«Всевидящее око» компании Capella Space: предвестник революции в спутниковой разведке

Совсем недавно мы рассматривали возможности космических средств разведки для обнаружения авианосных ударных групп. В частности, автором было выдвинуто предположение о создании в ближайшей перспективе «созвездий» компактных и недорогих разведывательных спутников, размещаемых на низких орбитах и способных заменить существующие большие и дорогие разведывательные спутники. Нечто подобное уже происходит со спутниками связи благодаря компании Spaсe X и её проекту глобального высокоскоростного спутникового интернета Starlink.

По предположению автора, технологии, используемые для крупносерийного строительства и развёртывания спутников системы Starlink, могли бы быть применены впоследствии для строительства разведывательных спутников. Некоторые оппоненты высказывали на это возражения, что разведывательные спутники будут значительно крупнее, сложнее и дороже. И в особенности это касается спутников активной радиолокационной разведки, которые представляют наибольший интерес, поскольку могут работать в любое время суток и при любой погоде.

Что ж, будущее наступает раньше, чем предполагал автор. Но, к сожалению, будущее это наступает не для всех.

Capella Space

Основанная в 2016 году американская компания Capella Space, расположенная в городе Сан-Франциско (Калифорния), поставила своей целью обеспечить пользователей по всему миру возможностью получения коммерческих радиолокационных изображений поверхности планеты с высокой разрешающей способностью.

Компания Capella Space планирует развернуть 36 спутников, оснащённых радиолокационной станцией (РЛС) с синтезированной апертурой. Предполагалось, что масса одного спутника составит порядка 40 килограмм. Система должна позволить получение радиолокационных (РЛ) изображений земной поверхности с разрешением 50 сантиметров.

Более того, предположительно система способна получать изображения разрешением 25 сантиметров и выше, но эта возможность для гражданских потребителей пока заблокирована американским законодательством.

В декабре 2018 года компания Capella Space запустила на орбиту свой первый тестовый спутник Denali. Запуск был осуществлён с помощью ракеты-носителя (РН) Falcon 9 компании SpaceX с базы ВВС США Ванденберг (Калифорния).

Спутник Denali предназначен для отработки конструкции и технологий. РЛ изображения с него не продавались. Но использовались для внутреннего тестирования и привлечения инвесторов и потенциальных заказчиков. После запуска спутник Denali развернул гибкое антенное полотно, площадь которого составляет около 8 метров.

В августе 2020 года был запущен первый серийный рабочий спутник Sequoia, способный уже сейчас предоставлять РЛ изображения земной поверхности коммерческим заказчикам. Вывод на орбиту был осуществлён РН Electron частной американской аэрокосмической компании Rocket Lab.

Масса спутника Sequoia составляет 107 килограмм. Он содержит 400 метров кабелей и проводов, соединяющих более сотни электронных модулей. Программное обеспечение включает более 250 000 строк кода C, более 10 000 строк кода Python и более 500 000 строк кода FPGA.

Высота орбиты 525 километров и наклонение орбиты 45 градусов позволяют спутнику Sequoia предоставлять заказчикам доступ к получению РЛ изображения таких регионов, как Ближний Восток, Корея, Япония, Европа, Юго-Восточная Азия, Африка и США.

До конца 2020 года планируется вывод на орбиту ещё двух спутников Sequoia РН Falcon 9 компании SpaceX. Всего планируется запустить минимум семь спутников этого типа.
Необходимо понимать, что максимальное разрешение выбранного для съёмки участка обеспечивается при экспозиции РЛ картинки в течении порядка 60 секунд, для чего спутники Sequoia оснащены системой механической ориентации антенного полотна. Разрешение «на пролёте» будет ниже. Работа в режиме синтезированной апертуры позволяет точно определять топографию и особенности поверхности в 3D.
Предполагается, что итоговая группировка из 36 спутников позволит получать изображение любой части планеты с интервалом не более одного часа.

Компания Capella Space уже заключила договора на предоставление картографической информации с государственными структурами США.

В частности, в 2019 году был заключён договор с Национальным управлением военно-космической разведки США (National Reconnaissance Office, NRO) об интеграции коммерческих радиолокационных изображений, полученных спутниками Capella Space, с государственными спутниками наблюдения NRO.

В ноябре 2019 года военно-воздушные силы (ВВС) США заключили с Capella Space контракт на включение изображений компании в программное обеспечение виртуальной реальности ВВС (возможно, имеются в виду высокодетализированные трёхмерные карты местности для авиации).

13 мая 2020 года был подписан контракт с Министерством обороны США на предоставление данных бортовых радаров с синтезированной апертурой для военно-морских сил (ВМС) США. Capella также предоставит Министерству обороны внутренние аналитические услуги для интерпретации полученных данных.

А 25 июня 2020 года Capella Space объявила о подписании Соглашения о совместных исследованиях и разработках (CRADA) с Национальным агентством геопространственной разведки США (NGA). Соглашение CRADA предоставит Capella Space доступ к исследователям NGA для более глубокого понимания проблем. А взамен NGA получает доступ к изображениям и аналитическим услугам Capella Space. Это первое соглашение CRADA, заключённое NGA с коммерческой компанией, занимающейся предоставлением изображений от спутников с РЛС с синтезированной апертурой.

Безусловно, спутники компании Capella Space нельзя считать прямыми аналогами сложных и дорогих спутников разведки, запускаемых ведущими военно-промышленными державами. Но здесь важно другое.

Компания из 100 человек организовала разработку и производство спутников, способных получать радиолокационное изображение с высоким разрешением. Эта компания планирует развернуть группировку из 36 таких спутников. Размеры и масса этих спутников позволяют выводить их на орбиту «гроздьями», как это происходит со спутниками связи Starlink. Это позволяет не только быстро наращивать их группировку на орбите, но и экстренно выводить, при необходимости, сверхмалыми ракетами-носителями.

Если на такое способна лишь частная компания – стартап? То сколько таких или аналогичных спутников при необходимости может запустить Министерство обороны США?

Кстати, компания Capella Space не единственная, кто работает в этом направлении.

ICEYE

Финская компания ICEYE была основана в 2014 году как дочернее предприятие Университета Aalto, факультета радиотехнологий.

С 2019 года компания ICEYE предлагает услуги по получению коммерческих РЛ-изображений с высоким разрешением, полученных с помощью трёх спутников собственной разработки. Первый спутник ICEYE-X2 был запущен 3 декабря 2018 года РН Falcon 9 компании SpaceX, ещё два спутника были запущены 5 июля 2019 года.

Предполагается, что при коммерческой успешности проекта ежегодно будет выводиться ещё по несколько спутников.

Масса одного спутника составляет 85 килограмм. Он оснащён ионными двигателями для коррекции орбиты. Разрешение РЛ-изображений составляет 0,25x0,5, 1x1 или 3x3 метра, точность привязки 10 метров, скорость канала связи 140 мегабит в секунду. Высота орбиты составляет 570 километров, наклонение 97,69 градусов.

Planet Labs

Американская компания Planet Labs, основанная в 2010 году, разрабатывает и производит микроспутники типа CubeSat, называемые Dove, которые доставляются на орбиту в качестве вспомогательной полезной нагрузки при выполнении других миссий.

Каждый спутник Dove оснащен современными оптическими средствами разведки, запрограммированными на съемку различных участков Земли. Каждый спутник наблюдения Dove непрерывно сканирует поверхность Земли, отправляя данные после прохождения над наземной станцией.

Первые два экспериментальных спутника Dove были запущены в 2013 году.

После приобретения немецкой компании BlackBridge AG группировка спутников Planet Labs пополнилась спутниками RapidEye. А после приобретения у Google компании TerraBella ещё и группировкой спутников SkySat.

В июле 2015 года Planet Labs вывела на орбиту 87 спутников Dove и 5 RapidEye. В 2017 году Planet запустила еще 88 спутников Dove. К сентябрю 2018 года компания запустила ещё около 300 спутников, 150 из которых активны. В 2020 году Planet Labs запустила шесть дополнительных спутников SkySat с высоким разрешением и 35 спутников Dove.

Спутники Dove весят 4 килограмма. Их размеры составляют 10х10х30 сантиметров, высота орбиты составляет 400 километров.

Спутники обеспечивают получение изображений с разрешением 3–5 метров

Спутники RapidEye размером менее одного кубического метра и массой 150 килограмм, расположенные на высоте 630 километров, позволяют получать изображение с разрешением 5 метров с помощью многоспектрального датчика в синем (440–510 нм), зеленом (520–590 нм), ближнем красном (630–690 нм), дальнем красном (690–730 нм) и ближнем инфракрасном (760–880 нм) диапазонах длин волн.

Спутники SkySat обеспечивают получение изображений видео с субметровым разрешением. Их конструкция основана на использовании недорогих, коммерчески доступных электронных компонентов.

Спутники SkySat имеют длину примерно 80 сантиметров и весят около 100 килограмм.

Спутники SkySat находится на орбите на высоте 450 километров и оснащены мультиспектральным и панхроматическим сенсорами. Пространственное разрешение в панхроматическом диапазоне 400–900 нм составляет 0,9 метра.

Мультиспектральный датчик собирает данные в синем (450–515 нм), зеленом (515–595 нм), красном (605–695 нм) и ближнем инфракрасном (740–900 нм) диапазонах с разрешением 2 метра.

Есть ли что-то подобное у нас?

Российская частная космонавтика

Успехи российской частной космонавтики на порядок скромнее.

В первую очередь, можно вспомнить основанную в 2011 году компанию «СПУТНИКС», которая в 2014 году вывела на низкую околоземную орбиту первый российский частный микроспутник-технологический демонстратор Таблетсат-Аврора массой 26 килограмм.

В качестве основной полезной нагрузки на аппарате установлена панхроматическая фотокамера для съемки земной поверхности в спектральной полосе 430–950 нм с разрешением 15 метров и шириной полосы захвата 47 километров.

Также были запущены несколько научно-образовательных наноспутников, разработанных студентами и школьниками.

Из разрабатываемых аппаратов можно отметить сверхкомпактный спутник дистанционного зондирования Земли РБИКРАФТ-ЗОРКИЙ.

Его масса составит 10,5 килограмм. Запуск запланирован на 2021 год.

Аппарат будет нести камеру-телескоп с разрешением 6,6 метров на пиксель, производства НПО «Лептон». Камера снабжена системой термостабилизации, фокусировки, а также встроенным запоминающим устройством, что позволяет выполнять съемку по заказу, без привязки к станциям приема.

Предполагаемая высота орбиты спутника РБИКРАФТ-ЗОРКИЙ составит 550 километров с наклонением 98 градусов.

Ещё одна компания – ООО НПП «Даурия Аэроспей» (Dauria Aerospace), основанная в 2011 году и ставшая одной из первых российских компаний, создающих и запускающих коммерческие спутники.

Компания «Даурия Аэроспей» 8 июля 2014 года осуществила запуск первого спутника серии «DX», оснащённого полезной нагрузкой для приема и передачи сигналов Автоматизированной идентификационной системы (Automatic Identification System), предназначенной для навигации и идентификации судов в Мировом океане и на речных линиях.

Кстати, такие спутники могут быть полезны при работе совместно со спутниками радиотехнической, оптической и активной радиолокационной разведки в части решения задачи селекции гражданских и военных судов.

Ещё два спутника PERSEUS-M1 и PERSEUS-M2 были проданы американской Aquila Space в конце 2015 года.

В том же 2015 году основатель ООО НПП «Даурия Аэроспей» Михаил Кокорич продал свою долю в компании и эмигрировал в США.

Как мы видим, наше отставание в области коммерческих спутников от ведущих стран мира составляет порядка 10–15 лет.

Формально есть компании, производящие компоненты для спутников – ионные двигатели, датчики, электронные компоненты. Но вот создание производства, выпускающего конечную продукцию – высокотехнологичные спутники, как-то не срастается.

Схожая ситуация у нас и с ракетами-носителями. В общем и целом, ничего сравнимого со Spaсe X или Capella Space у нас пока нет.

Выводы

Коммерциализация космоса развивается высочайшими темпами, как в части вывода полезных нагрузок на орбиту, так и в части создания искусственных спутников Земли различного назначения. Можно заметить, что тенденция коммерциализации космоса наметилась в начале двухтысячных годов и приобрела взрывной характер в последнее десятилетие. В совокупности это позволило появиться оборудованию, технологиям и услугам, совсем недавно недоступным не только для коммерческих, но и для государственных заказчиков.

В этом свете перспектива развёртывания вооружёнными силами США сотен или даже тысяч спутников разведки и связи, а в дальнейшем и спутников системы противоракетной обороны (ПРО), уже не вызывает особых сомнений.

Что это означает для нас в практическом плане?

Можно утверждать, что с определённого момента, по мере развертывания всё большего числа разведывательных спутников различного класса и назначения, а также улучшения их технических характеристик, избежать обнаружения из космоса многих типов вооружений станет практически невозможно.

Возможность глобального, круглосуточного и всепогодного получения разведывательных данных, в масштабе времени, близком к реальному, позволит осуществлять удары высокоточным оружием и беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) на всю глубину территории противника не только по стационарным, но и по подвижным целям, перенацеливая средства поражения в полёте.

Под угрозой окажутся подвижные грунтовые ракетные комплексы (ПГРК), составляющие один из элементов российских сил ядерного сдерживания (СЯС), а надводные корабли традиционной компоновки потеряют малейшую возможность затеряться в глубинах океана, а значит, дальняя авиация противника всегда будет иметь инициативу и сможет обеспечить необходимую концентрацию сил для удара противокорабельными ракетами (ПКР), достаточную, для преодоления противовоздушной обороны (ПВО) авианосных и корабельных ударных групп (АУГ и КУГ).

Если США официально легализовали продажу изображений из космоса с разрешением 50 сантиметров, то тогда, какое разрешение доступно военным – 25, 10 сантиметров или менее?

При таком качестве изображений никакие уголковые отражатели уже не помогут. Например, при атаке кораблей, их первичное обнаружение может осуществляться с разрешением 3–5 метров, затем будет произведена идентификация с разрешением 50 сантиметров и менее. А после этого, уже после запуска ПКР, может вестись отслеживание кораблей и передача их координат в реальном времени непосредственно на ПКР через спутниковый канал связи (перенацеливание в полёте).

Кто-то скажет, почему не использовать средства радиоэлектронной борьбы?

Они могут решить часть проблем, но не все. Средства РЭБ сами по себе это «маяк» для противника, невозможно их использовать непрерывно. Кроме того, остаются оптические средства разведки.

Уничтожить сеть малогабаритных спутников с поверхности практически нереально и экономически неэффективно – восполнить группировку малогабаритных спутников можно с меньшими экономическими потерями, чем сбивать их ракетами ПРО. Для этого необходимы специализированные космические перехватчики, способные интенсивно маневрировать и длительное время находиться на орбите, обеспечивая последовательное уничтожение множества целей.

И не стоит уповать на распространённое заблуждение о «ведре гаек на орбите». Вывозить на орбиту «гайки» в количестве, достаточном для уничтожения спутников, не сможет вся экономика планеты.

«По данным Европейского космического агентства, вокруг нашей планеты вращается более 29000 крупных обломков, от 4-дюймовых кусков металла до целых несуществующих спутников и баков с отработанным топливом. Добавьте примерно 670 000 кусков металлических частей размером от 1 до 10 сантиметров, примерно 170 миллионов частиц краски, а также бесчисленные миллиарды замороженных капель охлаждающей жидкости и частиц пыли размером менее сантиметра».

Совершенствование технологий создания малогабаритных спутников и технологий противоракетной обороны, с высокой вероятностью приведёт к возобновлению реализации на новом техническом уровне проектов орбитальных перехватчиков ПРО типа «бриллиантовая галька», которые, с учётом усиления разведывательных и ударных возможностей вооружённых сил США, могут во многом нивелировать потенциал российских СЯС.

В конце XX века много говорилось о том, что XXI век будет веком виртуальной реальности, нано- и биотехнологий. Космос же стал «обыденно-прикладным», ассоциируясь с чем-то вроде спутникового ТВ.

Появление частных компаний с амбициозными задачами и проектами всё изменило. И космос вновь оказался на острие технического прогресса.

Космос – это не только проекты научных исследований и экспансии человечества на новые территории, но и краеугольный камень в обеспечении безопасности государства. Уже сейчас, без получения преимущества, или хотя бы паритета в космическом пространстве, любые наземные, воздушные и морские силы обречены на поражение. В дальнейшем эта ситуация будет только усугубляться.

Это выводит проекты по созданию перспективных ракет-носителей и космических аппаратов различного назначения в разряд наиболее высокоприоритетных задач нашей страны.