Космический брат

Версия для печати

Они наблюдают за нами днем и ночью. От них поступает самая точная информация о происходящем на Земле. Без их снимков часто невозможно точно оценить последствия стихийных бедствий, войн, экологических катастроф

Фото: ESA

В ночь на пятницу 11 июня 2010 года ситуация в городе Ош накаляется. Во втором по величине городе Киргизии начинаются погромы — националисты терроризируют представителей узбекского меньшинства. Десятки тысяч людей спасаются бегством. Жители заблокированных кварталов взывают о помощи. Белой краской они выводят на улицах крупные буквы: SOS.

Вашингтон, округ Колумбия, Пенсильвания-авеню. 32-летний политолог Кристоф Кеттл курирует программу «Наука за права человека» в штаб-квартире правозащитной организации «Международная амнистия». Он заказал снимки Оша, сделанные 18 июня с высоты 450 километров американским спутником

QuickBird-2. Его камера позволяет различать на земле предметы размером чуть больше полуметра. На спутниковых снимках видны те самые буквы SOS. По всему городу их 116.

«Мы тут же запустили кампанию в интернете», — вспоминает он. Десятки тысяч человек подписывают воззвание к ООН с требованием расследовать беспорядки в Оше. Cоздается международная комиссия.

В тему: Битвы Великой технологической: как в современном мире сражаются за мировое господство

Впервые правозащитники получили поддержку из космоса шесть лет назад. Тогда спутниковые снимки подтвердили данные о сносе стихийных поселений вокруг Хараре, инициированном властями Зимбабве. Тогда без крыши над головой осталось около 700 тысяч человек. С тех пор благодаря спутникам правозащитники смогли узнать правду о событиях и в других «горячих точках»: на Шри-Ланке, в Южном Судане. И совсем недавно — в Сирии.

Для спутников нет секретов. Сверху видно даже то, что творится в «закрытых» районах: сожженные дома, покинутые кварталы и палаточные лагеря, позволяющие судить о числе беженцев. Снимки из космоса помогают найти места массовых захоронений и тайные тюремные лагеря, обнаруженные недавно в Северной Корее. «Спутниковая разведка делает тайное явным», — говорит Кристоф Кеттл.

Сейчас на околоземной орбите насчитывается 1016 действующих спутников, почти половина из них принадлежат США. Но если во времена «холодной войны» доступ к спутниковым фотографиям имели только военные и разведслужбы, то теперь многие из них рассекречены. Больше того: на рынок выходят новые «игроки» — частные операторы систем спутникового зондирования. Например, американские компании DigitalGlobe и GeoEye. Их спутники способны делать снимки почти такого же качества, как военные аналоги. Заказ на съемку конкретного объекта обходится в 3000 евро за кадр. А покупка архивного снимка — несколько сотен евро.

Что касается России, то сейчас на орбите работают всего лишь четыре отечественных спутника-фотографа. 95 процентов снимков для российских нужд делают американские, французские и даже индийские аппараты.

Федеральное агентство лесного хозяйства с помощью спутниковых фотографий может обнаружить участки незаконных вырубок леса. Всемирный фонд дикой природы (WWF) находит в Арктике места обитания моржей, тюленей и медведей. А в администрации Московской области таким образом следят за появлением нелегальных свалок. Среди других заказчиков космических снимков — Гидрометцентр, министерства природных ресурсов и сельского хозяйства, РАН.

Американское и Европейское космические агентства НАСА и ЕКА тоже открыли доступ к большой части своих спутниковых фотоархивов. Причем бесплатно. Поэтому экологи и эксперты гуманитарных организаций, климатологи, экономисты и даже археологи все чаще прибегают к помощи космических наблюдателей.

Благодаря спутниковой съемке географы из университета Йены (Германия) смогли нанести на карту растительные зоны в национальном парке Крюгера (ЮАР). И выяснить, хватит ли там корма для быстрорастущей популяции слонов.

Другой пример: результаты анализа космической съемки заставили забить тревогу бразильские власти. Оказалось, что за первые три месяца 2012 года было вырублено 388 квадратных километров сельвы: почти втрое больше, чем за тот же период предыдущего года.

По спутниковым снимкам археологи обнаружили в Месопотамии остатки многочисленных доисторических поселений. В Антарктике группа ученых выследила десять ранее неизвестных колоний императорских пингвинов.

По изменению яркости ночного освещения, регистрируемому из космоса, ученые оценивают экономический рост в развивающихся странах. Во Франции министерство рыбного хозяйства использует два радиолокационных спутника, чтобы следить за браконьерами в водах архипелага Кергелен в Индийском океане. Это помогает снизить объем нелегального вылова рыбы почти на 90 процентов.

День за днем сканируют космические наблюдатели нашу планету, регистрируя силу и направление морских течений, землетрясения, жару, уровень загрязнения выхлопными газами и рост больших городов.

«Глобальные проблемы нужно рассматривать глобально», — уверен Фолькер Либиг, директор Европейского института космических исследований (ESRIN) и по совместительству куратор программы спутникового геомониторинга Европейского космического агентства.

Уже с 1966 года метеорологические спутники наблюдают за земной поверхностью с целью изучения экосистемы. Но современные технологии позволяют использовать всесторонний подход, ведь все процессы на Земле взаимосвязаны: выбросы парниковых газов нарушают тепловой баланс планеты, что влияет на погоду и состояние льдов на полюсах. Это в свою очередь воздействует на морские течения, от которых зависит климат, а значит, и частота стихийных бедствий и урожайность.

Все эти факторы по отдельности доступны для изучения и на Земле. Но проследить за их взаимодействием в глобальном масштабе можно только из космоса.

Наглядный пример — крупное извержение вулкана. Чтобы определить в масштабах планеты концентрацию выброшенного в атмосферу вулканического пепла на каждые 100 километров, понадобится 51 тысяча измерительных станций. И армия специалистов. А спутник соберет эти данные буквально на лету.

С середины 1990-х годов Европейское космическое агентство — лидер в сфере космического геомониторинга. И это при том, что в арсенале Евросоюза — всего лишь 20 гражданских и 12 военных спутников. В 2011 году более 20 процентов бюджета ЕКА ушло на финансирование проектов спутникового наблюдения за Землей. Для сравнения: куда более богатое американское агентство НАСА выделяет на эти нужды вдвое меньше.

Европейцы запускают спутники, выполняющие все новые задачи: от анализа химического состава атмосферы до измерения магнитного поля Земли. Но главный секрет их успеха — «Энвисат», спутник для мониторинга окружающей среды.

Он был выведен на орбиту 1 марта 2002 года. Это многоцелевой исследовательский комплекс размером с автобус, весом восемь тонн, оборудованный десятью измерительными приборами для сбора данных о «жизнедеятельности» Земли. Первоначально он был рассчитан на небольшой срок — всего пять лет.

На практике он проработал вдвое дольше. И каждый день посылал на Землю по 280 гигабайт информации, послужившей материалом почти для четырех тысяч исследовательских проектов. Он замерял подъем уровня Мирового океана и атмосферную концентрацию оксида азота в районах активного судоходства, отслеживал последствия засух в Восточной Африке и землетрясений в Японии.

Лишь в прошлом году космический ветеран стал все чаще «барахлить». В начале апреля он отправил на Землю последний снимок. И перестал отвечать на сигналы. Связь с ним потеряна.

Но «Энвисат» был лишь прелюдией к еще более амбициозной программе GMES — «Глобальный мониторинг окружающей среды и безопасности», разработанной ЕКА. Вскоре наблюдением за океанами, континентами и атмосферой займутся семь спутников новой серии «Сентинель» («Страж»).

Благодаря высокоточным радарам и оптическим сенсорам некоторые из них смогут даже регистрировать признаки надвигающихся стихийных бедствий: наводнений, оползней и извержений вулканов. Другие будут контролировать соблюдение обязательств по снижению выбросов парниковых газов. И засекать нелегальные плантации опийного мака и коки.

«Стражи» воплощают новую тенденцию в геомониторинге. Громоздкий «Энвисат» был слишком дорогим. «При неудачном старте мы потеряли бы два миллиарда евро», — говорит Либиг. А его преемники с узкой специализацией меньше по размеру. И дешевле.

Один из аппаратов последнего поколения — гляциологический спутник «Криосат», который вносит неоценимый вклад в изучение земной экосистемы.

Томмазо Парринелло родился на теплой Сицилии, но стал охотником за льдом. Из итальянского Фраскати он снабжает весь мир самой свежей информацией о состоянии криосферы — труднодоступной для изучения ледовой оболочки Земли. Она составляет треть поверхности планеты и включает в себя постоянные ледовые покровы и зоны временного оледенения. Итальянский физик — руководитель миссии европейского спутника «Криосат-2». Его предшественник «Криосат-1», стоивший 130 миллионов евро, вывести в космос не удалось. В октябре 2005 года он упал в море из-за аварии ракеты.

Второй спутник заступил на вахту в апреле 2010-го после удачного запуска российской ракеты-носителя «Днепр» с Байконура. И теперь он ведет наблюдения за льдами Арктики и Антарктики с высоты 720 километров. Собранные им данные помогут нам лучше понять взаимосвязь между климатом, таянием льдов и изменением уровня Мирового океана, говорит Парринелло.

В отличие от гляциологических спутников предыдущего поколения «Криосат-2» регистрирует не только площадь, но и толщину ледового покрова. В этом ему помогает уникальный интерферометрический альтиметр, который замеряет расстояние между поверхностью воды и верхним слоем морских льдов. Замеры производятся регулярно в одних и тех же районах, что позволяет следить за всеми переменами.

«В Антарктике мы сможем отслеживать изменение толщины ледового покрова суши в диапазоне до 1,3 миллиметра в год», — говорит Парринелло. С помощью наземных измерений зафиксировать подобные нюансы почти невозможно. Тем более в масштабах целого континента.

Такой высокоточный дистанционный геомониторинг возможен благодаря прорыву в развитии радиолокационной технологии, начавшемуся в 1990-е годы. При сканировании любых объектов земной поверхности из космоса почти всегда используется один и тот же принцип: спутник посылает в направлении Земли электромагнитные волны, а затем антенны улавливают отраженное от ее поверхности эхо. Он словно «освещает» объект, а потом «считывает» его изображение по отсветам. Так можно получать и трехмерные проекции. Если в полете спутник несколько раз «освещает» радаром одну и ту же точку на Земле, то при наложении этих снимков возникает стереоскопический эффект.

У радара есть два главных преимущества перед оптическими камерами, способными вести съемку только в видимом свете. Во-первых, ни ночная тьма, ни облака для него не помеха. А во-вторых, его можно отладить так, чтобы он мог «заглянуть» даже под землю.

Поэтому радарное зондирование используется и для поиска подземных источников воды. В 2002 году стартовал проект ЕКА «Тигр». Его цель — помочь странам Африки решить проблемы водоснабжения. Данные спутниковых измерений служат ориентиром при выборе самых подходящих мест для бурения артезианских скважин. Позволяют проводить анализ качества воды в реках и озерах. И определять районы с истощенными водными ресурсами — из-за чрезмерного водозабора.

В марокканской долине Сус к югу от хребта Высокий Атлас выпадает всего 200 миллиметров осадков в год. Явно недостаточно для естественного орошения. Тут с помощью спутников были выявлены районы с самым интенсивным потреблением воды и использованием подземных вод. А  также низины, в которых скапливается дождевая вода и, просачиваясь в почву, пополняет подземные запасы. И территории, где уплотнившаяся из-за вырубки леса почва плохо впитывает дождевую воду. В результате получилась гидрографическая карта местности, благодаря которой власти страны могут рациональнее использовать водные ресурсы.

В ходе другого проекта в рамках программы «Тигр» спутниковые снимки помогли проследить за ростом водорослей в озере Гиер на севере Сенегала — главном источнике питьевой воды для столицы страны Дакара.

А в Буркина-Фасо, одной из беднейших стран Африки, ученые выбирают по данным спутниковой радиолокации места для бурения артезианских скважин. Для этого сравнивается серия спутниковых снимков, сделанных в разное время. При их наложении четко видны все изменения природного ландшафта, например зоны с богатой растительностью или периодически пересыхающими почвами. Так можно судить о наличии или отсутствии подземных источников воды. «Мы, конечно, не можем точно указать, где залегает вода, — говорит один из специалистов. — Но можем определить районы, где велика вероятность ее обнаружить. А это экономит и время, и деньги».

С недавних пор в проекте «Тигр» задействован еще один европейский спутник СМОС, предназначенный для слежения за влажностью почвы и соленостью океанических и морских вод. Он был запущен на орбиту в 2009-м и ведет наблюдения с высоты 758 километров. Внешне спутник похож на вертолет с тремя лопастями. В них вмонтированы 69 антенн, которые работают как один мощный детектор. Он не только сканирует Землю электромагнитными волнами, но и измеряет ее естественное радиотепловое излучение.

Чем выше влажность почвы и соленость морской воды, тем слабее излучение. Поэтому для измерения обоих параметров достаточно одного прибора. Уровень влажности почвы на континентах — ключевой критерий для метеорологии. По нему можно прогнозировать осадки, температуру и урожайность. Но и это не все. Благодаря данным этого спутника выявляются регионы, подверженные иссушению, сокращению лесов и риску лесных пожаров. Когда в 2012 году на Таиланд обрушились катастрофические ливни, ЕКА составило карты с разметкой зон, где почва еще может впитать воду или уже перенасыщена влагой. В будущем такие карты позволят прогнозировать ситуацию на случай наводнения. И эвакуировать людей из самых опасных районов.

Глобальное потепление, чрезмерный водозабор, массовая застройка... Спутниковое наблюдение не может остановить такие процессы, но способно помочь оценить их масштаб и найти виновников. Для этого еще в 2002 году было создано Европейское агентство морской безопасности (EMSA). Одна из его задач — помощь в устранении последствий разливов нефти в результате аварий танкеров или нелегального сброса отработанного топлива в море. Уже несколько лет агентство в среднем 2300 раз в год пользуется спутниковыми снимками.

Из окон кабинета Дирка Рейхенбаха в Управлении по чрезвычайным ситуациям на море в Куксхафене на севере Германии открывается вид на устье Эльбы. Мимо плывут сухогрузы, контейнеровозы, танкеры. 46-летний химик выполняет особую миссию в акватории Северного моря и Балтики. «Для патрулирования моря и обнаружения нефтяных пятен у нас есть два самолета с современными радарами», — говорит он. Турбовинтовые машины с синей надписью Pollution Control («Контроль за загрязнением») на борту готовы к вылету круглые сутки.

На преобразование радарного спутникового сигнала в черно-белый снимок уходит всего полчаса. Светлые точки на нем — корабли в море. А темные линии и пятна — аномалии на водной поверхности. «Это могут быть водоросли, — объясняет Рейхенбах. — Или нефтяные пятна. Как только поступает сигнал тревоги, мы вылетаем на место».

Максимум через час после пролета спутника над поднадзорной территорией с аэродрома в Куксхафене взлетает самолет-разведчик. Если вблизи нефтяного пятна обнаруживается корабль, с которого могло быть сброшено топливо, то снимок из космоса сверяется с его маршрутом. Он прослеживается по записи радиосигналов судна.

Так можно определить, был ли этот корабль в данном месте в момент появления пятна. Благодаря этой системе удается найти виновника каждого пятого случая загрязнения нефтью Северного и Балтийского морей.

И постепенно такие инциденты становятся все реже. «Капитаны знают, что их могут поймать с поличным», — резюмирует Рейхенбах.

В рамках европейской программы

Глобального мониторинга окружающей среды спутники задействуются не только в поисковых, но и в спасательных операциях. «Благодаря им мы в режиме реального времени узнаем о наводнениях и землетрясениях», — говорит Филипп Балли. 44-летний французский ученый — представитель агентства ЕКА в центре «Международной хартии по космосу и крупным катастрофам». Это что-то вроде космического дозора, отслеживающего катастрофы на Земле.

В кабинет номер 11104 в корпусе на территории Европейского института космических исследований в итальянском Фраскати стекается информация обо всех крупных катастрофах. На стене — карта мира, на столах — десять мониторов с изображением траекторий полетов спутников. На доске — отметка о последнем сигнале тревоги: наводнение в Гане. В углу у окна стоит красный телефон. По этой линии могут звонить только правительства и организации стран, присоединившихся к хартии. «В нашем распоряжении более 25 спутников», — говорит Балли.

За последние десять лет космический дозор участвовал в более чем 260 спасательных операциях. Все начинается со звонка на красный телефон. Специалисты решают, какие спутники оптимальнее всего задействовать. Затем в центры управления спутниками отдается команда: нацелить радары на район катастрофы. При землетрясении в Японии, которое привело к цунами и аварии на АЭС «Фукусима-1», на активизацию системы ушло меньше часа.

Из космоса различимы не только видимые объекты. Путем сравнения снимков, сделанных до и после землетрясения, можно установить уровень подъема и проседания почвы вплоть до миллиметра.

Для этого используется радарная интерферометрия, позволяющая регистрировать малейшие подвижки земной коры. Спутник делает высокоточные радарные снимки одного и того же участка земной поверхности с разных дистанций. А потом замеряет отраженное волновое эхо. При сопоставлении снимков обнаруживается характерное изменение профиля волн там, где земля поднялась, просела или сдвинулась по горизонтали.

Человечество давно мечтает нау-читься предсказывать землетрясения и извержения вулканов. Возможно, благодаря космическим технологиям это скоро станет реальностью.

Недавно группа американских ученых опубликовала промежуточные результаты многолетнего исследования вулкана Утурунку в боливийских Андах. В последний раз он извергался около 300 тысяч лет назад. Но интерферометрические данные спутника «Энвисат» показывают, что он начинает пробуждаться. В последнее время земля вокруг него поднимается примерно на один-два сантиметра в год. По мнению ученых, это признак того, что под ней скапливается магма. Пока угрозы нет. Но присматривать за вулканом все равно не помешает.

Еще недавно ученые сетовали, что за большинством действующих вулканов на Земле наблюдение вообще не ведется. А если и ведется, то нерегулярно. Хотя многие из них считаются крайне опасными. Как минимум 500 огнедышащих гор в ближайшем будущем возьмут под надзор орбитальные стражи.

Юрген Бишоф, опубликовано в журнале GEO

В тему:

• Кто за вами следит в Интернете и записывает все ваши «шаги»? Взгляните сами!
• Как родная. Бионический протез руки с обратной связью
• Загляни в могилу и почувствуй себя счастливым. Как мысль о смерти нам жить помогает
• Приватность в сети — миф. Зачем почтовые сервисы читают все наши письма
• «Полярные шапки не растают к 2025 году. Все это просто неправда»