над наземной станцией IAI. Проектный гарантированный полетный ресурс спутника – четыре года. Предназначенный для двойного использования спутник способен предоставлять услуги и военному ведомству и гражданским потребителям. В соответствии с официальной позицией, Израиль уверен в своих силах при осуществлении запусков в космос. Поэтому спутник ОФЕК-7 был доставлен на орбиту с использованием улучшенной версии отечественной пусковой установки Шавит. Благодаря исключительным операционным возможностям, спутник внес стратегический вклад в израильскую безопасность.
Рис. 5. Спутник ОФЕК-7
ТЕКСАР (Рис. 6) является первым израильским спутником, снабженным Радаром с Синтезированной Апертурой (САР) и способным выполнять круглосуточное отображение Земной поверхности даже при наличии облачности. Благодаря электронному сканированию луча, изображающий радар, работающий в многомодовом режиме в Х-полосе частот, получает изображения с высокой разрешающей способностью и с большой полосой захвата на поверхности Земли. В аппаратуре спутника использована передовая радарная технология, развитая дочерней компанией IAI – Эльта. Как и другие, созданные в Израиле спутники, ТЕКСАР является легким миниспутником с массой около 300 кг. Спутник ТЕКСАР был успешно запущен как исключительная полезная нагрузка на борту Индийского Средства Выведения Спутников на Полярную орбиту (PSLV). Несмотря на преимущества индийского носителя по сравнению с ракетой Шавит, политика оборонного ведомства по сохранению независимых пусковых возможностей Израиля остается неизменной. Передача изображений со спутника осуществляется в соответствии с программой на наземный центр контроля в Ехуде. Введение в эксплуатацию спутника ТЕКСАР сделало Израиль одной из ведущих стран мира по развитию спутниковых технологий.
Рис. 6. Спутник ТЕКСАР
IAI разрабатывает будущий спутник дистанционного зондирования Земли (условное наименование: оптический спутник – ОПТСАТ) на базе новой стандартизованной платформы ОПСАТ-2000 БАС, ранее. примененной при создании радарного спутника TEКСАР. На указанной платформе установлен усовершенствованный телескоп, что приводит к существенному улучшению качества получаемых изображений без значительного увеличения веса спутника. Зондирующая аппаратура содержит панхроматическую и мультиспектральную камеры, объединенные в единый оптический ансамбль и способные к одновременной совместной съемке. Модель спутника ОПТСАТ представлена на Рис. 7.
Рис. 7. ОПТИЧЕСКИЙ СПУТНИК
Эту же стандартизованную платформу ОПСАТ-2000 БАС также предполагается использовать при проектировании коммерческого спутника для наблюдения Земли следующего поколения – ЭРОС-C (Рис. 8), запуск которого запланирован в начале следующего десятилетия. По сравнению со спутниками ЭРОС-A и ЭРОС-B, создаваемый спутник ЭРОС-C будет получать более качественные изображения, иметь большую скорость передачи данных, а также обладать способностью получения многоспектральных снимков. ЭРОС-C будет весить 350 кг при запуске и будет двигаться по круговой солнечно-синхронной орбите с высотой около 500 км. Спутник будет оборудован ССД камерой, создающей панхроматические изображения при очень высоком разрешении 0.70 м и многоспектральные – при умеренном разрешении 2.8 м при полосе захвата в надире 11 км. Камера обеспечит 20 000 пикселей на линию, по сравнению с 7 000 пикселей/линию в камере, работающей на существующей версии спутников ЭРОС. Скорость передачи данных будет составлять 455 Mбит/сек. Ожидаемая продолжительность жизни ЭРОСА-C – десять лет.
Рис. 8. Спутник ЭРОС-С
ВЕНУС (Новый Микро-Спутник для Изучения Растительности и Окружающей Среды) является совместным Израильско-Французским проектом. Спутник предназначен для наблюдения Земли и нацелен на получение четких изображений сельскохозяйственных угодий и экологического контроля. Для выполнения указанной миссии в спутнике использованы упомянутая стандартизованная платформа, созданная ранее для спутника ТЕКСАР, а также полезная нагрузка, включающая мультиспектральную камеру (Эль-Оп) и электрическую реактивную систему с малой тягой (РАФАЭЛЬ). Спутник будет запущен на приполярную солнечно-синхронную орбиту с высотой около 720 км. Камера способна производить съемку в 12 узких спектральных полосах в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра с пространственным разрешением 5,3 метра и шириной захвата по поверхности Земли 27.5 км. Реактивная система представляет собой ионный двигатель, работающий на Холл-эффекте, который обеспечивает тягу около 13 мН при анодном потреблении 300 Вт. Мониторинг Земли с помощью камеры позволит измерить основные условия произрастания на поверхности суши и качество воды прибрежной зоны и внутренних водных ресурсов. Мультиспектральные изображения представляют новую технологию, имеющую огромное количество применений. Среди прочего, спутник сможет отслеживать избыток удобрений на сельскохозяйственных фермах, вызывающий загрязнение подземных вод, и проводить химический анализ почвы. Данные со спутника будут поступать на станцию слежения в Швеции, после чего переправляться в космический центр в Тулузе. Там данные будут расшифровываться и передаваться более, чем 50 научным группам, уже сделавшим заказы. Для реализации миссии Израиль потратит 20 млн. долларов, дополнительный вклад Франции составит 13 млн. долларов. Расходы включают разработку, изготовление, запуск и управление в полете. В настоящее время ВЕНУС находится на стадии производства и будет запущен в 2010 году французской или индийской ракетой. Его стартовый вес составляет 260 кг, а время жизни в космосе должно превышать 4 года. Предварительная модель спутника представлена на Рис. 9.
Рис. 9. Спутник ВЕНУС
3. Спутники связи и экспериментальные спутники
Класс спутников АМОС (Afro-Mediterranean Orbital System) – это семейство геосинхронных спутников связи, разрабатываемых, запускаемых и контролируемых Авиационной Промышленностью Израиля (IAI). Спутники размещаются на орбите около четвертого градуса западной долготы над Атлантикой; спутник АМОС -2 (Рис. 11) расположен всего в трех милях от АМОСа-1 (Рис. 10) – первого спутника этой серии, эксплуатирующегося с 1996 года. Спутник АМОС-1 построен при участии французской компании Alcatel Espace и немецкой Daimler-Benz Aerospace. Общая стоимость первого спутника связи оценивается в 210 млн. долларов, из которых 40 млн. было уплачено за запуск французской ракетой-носителем. Спутник был рассчитан на 10-летнюю службу, и с технической точки зрения по сей день работает безупречно. Передатчик на борту АМОСа-2 – на 50 процентов более мощный, чем на АМОСе -1. Это обеспечивает телевизионные и радиопередачи, услуги связи для отдельных домов, кабельных компаний и коммуникационных сетей в Израиле, на Ближнем Востоке, в некоторых европейских странах, и на восточном побережье Соединенных Штатов. Гарантийный полетный ресурс АМОСа-2 завершится в 2016 году. Транспондеры спутников АМОС-1 и -2 загружены более, чем на 90 %. Доходы за услуги, предоставляемые спутниками AMOS в 2006 и 2007 годах, составили $56 млн. ежегодно в соответствии с данными компании и операторов.
Рис. 10. Спутник АМОС-1
Рис. 11. Спутник АМОС-2
ТЕХСАТ – Технионовский Спутник (Рис. 12) начал разрабатываться в 1980-ых как студенческий проект. Привлечение ученых-иммигрантов из бывшего Советского Союза, быстро превратило учебный проект в полноценную развитую профессиональную спутниковую программу, а Технион в мирового лидера среди университетов по проектированию, изготовлению, испытаниям и управлению малыми спутниками. Спутник был запущен на орбиту как попутный груз российского космического аппарата РЕСУРС-01. Вместе со спутником ТЕХСАТ были выведены немецкий, чилийский, таиландский и австралийский малые спутники. Из этих спутников долгожителем оказался только ТЕХСАТ. При гарантийном полетном ресурсе спутника один год он до сих пор успешно функционирует на орбите.
Рис. 12. Спутник ТЕХСАТ-2
Космический челнок Колумбия был запущен НАСА в январе 2003 для выполнения миссии STS-107 (Рис. 13). Экипаж корабля состоял из семи человек. В состав экипажа входил первый израильский астронавт Илан Рамон. Шестнадцатидневная программа полета Рамона и его коллег была посвящена научным исследованиям, включающим более чем 80 экспериментов, в том числе по человеческой физиологии, гашению огня, влиянию микрогравитации на различные естественные явления. 1 февраля 2003 года команда Колумбии погибла вследствие распада шаттла в атмосфере Земли при его возвращении.
Рис. 13. Лого миссии STS-107 шаттла Колумбия
СЛОШСАТ – миниспутник массой 129.0 кг, включающей 33.5 кг жидкой воды в гладком 87-литровом резервуаре (Рис. 14). Главный подрядчик проекта – NLR – Национальная Космическая Лаборатория, Нидерланды. Израильские соисполнители проекта: РАФАЭЛЬ и Технион. В соответствии с программой спутник отработал на орбите 8 дней. Во время этого эксперимента были получены новые результаты о поведении воды, плещущейся внутри сосуда в состоянии невесомости.
Рис. 14. Спутник СЛОШСАТ
ТАУВЕКС (Тель-Авивского Университета Ультрафиолетовый Исследователь) представляет научный прибор, изготовленный компанией Эль-Оп. ТАУВЕКС (Рис. 15) спроектирован для получения изображений астрономических объектов в спектральном диапазоне 1400–3200 А. Инструмент состоит из трех эквивалентных 20-см UV – телескопов, снабженных различающимися фильтрами в каждом из телескопов. Каждый телескоп имеет поле зрения 54' и пространственное разрешение 6" – 10" в зависимости от длины волны. К сожалению, запуск ТАУВЕКСа неоднократно откладывался. В последнее время предполагается, что аппаратура ТАУВЕКС будет выведена на геостационарную орбиту как полезная нагрузка миссии GSAT-4 в начале 2010 года. Предстоящий многолетний полет позволит для части небесной сферы получить изображения различных типов горячих звезд и молодых массивных звезд, которые излучают большое количество ультрафиолетовой радиации, ионизируют межзвездную среду и, таким образом, играют важную роль в процессах формирования звезд. Результаты работы инструмента в полете должны углубить наши представления об эволюции Вселенной.
Рис. 15. Миссия ТАУВЕКС-ГСАТ-4
28 апреля в канун празднования 60-летия государства Израиль с космодрома Байконур запущен спутник связи АМОС-3 (Рис. 16). Доставка спутника на геостационарную орбиту осуществлена впервые с использованием новой специальной наземной системы запуска Зенит-3SLB, включающей надежную ракету морского базирования Зенит-3SL и разгонный блок DM, являющийся третьей ступенью системы запуска. АМОС-3 располагается на 4 градусе западной долготы над экватором рядом со спутниками АМОС -1 и АМОС -2 и со временем сменит давно выработавший свой ресурс АМОС -1. Спутник AMOS-3 (стартовый вес 1270 кг, вес оборудования 250 кг, стоимость $170 миллионов) является первым из четырех новых телекоммуникационных космических аппаратов, которые компания Space Communication Ltd. (Spacecom) надеется развернуть в последующие годы. Как и остальные спутники семейства АМОС, спутник связи АМОС-3 эксплуатируется этой компанией и является ее собственностью. Успешный запуск спутника еще выше поднял репутацию Israel Aerospace Industries Ltd. (IAI) как создателя спутников небольшой массы с превосходными техническими характеристиками. AMOS-3, как ожидают, будет функционировать в течение 18 лет – на шесть лет дольше, чем более тяжелый AMOS-2 и несмотря на то, что AMOS-3 несет на 45 процентов меньше бортового топлива, чем его предшественник. В соответствии с критерием эффективности, принятым для спутников связи – количество полос на килограмм – AMOS-3 находится среди самых продвинутых коммерческих спутников для своего размера. Новый спутник оборудован управляемой антенной 12 активными мощными 72 MHz транспондерами в Ku-полосах, двумя широкими пучками в Ka-полосах и предоставляет услуги подобные услугам своих предшественников. Спутник расширит зону покрытия ретрансляторов, обеспечит высококачественную связь и широкополосную передачу данных на территории Ближнего Востока, Европы, Африки, а также в некоторых районах Северной и Южной Америки. Два самых больших клиента Spacecom's в Израиле – платформы спутникового телевидения YES и BOOM. Бизнес компании основан на видео и многочисленных правительственных заказах. Практически все мощности спутника были проданы еще до его запуска. В течение следующих нескольких лет Spacecom ожидает рост как в коммерческом бизнесе (прежде всего в непосредственном телевизионном вещании на потребителя), так и в бизнесе с американским Министерством Обороны. Компания планирует заработать на спутнике, который должен находиться на орбите до 2024 года, 0.5 млрд. долларов. Отметим также, что спутник способен пересылать на Землю изображения земной поверхности, полученные разведывательными спутниками, движущимися на низких орбитах.
Рис. 16. Спутник АМОС-3
Компания Spacecom обеспечивает телевизионное вещание и коммуникационные услуги, предоставляет операторов средств отладки, обслуживает правительственные организации, частные миниатюрные сетевые терминалы и др. Для этих целей компания намерена создать в ближайшем будущем спутник связи АМОС-4 (Рис. 17) умеренных размеров, но с большими энергетическими возможностями. Спутник будет оборудован 20 мощными транспондерами в Ка и Ku диапазонах. Многополосный спутник связи АМОС-4 будет иметь двойное применение – часть его коммуникационной мощности зарезервирована за израильским военным заказчиком. Его вес при запуске будет составлять приблизительно 3,4 тонны. Спутник будет размещен на геостационарной орбите между 64° и 76° восточной долготы. Его положение отличается от положения спутников АМОС-1-2 и 3, благодаря чему становится возможным предоставление услуг более широкому кругу клиентов в Азии. Запланирован ресурс работы спутника на орбите около 12 лет. В 2007 году IAI подписал со Spacecom на разработку, изготовление и запуск спутника АМОС-4 $365-миллионный контракт, из которых $265 миллионов оплачивает правительство, а остальные $100 миллионов – Spacecom. Значительная доля государственных инвестиций демонстрирует высокий национальный приоритет, предоставленный программе АМОС-4. В соответствии с соглашением LI предъявит АМОС-4 компании Spacecom в третьем квартале 2012 года после размещения спутника в его точке стояния и окончания этапа тестирования на орбите. АМОС-4 является спутником связи новой генерации и новых технологий. У него большая платформа, широкополосные транспондеры, расширены возможности по сравнению со спутниками, создаваемыми Израилем до последнего времени.
Рис. 17. Спутник АМОС-4
Запуск спутника AMOS-6 запланировал на 2011 год, его положение на орбите 4°W будет сопряжено с находящимися на орбите спутниками AMOS-2 и AMOS-3. AMOS-6 обеспечит покрытие Ku– и Ka-полосами Европы, Ближнего Востока и Восточного побережья Америки с комбинацией пучков неподвижных и с управляемой диаграммой направленности.
Учитывая опыт создания спутников связи, накопленный Израилем, можно было предположить, что последующие подобные аппараты будут разрабатываться головным космическим исполнителем и лидирующим производителем спутников – концерном IAI. Однако, в 2008 году компания Spacecom, занимающаяся созданием и обслуживанием израильских спутников связи, приняла неожиданное решение не изготавливать следующий спутник связи в Израиле, а заказать в России. Подписан контракт с ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнева» (г. Железногорск, Красноярский край) на создание спутника связи АМОС-5. Получены необходимые разрешения от российских и израильских госструктур. Стоимость спутника составит 157 миллионов долларов. При этом Spacecom сохраняет за собой право разорвать контракт вплоть до дня запуска. Спутник должен быть сдан заказчику не позднее 31 марта 2011 года. Его гарантийный полетный ресурс должен составлять не менее 14 лет.
Для российской стороны данный контракт – свидетельство того, что его продукция востребована. ОАО «ИСС им. Решетнева» – сильное предприятие, создавшее большинство российских телекоммуникационных спутниковых систем. Выполнение заказа по разработке АМОСа-5 создаст предпосылки для выхода на мировой рынок космических услуг. Для израильской стороны заманчивыми являются привлечение столь опытного производителя спутников связи, каким является ОАО «ИСС им. Решетнева», и экономия средств, так как аналогичные американские и европейские спутники стоят $200–300 млн. Стоимость, например, спутника связи, выпускаемого фирмой Hughes, может доходить до $500 млн. АМОС-5 дополняет существующую группировку спутников компании Spacecom. АМОС-5 расширяет территории, охватываемые компанией, достигая самых отдаленных районов в Африке. После размещения на 17° восточной долготы, Амос-5, оснащенный транспондерами большой мощности в С-и Ku-диапазонах, сможет обслуживать весь африканский континент (Рис. 18). Отметим, что возможности АМОС-5 в С– и Ku-диапазонах в настоящее время уже предоплачены. Ожидается, что после запуска спутников АМОС-4 и -5 компания Spacecom превратится в крупного игрока на рынке спутниковой связи, поскольку получит возможность транслировать в любую точку на земном шаре.
Рис. 18. Территории Африки, охватываемые передатчиками С-диапазона постоянно (a) и управляемыми антеннами в полосах Ku-диапазона (b) спутника АМОС-5
Два 5 килограммовых нано-спутника ИНСАТ-1 и ИНСАТ-2 в настоящее время создаются Израильской Нано-Спутниковой Ассоциацией (ИНСА). Во время предстоящих полетов на борту спутников в условиях воздействия факторов космического пространства будут испытываться новые компоненты, выпускаемые промышленностью, прежде чем они начнут устанавливаться на дорогостоящие спутники стоимостью в десятки и даже сотни миллионов долларов. Первый израильский наноспутник, ИНСАТ-1 (Рис. 19), будет нести на себе для испытаний миниатюрные атомные часы и приемник GPS для навигации. Планируемая дата запуска спутника 2010 год.
