Между космосом и интернетом - как работает НЦ оперативного мониторинга Земли

Пару недель назад я написал про солнечные затмения со спутника «Электро-Л». Материал неожиданно набрал большое количество положительных отзывов, а я понял простую вещь: при всей скептичности, с которой в интернете принимается российская космонавтика, люди готовы гордиться отечественными достижениями, если они действительно есть. Для многих открытием стали фотографии «Электро-Л», а для научного центра, получающего снимки со спутника, открытием стал тот интерес, с которым люди ринулись на сайт и стали скачивать выложенные фотографии.

Буквально через неделю у меня появилась возможность посетить Научный Центр оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) и попутно узнать, как фотографии с российских спутников попадают в интернет.

Правда посещение прошло без фотоаппарата: съемку нужно отдельно согласовывать в «Роскосмосе», а это дело долгое, с неопределенным исходом. Поэтому пришлось довольствоваться тем, что снял с улицы и фотографиями, предоставленными в Центре.

Располагается НЦ ОМЗ в Москве между станциями метро «Отрадное» и «Ботанический сад». Издалека уже привлекают внимание тарелки радиоантенн, расположенные на крыше десятиэтажного здания, навевают космические настроения среди серого бетона спального района столицы.
Собственно с «тарелок» и началось мое знакомство с Центром. На крыше мне показали несколько антенн, которые отличаются диаметром и возможностью слежения за пролетающими спутниками. Самая большая тарелка – 7 м, остальные меньше – 2,5-5 метров.

«Электро-Л» расположен на геостационарной орбите, поэтому для приема его сигналов достаточно зафиксированной антенны, направленной в сторону аппарата.

Информация принимается на антенну 2.5 метра собственной разработки НЦ ОМЗ, которая обеспечивает прием на частоте 7,5 ГГц со скоростью 30,72 Мбит/с исключая какие-либо атмосферные помехи (сам же антенный комплекс позволяет принимать информацию со скоростью до 300 Мбит/с и не только с геостационарных спутников). Для всех пользователей спутник транслирует информацию в диапазоне 1.7 ГГц в формате HRIT/LRIT, и ее можно принимать трехметровыми тарелками. Делать это может каждый, у кого есть подходящая антенна, только нужна аппаратура декодирующая формат. То есть результаты спутника не шифруются и доступны практически на всем полушарии, которое он как раз и снимает

Другие спутники, пролетают мимо довольно быстро и требуют сопровождения, чтобы успеть слить всю информацию.

Кроме «Электры» НЦ ОМЗ принимает данные с МКС и со спутников «Ресурс-ДК1», «Канопус-В», БКА, «Метеор-М», МКА-ФКИ, «Terra», «Aqua», NOAA. Последние три – иностранные метеорологические спутники, информация с которых доступна для всех. БКА формально тоже является иностранным – «Белорусский космический аппарат» – хотя, по факту, это клон нашего «Канопус-В», который летает с ним на одной орбите с разницей в 180 градусов и работает в едином комплексе.

Для пользователей интернета, которым нравятся красивые картинки с высокой детализацией, из российской техники наибольший интерес представляют «Ресурс – ДК1» и «Канопус-В» (БКА). Они снимают с разрешением до 2,1 м на пиксель. Из гражданской космической техники – это наш отечественный предел. У военных, может, что-то более детализованное есть, но доступа к нему, понятно, нет. Хотя 2,1 м/пикс уже отстает от того же Google Map да и, местами, «Яндекс Карты», но ценность такой съемки в повторяемости. То есть имеется возможность отслеживать не только текущее состояние объектов на поверхности, но и, сравнивая с предыдущими снимками, оценивать степень изменений. Такие наблюдения важны в случае стихийных бедствий вроде пожаров или наводнений. Кроме этого можно отслеживать состояния водоемов, лесов, ледников, следить за ледовой обстановкой в морях и реках. Правда в открытом доступе кадров нет, поэтому можем лишь порадоваться за госструктуры, которые ими пользуются.

«Метеор-М» имеет низкий предел разрешения – 50 м на пиксель. Его результаты более актуальны именно для метеорологов или МЧС. Когда мы вошли в Комплекс приема информации, как раз изображение с пролетающего «Метеора» поступало прямо на экраны.

Как мне объяснили: «это не баг — это фича» технология отработана силами НЦ ОМЗ. Спутник был предусмотрен для съемки, накопления и передачи информации, а его научились использовать в качестве орбитальной вебкамеры пока имеется прямая связь с Центром. На других мониторах отслеживается положение спутника, транслируется телеметрия, отдельный экран показывает положение антенны на крыше, которая следит за аппаратом. Комплекс приема расположен на 10-м этаже – ближе всего к космосу. Оттуда снимки переходят в Комплексы обработки, где проводится полный технологический цикл подготовки данных для дальнейшего использования.

По завершении этого этапа материалы архивируются на магнитных пленках и отправляются в автоматизированную ленточную библиотеку, где хранятся без срока давности.

После бекапа снимки проходят в Комплекс тематической обработки, который обеспечивает мониторинг землепользования, лесов и пожаров, эколого-геологический мониторинг, сейсмопрогноз. А Комплекс взаимодействия с потребителями предоставляет информацию конкретным заказчикам.

Сейсмопрогноз – это особая тема. Кажется, что со спутника увидеть можно только последствия землетрясения: разрушения, трещины, оползни и т.п. Но оказалось не только. Можно даже предсказывать с вероятностью 90%, точностью до 0,2 балла и за три/две/одну неделю. Как это делается, я расскажу отдельно слишком это сложно и в то же время просто, чтобы пытаться объяснить в двух словах.

Для «Электро-Л» предусмотрена своя операторская. Смысл спутника – в оперативном предоставлении информации, поэтому Комплекс приема занимается сразу обработкой снимков и отправкой их пользователю – «Росгидромету» и непосредственно в сеть, то есть для нас – на открытый FTP-сервер.

На сервере полноформатные фотографии лежат в архивах в двух форматах: JPEG и L15. В каждом архиве — 11 файлов. 1,2,3 — это RGB каналы, 4-10 — разные диапазоны инфракрасного, и 11-й — совмещенный цветной снимок. С «джипегом» понятно, а L15 это «секретный» формат доступный только метеорологам. В сети нет ПО, которое позволяет его открыть и посмотреть. Правда меня заверили, что с точки зрения картинки, там то же самое, что и на JPEG, а дополнительная информация только текстом – всякие там, высоты, температуры, скорости… 

Посмотрев снимки с «Электро-Л» можно заметить, что все поле обзора за пределами диска Земли искусственно перекрыто. Сначала я думал, что это осуществляется механически – в камере стоит бленда, которая отсекает лишнюю стороннюю засветку.

Но мне пояснили, что это не так. Темный фон накладывается программно, на этапе автоматической обработки. Кадры со спутника поступают в формате L10 (по логике это L1.0 и L1.5, но в имени формата без точек). В нем еще куча цифровых шумов, всяких артефактов и видны нестыковки между двумя половинками кадра. Дело в том, что прибор, который делает снимки: МСУ-ГС (многозональное сканирующее устройство гидрометеорологического обеспечения) – это не фотокамера и у нее нет матрицы.

Это сканер, имеющий две сканирующие ПЗС-линейки, которые проходят свое поле видимости, составляя две половинки будущего снимка. Грубое совмещение половинок осуществляется еще на спутнике, а обработку и чистовое сведение в Комплексе приема информации на этапе от L10 к L15.

В L10 на снимках можно увидеть космос. Правда кроме Луны и Солнца там ничего не разглядеть, т. к. снимки делаются на короткой выдержке, на них даже ночной свет мегаполисов не виден, не говоря уж о звездах. Такими темными снимки сделаны сознательно, это позволяет исключить засветку в белых облаках и выявлять их многоуровневую структуру. По моей просьбе нам нашли снимки в L10, на которые попала Луна, перевели в tiff и выложили на FTP-сервер – архив «Луна.rar». Есть надежда, что кометы ISON и PANSTARRS, которые ожидаются в этом году, будут достаточно яркими чтобы попасть на кадры «Электро-Л». Последняя — уже через три недели прилетит. Если сотрудники НЦ ОМЗ будут столь же любезны как и в случае с Луной, то мы увидим и кометы в необычном, фактически, уникальном ракурсе.

Оформление на рабочий стол на тему "Земля и Луна от Электро-Л"

Когда обсуждалась предыдущая статья про наши спутники, в комментариях обратили внимание на большое количество седых голов на групповом снимке у «Радиоастрона».

Мол, вот стареет космос, а замены нет.

Пройдясь по НЦ ОМЗ, я отметил, что, наверно, не менее 60% всех встреченных сотрудников – моложе 40, а многие и 30 лет. Центр мониторинга к «Радиоастрону» не имеет отношения, но мое наблюдение: как иллюстрация положения в современной космической отрасли. Вообще впечатления от Центра остались весьма оптимистичные: техника – современная, коллектив – молодой и увлеченный. На первый взгляд — никакого отличия от обычного офисного центра: те же девочки-дизайнеры, те же сервера, те же мотивирующие постеры с продукцией компании на стенах, те же шутки в курилке на лестнице, но каждое утро всем сотрудникам, идущим на работу, тарелки на крыше напоминают, что этот офис — просто космос. В какой-то момент всплыли ассоциации с рабочей атмосферой «Понедельник начинается в субботу» Стругацких. С таким-то ресурсом можно было б потягаться с НАСА хотя бы на медийном поле, а там и до Солнечной системы, надеюсь, дело дойдет.

Впрочем, стоило только высунуть нос за пределы компетенции Центра мониторинга, как пришлось вернуться к нынешним «роскосмосовским» реалиям. Наследие военной традиции и тяжелого бюрократического аппарата сказалось, когда дошло дело до идеи снять пролет астероида 2012 DA14.

Астероид пролетал 15 февраля внутри кольца геостационарных спутников на расстоянии примерно 27 тыс. км от Земли и 9 тыс. км от спутников.Причем его траектория проходила в поле зрения спутника «Электро-Л».

Расстояние и размеры астероида, в теории, исключали возможность наблюдения: диаметр тела 50 м, а разрешение спутника на таком расстоянии примерно 250 м/пикс. Но скромная надежда была, если бы удачно сложились условия съемки и освещения. В любом случае, казалось бы «попытка не пытка». В технических спецификациях спутника указывается, что частота съемки может быть увеличена с нормальных 30 мин/кадр до 15 мин/кадр. Но фактически, чтобы это проделать, необходимо пройти целую цепочку согласований: от разработчика камеры – ОАО «Российские космические системы», до конечного потребителя – «Росгидромет», только после одобрения тех и других обращаться в ЦУП, чтобы там скорректировали режим работы. В нашей системе проделать такое за три дня оказалось невозможным.

И главное как объяснить зачем все это? Научной ценности никакой, а аргумент «Это круто!» для всяких ответственных лиц не сработает. Конструкторы переживают, как бы чего не выявилось в ходе экстремальных, хоть и предусмотренных конструкцией, режимов работы. «Росгидромет» вообще на «Электро-Л» обижен за качество, поэтому ему нет никакого смысла прилагать какие-то усилия для популяризации его работы. Даже никто не разбирался и не проводил расчеты возможно ли снять астероид. Принцип «Если работает, то ничего не трогай» царит над всем. Как результат, темнота:

Похожая история повторилась через 3 дня, когда болид рухнул на Челябинск. Кто разбирался со снимками на открытом FTP обратил внимание, что за каждый день кадров с 6:30 по 8:00 нет. Происходит это не из-за того, что скрывают, а из-за того, что снимки принимает не НЦ ОМЗ в Москве, а Новосибирское отделение «Росгидромета». Принимает и держит у себя. Болид в Челябинске пролетел в 7:20, то есть на снимках в 7:30 должен быть отчетливо виден его след в небе. Европейцы подсуетились, проверили свои кадры и, буквально через несколько часов после падения, СМИ всего мира облетели снимки спутников Meteosat-9 и Meteosat-10.

«Электро-Л» тоже снял! А где кадры? А кадры в Новосибирском гидромете на полке лежат. «Напишите письменное обращение, пришлите по адресу официальной приемной, мы рассмотрим вашу просьбу. Нет он-лайн сервиса нет, принимаем только бумагу». Короче, выкуси, интернет, ни астероида, ни метеорита. Про российские спутники в новостях тебе расскажут, когда опять упадет какой-нибудь!

На снимках за 8:30-9:30 уже только тень рассеявшегося метеоритного следа удалось разглядеть. Хотя ракурс был более удачный чем у европейцев.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.