Направления развития наземного сегмента дистанционного обслуживания МКА

Развитие группировок КА ДЗЗ усложняет процесс взаимодействия с ними наземных средств, их интегрирование в рамках единой задачи, а также требует изменения подходов к решению задач подготовки программ работы КА и исходных данных для их разработки. В настоящее время значительно увеличилось количество КА малого класса (МКА) и группировок на их основе, при этом наземные средства, объединенные телекоммуникационными каналами, интегрируются информационно и, размещаясь на одной площадке, интегрируются технологически. Технические и технологические средства, обеспечивающие полный цикл дистанционного обслуживания МКА, включающий в себя задачи управления КА, целевого планирования, приема целевой информации, ее обработки, хранения, а также распростра-

Рисунок. ЗРВ ППИ г. Самара, Минск и Санкт-Петербург

нения, определим в качестве наземного сегмента дистанционного обслуживания МКА.

В литературе широко описаны технологии построения и создания наземного сегмента дистанционного обслуживания КА [1–6]. В рамках данной статьи будут предложены некоторые варианты развития технических средств наземного сегмента дистанционного обслуживания МКА, исходя из современного состояния наземной инфраструктуры, а также из новых телекоммуникационных возможностей и глобального увеличения информационных ресурсов. Анализ наземного сегмента и синтез предложений по его развитию был произведен, исходя из опыта работы с МКА «АИСТ-2Д». В состав наземного сегмента ОТ МКА «АИСТ-2Д» входят: наземный комплекс управления (НКУ); комплекс радиотехнических средств приема информации ДЗЗ (КРСПИ); комплекс целевого планирования (КЦП); комплекс метеопрогноза (КМП); комплекс обработки информации ДЗЗ (КОИ); комплекс хранения и информационного взаимодействия (КХИВ) [7]. Все технические средства наземного сегмента МКА «АИСТ-2Д» интегрированы информационно и технологически.

Необходимо отметить, что для современного развития технологий уровень затрат иногда становится ключевым элементом реализации проекта. Поэтому стоимость наземного сегмента и инвариантность развития его исполнительных элементов являются отдельной организационно- технической задачей, которая должна решаться совместно и исходя из направления развития средств ДЗЗ, таких как: повышение качества получаемых изображений; повышение оперативности получения информации; увеличение объемов получаемой информации.

Развитие сети станций приема информации

Увеличение объемов получаемой информации, безусловно, зависит от пропускной способности каналов связи между КА и пунктом приема информации, а также от количества пунктов приема информации, расширение зон радиовидимости (ЗРВ) которых привносит дополнительный объем принимаемой информации за счет дополнительного времени связи ППИ с КА. Набор ППИ, связанных между собой, образует сеть. Сейчас такие сети сформированы Роскосмосом – ЕТРИС [8], а также коммерческими организациями, например СКАНЭКС [9]. Эксплуатация и поддержание постоянного функционирования таких сетей сложно организационно и финансово затратно. Однако надо отметить, что, несмотря на наличие сетей, большое количество станций приема информации являются независимыми, они не ограничены функционированием в одной сети или финансовыми обязательствами наряду с желанием работать на рынке данных ДЗЗ и услуг на их основе. Это является предпосылкой для организации сети независимых станций приема информации для КА, которая будет развиваться быстрее при наличии в оперативной работе нескольких КА. Создание сети независимых станций приема информации дает исключительное преимущество своей инвариантностью и может иметь значительное распространение, в том числе для группировок КА, что делает сеть, построенную на включении независимых станций приема информации, масштабируемой.

В рамках работы с МКА «АИСТ-2Д» РКЦ «Прогресс» организовал прием информации на станции в г. Минске и г. Санкт-Петербурге и получение «сырой» информации, без снятия технологической информации радиолинии в г. Самаре, по сути, сформировав для МКА «АИСТ-2Д» сеть станций приема на европейской части РФ. ЗРВ г. Самары, г. Минска и г. Санкт-Петербурга представлен на рисунке. Следует отметить, что станция в г. Минске входит в технологический контур приема информации МКА «АИСТ-2Д».

Развитие сети станций управления

Повышение оперативности получаемой информации, конечно, зависит от телекоммуникационных возможностей радиолинии КА – ППИ и наземных средств обмена информацией, а также от скорости обработки заявки на съемку, включения ее в план съемок и возможности передачи на КА командно-программной информации. Таким образом, учитывая, что в настоящее время принят суточный интервал планирования, потребитель не может получить интересующую его территорию раньше, чем через 6 часов после окончания планирования, при этом не учитывается время на все технические и технологические операции. В этой же программе будут находиться территории, которые будут сняты через 30 часов после окончания планирования, кроме исключительных случаев, на которые предусмотрены корректирующие рабочие программы, впрочем, лишь несколько снижающие длительность отработки заявки до нескольких часов. Однако, как показано в [10], данную ситуацию можно исключить, создав сеть станций управления и получив следующие решения применительно к организации управления и планирования целевой работы МКА.

• 1.    Увеличение числа пунктов управления позволяет кратно увеличить число съемок в непере-секающихся зонах радиовидимости.

• 2.    При интегрированном алгоритме работы с КА возможно получить синергетический эффект, заключающийся в увеличении числа съемок не кратно непересекающимся ЗРВ пунктов управления, а кратно числу РП.

• 3.    Объединение 4 пунктов (рассматривались города Циолковский, Красноярск, Самара, Мурманск) управления позволяет на некоторых витках вести оперативную работу без создания резервного витка закладки рабочей программы целевой аппаратуры.

• 4.    При нескольких РП возможно изменить технологию планирования с учетом коррекции исходных данных на планирование в течение суток, практически исключив корректирующие РП.

В развитие средств сети и ее будущего использования можно предложить подход, изложенный в [11]. Данный подход расширит сеть станций управления и позволит получить преимущества: резервирование станций управления; экономию средств при создании, техническом обслуживании и эксплуатации.

Использование Больших данных для работы наземного сегмента

Наземный сегмент дистанционного обслуживания КА «Ресурс-ДК1» и КА КК «Ресурс-П», КА КК «Канопус» сформирован полностью и зачастую совместно с КА является источником возникновения и постоянного увеличения Больших данных, данных ДЗЗ. Однако и сами Большие данные служат источником для изменения облика технических средств наземного сегмента дистанционного обслуживания. На МКА «АИСТ-2Д» была апробирована одна из таких возможностей. При разработке КК «АИСТ-2Д» было разработано программное обеспечение оценки метеорологической обстановки по данным, получаемым из сети Интернет. Эта программа позволила оценивать уровень облачности в районе съемки, а также наличие метеорологический явлений. Анализ отснятых данных за июнь и июль 2017 г. показал, что:

• – 1,5-суточный интервал съемки имеет достоверность метеорологического прогноза 67 % с доверительным интервалом 20 % (± 10 % относительно прогнозируемого значения);

  – 6-часовой интервал съемки, достоверность метеорологического прогноза 74 % с доверительным интервалом 20 % (± 10 % относительно прогнозируемого значения).

Эффективность использования данных о метеорологических явлениях и облачности в районе съемки, получаемых из сети Интернет, привела к разработке ПО «Моргана», которое оценивает уровень облачности и метеоявления, используя не один источник информации, а несколько, при этом с различными вариантами расчета интегрального коэффициента облачности на маршруте съемки.

При наличии точного метеопрогноза на район съемки возможно повышение качества съемки за счет более точного определения коэффициентов отражения подстилающей поверхности, определяемых не только характером поверхности, но и метеоявлениями, такими как снег, дождь [12].

В качестве развития темы использования Больших данных таким возможным направлением становится предопределение районов съемки автоматизированным событийным анализом, в котором учитывается вероятность заинтересованности потребителей информации ДЗЗ и событий, произошедших на Земле.

Другим важным элементом применения Больших данных является использование данных ДЗЗ, полученных ранее, в том числе полученных с обслуживаемого КА, с дополнительной геодезической привязкой в обработке и привязке данных полученных и обрабатываемых вновь. Такое решение позволяет значительно расширить функциональные возможности средств первичной обработки и тематической.

Развитие механизмов интерактивного взаимодействия потребителя данных ДЗЗ и КА

Для экономической эффективности работы системы от формирования заявки на съемку до ее отработки необходимо, чтобы оперативная работа с КА дополнилась оперативной работой с потребителем информации, где заявка от потребителя после предварительной технической процедуры оценки возможности реализации интегрировалась в текущий план съемки. Такая организация возможна при исключении человеческого фактора и внедрении автоматической проверки заявки потребителя на возможность съемки в предполагаемый период и автоматизированного включения заявки в разрабатываемый план съемки и обратной связи по завершении процесса программирования рабочей программы целевой аппаратуры КА.

Некоторым прообразом данного решения может быть предложение Single Shot от DigitalGlobe для новой съемки, однако, как отмечается в [13; 14], минимальное время получения снимков составляет шесть часов после подтверждения заказа Single Shot, что несколько снижает возможность организации непосредственной работы потребителя данных ДЗЗ с КА. Данное предложение, дополненное организацией работы с КА, отмеченной в предыдущих пунктах статьи, а также виртуализацией на стороне потребителя работы технических средств КА, позволит создать интерактивный интерфейс потребителю данных КА и исключит дистанцированность потребителя от получения снимка с КА.

Диффузия эксплуатационных и проектных задач для наземного сегмента

В рамках данного пункта необходимо отметить публикацию в [15] о положительном опыте совместной работы разработчиков КА и эксплуатационных расчетов. Действительно оперативное принятие решений и объединение знаний проектировщиков и высокая оперативность связи и получения решений эксплуатационными расчетами, безусловно, позволяет продлить срок службы КА и находить рациональные решения для текущей работы с КА. Но решение, описанное в [15], расширено опытом работы РКЦ «Прогресс» с МКА «АИСТ-2Д», где произошло некоторое объединение эксплуатационных и проектных задач при работе с КА. Результатом этого стал целый ряд новых решений, таких как оценка диаграммы направленности антенны КА в полете [16], внедрение комплекса метеообеспечения на основе данных из сети Интернет, создание Базы данных хранения снимков [17] и в целом интеграция вновь созданных технических средств наземной инфраструктуры с имеющейся технической базой предприятия.

Данный положительный опыт может говорить о диффузии эксплуатационных и проектных задач для наземного сегмента как направлении дальнейшего развития, заключающемся в более широком взгляде на эксплуатационные задачи и включении в них аналитических расчетов текущего состояния технических средств и их адаптивном создании для имеющейся инфраструктуры, а также переносе эксплуатационных задач в более широкое проектное русло. Конечно, некоторое объяснение скорости внедрения и развития технических решений в эксплуатации РКЦ «Прогресс», РКЦ «Прогресс» на МКА «АИСТ-2Д» обеспечил полный цикл работ от проектирования КА, создания, запуска до его эксплуатации можно объяснить диффузией инноваций [18], сокращением коммуникационных каналов, однако разработка новых технических решений – это диффузия задач.

Заключение

Таким образом, в заключение необходимо отметить, что перспективными направлениями развития являются развитие сети станций приема информации на основе независимых станций приема; создание сети станций управления и сокращение интервала планирования; использование Больших данных при создании наземных комплексов; введение интерактивного взаимодействия потребителя ДЗЗ и КА, а также учет при создании наземного сегмента диффузии проектных и эксплуатационных задач как при проектировании, так и при эксплуатации.