Космический аппарат "Электро-Л" №2





КА «Электро-Л» №2 запущен 11 декабря 2015 г. и выведен на геостационарную орбиту со средней высотой над поверхностью Земли 35800 км и точкой стояния 76.0° в.д. Масса КА – 1797 кг., в т.ч., масса модуля полезной нагрузки – 550 кг. Точность поддержания КА в точке стояния – не хуже 0.1° по долготе и широте, ориентация КА – трехосная, прецизионная. Срок активного существования – 10 лет. Основная область применения – обеспечение подразделений Росгидромета, соответствующих служб Министерства обороны РФ, а также других ведомств оперативной информацией для:

  • анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах;
  • анализа и прогноза состояния акваторий морей и океанов;
  • анализа и прогноза условий для полетов авиации;
  • анализа и прогноза гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве (ОКП), состояния ионосферы и магнитного поля Земли;
  • мониторинга климата и глобальных изменений;
  • контроля чрезвычайных ситуаций;
  • экологического контроля окружающей среды и др.

Для решения перечисленных задач в состав полезной нагрузки КА «Электро-Л» №2 включены многозональное сканирующее устройство – геостационарное (МСУ-ГС) и гелиогеофизический геостационарный аппаратный комплекс (ГГАК-Э).

Аппаратура МСУ-ГС должна обеспечивать многоспектральную съемку видимого диска Земли в видимом (ВД) и инфракрасном (ИК) диапазонах спектра (разрешение 1 км и 4 км соответственно). Штатная периодичность съемки - 30 минут. В случае наблюдения стихийных явлений периодичность съемки может быть доведена до 10-15 минут по командам с Земли. Кроме того, на КА «Электро-Л» возлагаются задачи получения гелиогеофизических данных, ретрансляции и обмена метеоинформацией, а также сбора данных от автономных метеорологических платформ и сигналов аварийных буев системы COSPAS-SARSAT.

Многозональное сканирующее устройство - геостационарное (МСУ-ГС)

Многозональное сканирующее устройство - геостационарное (МСУ-ГС) предназначено для получения многоспектральных изображений облачности и поверхности Земли. Сканер МСУ-ГС разработан в ОАО «РКС» и состоит из двух блоков для раздельной съемки в ВД и ИК диапазонах спектра с полем зрения 20x20°, охватывающим видимый диск Земли. Время формирования одного кадра составляет 1–2 минуты.

Блок видимого диапазона (ВД) с телескопом диаметром 75 мм обеспечивает съемку с разрешением 1 км в трех спектральных диапазонах (см. таблицу 1).

Блок ИК диапазона с телескопом диаметром 220 мм обеспечивает съемку с разрешением 4 км в семи спектральных диапазонах (см. таблицу 1).

Абсолютная («внутренняя») калибровка регистрируемых сигналов обеспечивается референсными источниками (лампы, имитаторы абсолютного черного тела).
Основные информационные характеристики МСУ-ГС и область применения данных измерений в отдельных каналах представлены в таблице 1.

Таблица 1
Характеристики аппаратуры МСУ-ГС КА «Электро-Л» №1
Номер канала Спектральный интервал, (мкм) S/N(1), NEΔT(2) Область применения
1
2
0.5 –0.65
0.65 – 0.8
>10 Детектирование облачности, слежение за облаками-трассерами для определения ветра, наблюдения аэрозоля
3 0.8-0.9 >7 Детектирование облачности малых размеров
4 3.5-4.01 <0.35K Детектирование низкой облачности, туманов, оценки температуры поверхности океанов (ТПО) и температуры поверхности суши (ТПС) для ночных условий
5 5.7-7.0 <0.75K Наблюдения за водяным паром, оценки ветра, высоты полупрозрачной облачности
6
7
7.5 – 8.5
8.2-9.2
<0.28K Наблюдения полупрозрачной слоистой облачности
8 9.2-10.2 <1.5K Мониторинг общего содержания озона, ветер в нижней стратосфере
9
10
10.2-11.2
11.2-12.5
<0.3K Оценка ТПО, ТПС, количества осажденной воды над океанами

Примечание: (1) величина S/N – отношение «сигнал/шум» для каналов видимого диапазона спектра; (2) величина NEΔT – отношение «сигнал/шум» для каналов ИК диапазона спектра (эквивалентная шуму разность температур), выражается в Кельвинах.
Аппаратура МСУ-ГС по своему назначению и информационным характеристикам во многом подобна сканеру-имаджеру SEVIRI, устанавливаемому на европейских метеоспутниках второго поколения MSG (Meteosat-8, Meteosat-9). С помощью SEVIRI выполняется съемка в 12 каналах (3 ВД канала и 9 ИК каналов). Семь ИК-каналов сканера МСУ-ГС выбраны таким образом, чтобы обеспечить получение количественной информации о параметрах облачности и подстилающей поверхности (каналы 3.5-4.1, 10.2-11.2, 11.2-12.5 мкм в «окнах прозрачности»), а также о распределении водяного пара (каналы 5.7-7.0, 7.5-8.5 мкм в полосе поглощения водяного пара) и озона (канал 9.2-10.2 мкм).

Гелиогеофизический геостационарный аппаратный комплекс (ГГАК-Э)

Гелиогеофизическая аппаратура ГГАК-Э предназначена для глобального мониторинга гелиогеофизических параметров с целью контроля и прогноза вспышечной активности Солнца, радиационной обстановки в ОКП и состояния магнитного поля, диагностики и контроля состояния магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы.

Состав ГГАК-Э и область применения данных отдельных приборов комплекса представлены в таблице 2.

Таблица 2

Состав и назначение комплекса ГГАК-Э

Название прибора Назначение
Измеритель солнечной постоянной ИСП-2М Измерение интегрального потока солнечной радиации в спектральном диапазоне 0.2 … 100 мкм, энергетическом диапазоне 700 … 1500 Вт/м2
Спектрометр корпускулярных излучений СКИФ-6 Дифференциальные энергетические спектры низкоэнергетичных электронов в интервале энергий 0.05 … 20.0 кэВ; дифференциальные энергетические спектры низкоэнергетичных протонов в интервале энергий 0.05 … 20.0 кэВ; плотность потока электронов с отстройкой от фона протонов в энергетических интервалах 0.03 - 0.1 - 0.7 - 1.5 МэВ; плотность потока протонов с отстройкой от фона электронов в энергетических интервалах 0.5 - 1.0 - 3.0 - 10.0 - 30.0 - 45.0 - 150.0 МэВ
Спектрометр солнечных космических лучей СКЛ-Э Плотность потока электронов с отстройкой от фона протонов в энергетических интервалах 2.5 - 4.0 - 6.0 и > 6.0 МэВ; плотность потока протонов с отстройкой от фона электронов в энергетических интервалах 15.0 - 25.0 - 45.0 - 100.0 - 300.0; > 300.0 МэВ
Спектрометр галактических космических лучей ГАЛС-Э Измерение потоков протонов в энергетических интервалах 0.5 – 3.0 – 10.0 – 30.0 - 50.0 – 100.0 – 300.0; >300. >600 МэВ
Измеритель потока рентгеновского излучения Солнца ДИР-Э Измерение интенсивности мягкого рентгеновского излучения Солнца в диапазоне 3.0 – 10.0 кэВ в динамическом диапазоне от 103 до 106 квант/(см2 · с) с отстройкой от фона заряженных частиц.
Магнитометрическая аппаратура ФМ-Э Измерение взаимно-перпендикулярных компонент вектора магнитной индукции (в интервале ± 300 нТл)
Измеритель ультрафиолетового излучения Солнца ВУСС-Э Измерение интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца в резонансной линии HLα (121.6 нм) ) в динамическом диапазоне от 1 до 30 эрг/(см2 · с).
Интерфейсный электронный блок формирования кадра информации БНД-Э Сбор, формирование транспортных кадров, временное хранение полезной информации от приборов комплекса ГГАК-Э и передача ее в бортовую систему сбора данных (БССД) и бортовой радиотехнический комплекс (БРТК) КА «Электро-Л».

В состав полезной нагрузки КА «Электро-Л» №2 также входит Бортовой Радиотехнический Комплекс (БРТК). Этот комплекс, разработанный в ОАО «РКС» и НПО им. С.А.Лавочкина, обеспечивает:

  • передачу целевой метеорологической и гелиогеофизической информации (в диапазоне 7.5 ГГц) по линии космос-Земля;
  • распространение данных в международных форматах HRIT/LRIT (в диапазоне 1,7 ГГц);
  • сбор в диапазоне 0.4 ГГц и ретрансляцию в диапазоне 1.7 ГГц данных с наземных наблюдательных платформ;
  • ретрансляцию сигналов от аварийных радиобуев системы COSPAS-SARSAT;
  • обмен данными между центрами Росгидромета (скорость передачи данных 15,36 Мбит/с).

Наземный сегмент КК «Электро-Л»

Наземный сегмент космического комплекса «Электро-Л» (НКПОР-Э) предназначен для приема, обработки, архивирования и распространения всех видов целевой информации, передаваемой с КА «Электро-Л», планирования и контроля работы целевой аппаратуры. НКПОР-Э Росгидромета состоит из следующих структурных элементов:

  • Европейский центр ФБГУ "НИЦ "Планета" (гг. Москва – Долгопрудный – Обнинск);
  • Сибирский центр ФБГУ "НИЦ "Планета" (г. Новосибирск);
  • Дальневосточный центр ФБГУ "НИЦ "Планета" (г. Хабаровск);
  • средства связи и обмена данными;
  • сеть платформ сбора данных (ПСД), размещенных в территориальных подразделениях Росгидромета;
  • сеть автономных пунктов приема информации (АППИ), размещенных в территориальных подразделениях Росгидромета.

Основными задачами НКПОР-Э являются:

  • планирование и составление программ работы целевой аппаратуры;
  • прием данных с КА;
  • предварительная и тематическая обработки данных целевой аппаратуры КА;
  • подготовка и распространение информации в международных форматах HRIT/LRIT;
  • распространение информационных продуктов;
  • архивация и каталогизация исходных и обработанных спутниковых данных;
  • прием, обработка и распространение данных ПСД;
  • обмен данными между Европейским и Сибирским центрами ФГБУ «НИЦ «Планета».

Прием информации целевой аппаратуры КА «Электро-Л» №2 осуществляется станцией космической связи СКС 8/7 (диаметр антенны 5.0 м., частота 7.5 ГГц, скорость приема данных 15.36 и 30.72 Мбит/с).

Принятая во время сеансов связи информация передается для предварительной обработки на аппаратно-программный комплекс структурного восстановления (КСВ). Этот комплекс обеспечивает:

  • обработку принятых данных и формирование нормализованных изображений уровня 1.5, включая радиометрическую и геометрическую нормализацию изображений;
  • архивирование нормализованных изображений уровня 1.5 (срок хранения в архиве – не менее 7 суток) и выдачу в масштабе времени, близком к реальному, информации уровня 1.5 в комплекс тематической обработки, архивирования и распространения спутниковой информационной продукции.

От комплекса КСВ информация передается на комплекс тематической обработки информации. Данный комплекс предназначен для получения следующих видов информационной продукции:

  • картографических изображений облачности и подстилающей поверхности в различных диапазонах спектра в виде глобальных и локальных карт;
  • параметров и характеристик облачного покрова (балльность, высота и температура верхней границы облачности, тип облачности, фазовый состав и др.);
  • данных о тропических циклонах;
  • данных о динамике облачных образований и анимационные изображения облачности;
  • данных о зонах и интенсивности осадков, детектирование туманов;
  • данных о ветре (скорость, направление) на различных уровнях атмосферы;
  • данных о температуре поверхности океанов и температуре поверхности суши;
  • данных об общем содержании атмосферного озона и др.

Подготовка и распространение информации в международных форматах HRIT/LRIT

В соответствии с международными обязательствами и рекомендациями КГМС (Координационной Группы по Метеорологическим Спутникам) должна осуществляться подготовка и ретрансляция информации аппаратуры МСУ-ГС в международных форматах HRIT/LRIT. С этой целью создан аппаратно-программный комплекс, состоящий из подкомплекса формирования данных в формате HRIT/LRIT и подкомплекса распространения данных в формате HRIT/LRIT через КА «Электро-Л» №2, а также через сеть Интернет.

Формирование файлов в форматах HRIT/LRIT осуществляется в соответствии с документом: «MSG Ground Segment LRIT/HRIT Mission, Specific Implementation, Doc. Nо: EUM/MSG/SPE/057, Issue: 6, Date: 21 June 2006».

В формате HRIT сохраняются видеоданные десяти спектральных каналов – 3 канала видимого диапазона и 7 каналов ИК-диапазона. Для каждого канала матрица изображения имеет размеры 2784?2784 пикселей, радиометрическое разрешение – 10 бит/пиксел. Пространственное разрешение всех изображений в подспутниковой точке – 4 км.

В формате LRIT сохраняются видеоданные отдельных спектральных каналов. Матрица изображения в каждом канале имеет размеры 2784?2784 пикселей, радиометрическое разрешение - 8 бит/пиксел, пространственное разрешение в подспутниковой точке – 4 км.

Система сбора и передачи данных с ПСД

Одной из важнейших задач Росгидромета является создание системы сбора и передачи данных с платформ (ССПД) с использованием отечественных спутниковых систем ретрансляции (в том числе КА «Электро-Л» №2), Основные характеристики ССПД, разработанной ФГБУ «НИЦ «Планета»:

  • количество каналов – 300, включая 33 международных (диапазон частот 402,0?402,1 МГц); разнос между каналами – 3 КГц;
  • скорости передачи в каналах – 100 или 1200 бит/с;
  • диапазоны частот: 401,5?402,5 МГц (линия Земля-космос) и 1696,5?1697,5 МГц (линия космос-Земля);
  • объемы передаваемой информации: 5192 бита (канал 100 бит/с) и 15000 бит (канал 1200 бит/с). Формат сообщения канала 100 бит/с соответствует европейскому стандарту.

Действующие ПСД расположены в различных регионах России (территориальных управлениях Росгидромета). Станция приема данных с платформ с антенной 9 м размещена в ФГБУ «НИЦ «Планета» (г. Долгопрудный).

Передача метеосообщений с ПСД осуществляется на регулярной основе в синоптические сроки (каждые 3 часа, начиная с 00:00 по Гринвичу) со скоростью передачи 100 и 1200 бит/с, штормовых предупреждений – в любое время суток, гелиогеофизических данных – ежечасно. Наземные технические средства ССПД осуществляют прием сообщений, систематизацию и анализ качества принятой информации. Практически все сообщения принимаются со стопроцентной достоверностью. Принятая и обработанная информация ПСД по радиорелейному каналу связи (РРЛ Долгопрудный-Москва) поступает в ФГБУ «Авиаметтелеком» и далее передается в подразделения Росгидромета по интернет-каналам и специализированной системе телесвязи. Возможно обслуживание до 3000 ПСД при скорости передачи 100 бит/с и 4500 ПСД при скорости передачи 1200 бит/с.

По итогам летных испытаний сделан вывод о недостаточно устойчивой работе системы, и необходимости дублирования приема информации с ПСД при помощи геостационарного КА «Луч-5В».

Наряду с международным стандартом системы сбора и передачи данных с платформ со скоростью передачи 100бит/с, в Российской Федерации разработана национальная система сбора и распространения информации, в которой скорость передачи увеличена до 1200 бит/с, и введено помехоустойчивое кодирование.

По сравнению с международным стандартом “GOES Data Collection Platform Radio Set (DCPRS) CERTIFICATION STANDARDS at 300 bps and 1200 bps” в отечественной системе вероятность поражения передаваемой информации импульсной помехой сведена к минимуму, что дает дополнительный выигрыш в помехоустойчивости передачи.

Система обмена массивами цифровой информации между региональными центрами НКПОР Росгидромета

Одной из задач КА «Электро-Л» №2 является обмен данными между региональными центрами ФГБУ «НИЦ «Планета». Для выполнения этой задачи на КА «Электро-Л» №2 установлен радиотехнический комплекс с остронаправленными перенацеливаемыми антеннами. Направление перенацеливания бортовых антенн обеспечивается наземным комплексом управления по соответствующим командам.

Система обмена массивами цифровой информации включает:

  • приемные (СКС 8/7 ПРМ) и передающие (СКС 8/7 ПРД) станции, установленные в Европейском (г. Долгопрудный) и Сибирском (г. Новосибирск) центрах ФГБУ «НИЦ «Планета»;
  • бортовой радиотехнический комплекс ретрансляции информации на КА «Электро-Л» №2;
  • программно-аппаратные комплексы подготовки информации для передачи по радиолинии «Земля-космос»;
  • программно-аппаратные комплексы приема и распаковки информации, переданной по радиолинии «космос-Земля».
  • Обмен массивами цифровой информации (МЦИ) может осуществляться со скоростями передачи 15,36 Мбит/с (МЦИ-1) и 2,56 Мбит/с (МЦИ-2) путем ретрансляции данных по линии «Земля-космос» на частоте 8195 МГц и по линии «космос-Земля» на частоте 7475 МГц.