Экспортный ресурс российских космических технологий мониторинга объектов и событий в космическом пространстве: состояние и перспективы

ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ МАКАРОВ
ДИРЕКТОР ДЕПАРТАМЕНТА СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ГОСКОРПОРАЦИИ “РОСКОСМОС”

 

 

 

Масштабность мировой космической деятельности: возможности кооперации и экспорта российских космических технологий

В  ближайшее десятилетие прогнозируется взрывной рост мировой орбитальной группировки, обусловленный в  основном двумя наиболее сильными тенденциями: ростом интенсивности запусков малых космических аппаратов и  продолжающимся расширением числа участников и бенефициаров космической деятельности.
По данным Комитета ООН по космосу за 60 лет мировой космической деятельности в космическое пространство выведено более 8 тыс. космических аппаратов различного назначения. Из них около 2  тыс. составляют мировую орбитальную группировку 2018 года.
Учитывая, что опыт эксплуатации сотен малых космических аппаратов (далее  – КА) во всем мире подтвердил их высокую эффективность для нужд науки, народного хозяйства и в военных целях, на пятилетнюю перспективу прогнозируется рост числа ежегодно запускаемых малых КА: от 300–350 аппаратов в 2018–2019 годах и до 450–550 к 2022 году. Кроме того, обнародованы планы создания на низкой околоземной орбите больших орбитальных группировок малых КА различного назначения. В  полном составе одной такой группировки может быть от 700 до 4 тыс. малых КА.
Круг задач, решаемых с  помощью малых КА в  потребительской области, достаточно широк и включает мониторинг и  контроль окружающей среды; сбор и  передачу данных; метеорологию; навигацию и связь; прогнозирование опасных явлений и  оперативный контроль чрезвычайных ситуаций; использование в интересах отработки новых технологий, образования, бизнеса и  банковского дела; поиск и  спасение людей, транспортных средств; поиск полезных ископаемых и т.д.
В мировое космическое сообщество вовлечено 96 стран, участвующих в космической деятельности в  разной мере и  в  разных форматах. Таким образом, больше половины стран мира владеют (или владели) КА, размещенными на околоземной орбите или отправленными в дальний космос.
Более полувека мировая космическая деятельность последовательно развивается с  соблюдением фундаментальных норм принятого на Генеральной Ассамблее ООН в 1966 году Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, и становится все более многогранной. Космическая наука и применение космической техники способствуют получению научных знаний о Вселенной и улучшению повседневной жизни людей во всем мире посредством мониторинга окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, применения систем раннего оповещения для уменьшения опасности бедствий, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, составления метеопрогнозов, моделирования климата, обеспечения спутниковой навигации и  связи. Космические технологии играют жизненно важную роль в различных аспектах экономического, социального и культурного развития на Земле.
Достигнутый глобальный масштаб космической деятельности позволяют подчеркнуть следующие оценки. В конце 1950-х годов суммарная численность населения первых космических держав – СССР и США – оценивалась в 406 млн человек. Иными словами, в начале космической эры только 14% населения Земли на страновом уровне были причастны к  космической деятельности, а  точнее, были вовлечены в  мировую космическую гонку.
К  2018  году население упомянутых выше 96 современных “космических” стран составляет 6,7 млрд человек. Иными словами, в космическую деятельность на страновом уровне вовлечено уже более 86% населения Земли. Эти страны как минимум имеют технологии, позволяющие использовать результаты мировой космической деятельности в  интересах улучшения повседневной жизни своего народа, его благосостояния.
Полным спектром космических технологий, включая спутникостроение, ракетостроение, наземную космическую инфраструктуру выведения в  космическое пространство, а также КА практически по всем целевым направлениям космической деятельности, обладают Россия, США, Китай, Европа (Франция), Индия, Израильи Япония, население которых составляет около 3,4 млрд человек – почти половина человечества. Эти страны имеют технологические возможности реализовать собственные национальные интересы во всех сферах современной космической деятельности и, при наличии политической воли, создавать такие же возможности для
народов других стран.
Российской Федерацией на межгосударственном и  межагентском уровне на постоянной основе установлены партнерские отношения с 56 странами. Только в  2000–2017 годах было заключено 51 межправительственное рамочное специализированное соглашение с 27 странами, в числе которых Австралия, Армения, Беларусь, Бельгия, Бразилия, Вьетнам, Германия, Израиль, Индия, Испания, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Куба, Никарагуа, Республика Корея, Саудовская Аравия, США, Украина, Франция, Чили, Швеция, ЮАР.
В  рамках технологической и  производственной деятельности Госкорпорация “Роскосмос”, осуществляющая международное сотрудничество в области космической деятельности от имени Российской Федерации, реализует экспортный потенциал российских космических технологий и  обеспечивает кооперацию по следующим основным тематическим блокам:
– развитие пилотируемой космонавтики: выполнение программы по созданию и эксплуатации Международной космической станции, в соответствии с  которой создаются и  реализуются инновационные решения по технической и  программной интеграции, jсуществляется взаимовыгодный обмен технологиями с партнерами;
– выполнение международных миссий, в  частности российско-европейской миссии “ЭкзоМарс-2020”;
– разработка и  производство автоматических КА, создаваемых в интересах отечественных и иностранных заказчиков;
– разработка ракет-носителей и их составных частей в интересах иностранных заказчиков;
– предоставление услуг по запуску КА, созданных иностранными заказчиками;
– разработка КА для проведения совместных фундаментальных и  прикладных исследований в  условиях микрогравитации в области материаловедения, биологии и медицины;
– запуски попутных полезных нагрузок в интересах иностранных заказчиков;
– функционирование системы мониторинга техногенного загрязнения околоземного космического пространства и  предупреждения об опасных сближениях объектов с Международной космической станцией и автоматическими КА.

Мировая космическая деятельность: приоритеты, целевые направления развития, вызовы и угрозы

Космические технологии имеют огромный потенциал применения в таких областях, как сельское хозяйство, продовольственная безопасность, адаптация к  изменению климата, смягчение его последствий, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций и экстренное реагирование на них, образование, окружающая среда и  природные ресурсы, навигация, развитие населенных пунктов, гуманитарная помощь, метеорология, глобальное здравоохранение, связь, водные ресурсы, транспорт, культурное развитие, ликвидации нищеты.
В  мировом сообществе утвердилось ясное понимание того, что космонавтика, одна из самых сложных технологических областей, является ключевой отраслью устойчивого социально-экономического развития; что космические технологии – это мощная движущая сила развития мировой экономики; что околоземное космическое пространство – это богатейший, уникальный, но по ряду аспектов ограниченный и невосполняемый ресурс, который должен оставаться для нынешнего и будущих поколений в качестве стабильной, безопасной и бесконфликтной среды, используемой в международной кооперации для мирных целей.
Определены основные целевые направления эволюции космической деятельности: формирование и  развитие экономики космоса, развитие космического общества, обеспечение доступности космоса и  совершенствование космической дипломатии.
Экономика космоса, понимаемая, с одной стороны, как извлечение экономических выгод из космической деятельности и, с другой стороны, как практическое целевое использование результатов космической деятельности, находится на подъеме, обеспечивая колоссальные преимущества и выгоды.
Космическое общество – это общество, которое при выполнении своих ключевых функций оптимальным образом использует космические технологии, космические услуги и прикладные результаты, обеспечивая должное исполнение требований VI статьи упомянутого ранее международного договора по космосу, предусматривающей международную ответственность государства за национальную деятельность в  космическом пространстве и за деятельность в качестве запускающего государства, в том числе за космическую деятельность неправительственных юридических лиц.
Доступность космоса предполагает возможность на равной основе использовать космические технологии и космические данные, право получать от этого выгоду, а также обязанность нести ответственность за безопасное ведение космической деятельности. Космическая дипломатия развивается как многостороннее сотрудничество между государствами в использовании космических технологий для решения общих проблем, стоящих перед человечеством, налаживания конструктивных партнерских отношений и кооперации в этих целях, включая вопросы безопасности космической деятельности в  целом и такой относительно новый аспект,
как долгосрочная устойчивость мировой космической деятельности.
На ближайшую перспективу определены наиболее актуальные направления, имеющие отношение к повышению степени безопасности космических операций и  защите космической среды на глобальном уровне. Среди них деятельность, связанная с  такими материальными угрозами, как космический мусор, космическая погода и объекты, сближающиеся с  Землей, а  также с вызовами и угрозами в информационно-коммуникационной сфере в  контексте управления большими данными, получаемыми в процессе мониторинга околоземного космического пространства.
Главной проблемой в  области безопасности космических операций является в  настоящее время и  останется в  обозримом будущем увеличивающаяся техногенная засоренность космического пространства: отработавшими КА, ракетами-носителями, разгонными блоками, а также их фрагментами, которые образовались в результате разрушения. Все это объединяется понятием “космический мусор”, он создает серьезную угрозу безопасности космических полетов, а также людей и собственности на Земле. Выход из строя функционирующих КА в результате столкновения с космическим мусором может повлечь чрезвычайные ситуации: нарушения связи с целыми регионами, сбои в работе систем космической навигации, гибель экипажа на пилотируемых кораблях или орбитальных станциях. Не менее тяжелыми могут быть последствия падения массивных фрагментов космического мусора в густонаселенные районы или на территорию опасных промышленных производств.
В околоземном пространстве наиболее уязвимой по отношению к космическому мусору является геостационарная орбита, по своей сути являющаяся ограниченным космическим ресурсом, где сосредоточены КА связи, ретрансляции, дистанционного зондирования Земли, систем раннего предупреждения о  ракетном нападении.
Другой исключительно востребованной и  чувствительной в  отношении космического мусора областью околоземного пространства являются низкие околоземные орбиты высотой до 2  тыс.  км, где сконцентрированы орбитальные группировки КА различного целевого назначения, реализуются программы пилотируемых космических полетов и в перспективе планируется организация работ по сборке межпланетных космических комплексов. На околоземных орбитах находится не менее 600 тыс. объектов размером свыше 1 см в поперечнике и миллионы объектов меньшего размера.
Ввиду огромного количества потенциально опасных объектов космического мусора, их сложной эволюции, а также большой протяженности околоземного космического пространства, в котором рассеяны эти объекты, регулярный мониторинг ситуации в  околоземном пространстве и создание возможности предоставления открытых данных являются чрезвычайно сложной и  дорогостоящей задачей.
Не менее значимым фактором в плане безопасности космических операций и  функционирования наземной космической инфраструктуры является космическая погода. Явления космической погоды могут приводить к  увеличению радиационной опасности для космонавтов, возникновению зарядов на поверхности КА и на их внутренних частях, ухудшению состояния панелей солнечных батарей и материалов КА, сбоям в функционировании электронных компонентов, ослеплению оптических систем, снижению качества или потере данных слежения за КА, аномальному замедлению движения и  потере высоты. Нарушение магнитного поля Земли, связанное с  факторами космической погоды, может вызвать локальные и  массированные нарушения в  системах энергоснабжения. С космической погодой связаны изменения в  ионосфере, которые приводят к  нарушению высокочастотной связи и  искажению сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). В глобальной банковской и финансовой системе, где используются сигналы синхронизации времени, поступающие от ГНСС, потеря этой услуги в результате солнечных бурь может привести к сбоям в работе с непредсказуемыми вторичными последствиями для экономики. Космическая погода может оказывать негативное воздействие на некоторые элементы наземной инфраструктуры, в том числе на высоковольтные системы передачи электроэнергии и трубопроводы. Кроме того, такое явление, как разбухание атмосферы под влиянием космической погоды, может привести к изменению орбит спутников, что негативно отразится на обеспечении осведомленности об обстановке в космосе.
Мониторинг и  открытое предоставление информации о  космической погоде могут значительно снизить риски, связанные с ее влиянием на космические и наземные объекты.

Космическая деятельность России: экспортный ресурс космических технологий мониторинга  объектов и событий в околоземном космическом пространстве

Экспериментальный оптический пункт комплекса оптико-электронных средств (г. Благовещенск, Россия). Предназначен для автоматизированного обнаружения и сопровождения космических объектов, определения их угловых координат и фотометрических характеристик, оперативной идентификации, приема целеуказаний и выдачи измерительной информации в АСПОС ОКП Госкорпорации “Роскосмос”

Оптико-электронный комплекс обнаружения объектов космического мусора (обсерватория Пико дос Диас Национальной астрофизической лаборатории Бразилии, вблизи г. Итажуба, Бразилия). Предназначен для автономного поиска и обнаружения объектов космического мусора на геостационарных, высокоэллиптических и низких орбитах; измерения угловых координат объектов космического мусора, фотометрических параметров; идентификации обнаруженных бъектов; выдачи координатной и фотометрической информации потребителям системы АСПОС ОКП Госкорпорации “Роскосмос”

В Российской Федерации национальной космической политикой предусматривается осуществление на системном уровне мероприятий по выработке организационно-управленческих и  технических решений, способствующих созданию условий для обеспечения долгосрочной устойчивости космической деятельности. В  стратегических документах содержится директивная установка на соблюдение мер охраны околоземного космического пространства и дальнего космоса, внедрение технологий и конструкций, снижающих образование космического мусора при запусках и эксплуатации изделий ракетно-космической техники. Предусмотрено также создание единой государственной системы информационно-аналитического обеспечения безопасности космической деятельности и системы взаимодействия соответствующих федеральных органов исполнительной власти на случай возникновения кризисных ситуаций, связанных с космической деятельностью, также обеспечивающей взаимодействие на международном уровне.
Опираясь на официальную позицию Российской Федерации в отношении повышающихся требований к  безопасности космических операций и  заинтересованность международного сообщества в получении информации мониторинга околоземного космического пространства, в России начали работы по созданию национального информационного сервиса, основной функцией которого должно стать предоставление в  открытый доступ результатов мониторинга объектов и событий в космосе.
В настоящее время в интересах обеспечения безопасности космической деятельности уже создана российская автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), имеющая, как показала практика ее опытной эксплуатации, значительный экспортный потенциал. Система АСПОС ОКП позволяет решать следующие задачи:
– автоматизированный сбор, обработку и анализ информации об объектах и событиях в околоземном космическом пространстве;
– сопровождение выведения на целевые орбиты КА, запускаемых в рамках федеральных целевых программ;
– прогнозирование неуправляемых сходов с  орбит и  падений космических объектов риска с определением времени и возможного района падения;
– доведение сформированных решений и  рекомендаций руководству Госкорпорации “Роскосмос”, в центр управления полетами и  другим потребителям.
Важнейшим элементом системы АСПОС ОКП является комплекс специализированных оптико-электронных средств. Именно с  помощью таких средств осуществляется наблюдение за космическим мусором, представление измерительной информации в  центр обработки, сбор статистических данных о влиянии факторов окружающей среды на функционирование наземной аппаратуры в составе системы.
На сегодняшний день наиболее плотная зона покрытия геостационарной орбиты средствами АСПОС ОКП сформирована в северных широтах Восточного полушария. Оптико-электронные средства размещены на территории России и зарубежных стран с плотностью, позволяющей перекрывать зоны обзора соседних средств. Однако плотное покрытие геостационарной орбиты в  Восточном полушарии оптико-электронными средствами, расположенными к северу от экватора, в определенной степени нивелируется погодными условиями в местах их размещения. Реальное количество наблюдательных ночей в течение года и их продолжительность в  этих районах не позволяют вести космические объекты с необходимой точностью.
Для глобализации контроля космических объектов и повышения точностных характеристик их орбит в перспективе может рассматриваться возможность установки российских оптико-электронных средств на новых территориях.
Так, в Западном полушарии имеются лишь единичные средства, поставляющие информацию в интересах системы АСПОС ОКП, что негативно сказывается на полноте информации о космической обстановке в регионе. В 2017 году в  качестве пилотного проекта по размещению средств в Западном полушарии Госкорпорацией “Роскосмос” был установлен оптико-электронный комплекс обнаружения и  сопровождения космического мусора системы АСПОС ОКП в Бразилии.
В  настоящее время в  качестве мест возможного размещения перспективных оптико-электронных средств российской системы АСПОС ОКП рассматриваются территории Вьетнама, Мексики, Чили, Новой Зеландии, ЮАР.
С  учетом Соглашения между Правительством Российской Федерации и  Правительством Социалистической Республики Вьетнам о  сотрудничестве в области исследования и использования космического пространства в мирных целях (ратифицировано 21  июля 2014 года) на первом этапе в качестве наиболее приемлемого места для размещения оптико-электронных средств системы АСПОС ОКП была определена территория Вьетнама. Этот выбор
основан на анализе астроклиматических условий в местах возможного размещения оптико-электронных средств.
Учитывались наличие инженерных коммуникаций (электричество, связь), транспортная доступность, географическая близость к  Российской Федерации (по сравнению с территориями в Латинской Америке или южной части Африки с  аналогичными климатическими условиями), позволяющая значительно сократить затраты на транспортировку и  эксплуатацию оптико-электронных средств.
На территории Вьетнама имеется несколько районов, подходящих по климатическим условиям для размещения перспективных оптико-электронных средств системы АСПОС ОКП. Одним из таких районов может быть провинция Кханьхоа (Khanh Ноа) в южной части Центрального Вьетнама. Размещение оптико-электронных средств во Вьетнаме, являющееся очередным взаимовыгодным этапом в  практической реализации российско-вьетнамского сотрудничества в области космоса, позволит существенно повысить возможности системы АСПОС ОКП.
Близкой к  проблематике космического мусора по применяемым космическим и наземным технологиям является тематика объектов, сближающихся с Землей.
На глобальном уровне наблюдения астероидов осуществляются Всемирной сетью астрономических обсерваторий, которая, объединяя средства, расположенные в 76 странах, фиксирует ежегодно около 19 млн наблюдений астероидов.
Число известных объектов, сближающихся с  Землей, в  настоящее время приближается к  16 тыс. Орбита одного из таких астероидов, обнаруженного и  занесенного в  каталог в  2016  году, проходит на расстоянии не более 8 млн км от орбиты Земли. Об актуальности астероидно-кометной опасности свидетельствует тот факт, что в 2016 году Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 30 июня Международным днем астероида, который будет отмечаться ежегодно в годовщину Тунгусского феномена над Сибирью.
В интересах наблюдения и регистрации объектов, сближающихся с Землей, и создания в перспективе системы предупреждения об астероидно-кометной опасности Россия участвует в  международной кооперации, реализующей проект “Научная сеть оптических инструментов для астрометрических и фотометрических наблюдений за околоземным космическим пространством”.
В  составе научной сети 57 телескопов, размещенных в  России, Боливии, Италии, Чили, Мексике, Монголии, США, Швейцарии.

 

 

 

 

 

 

 

Устойчивое развитие космической деятельности: информационно-коммуникационный аспект

Фундаментальное институциональное значение в сфере безопасности космических операций, защиты космической среды может иметь реализация идеи цифрового (оцифрованного) космического пространства, например, в формате информационно-коммуникационной платформы под эгидой Организации Объединенных Наций.
Глобальный информационно-коммуникационной проект с условным названием “Цифровой космос” может стать эффективным механизмом интеграции усилий государств, международных межправительственных организаций, операторов КА, профильных национальных и международных неправительственных организаций, который обеспечит формирование и поддержание доступной во всемирном масштабе непрерывно пополняемой базы данных об объектах, явлениях и событиях в космическом пространстве, снимет назревшие проблемы в области сбора, систематизации, предоставления в  общее пользование информации о мировой космической деятельности, в  том числе получаемой за счет мониторинга объектов и событий в космическом пространстве.
Исходным базисом для реализации проекта “Цифровой космос” может стать исчерпывающий перечень проведенных пусков средств выведения и запущенных (или запускавшихся) с  их помощью космических объектов.
На постоянной основе будет обеспечено пополнение основных видов информации об объектах и событиях в космическом пространстве: о  планируемых и проведенных запусках и запущенных космических объектах, функционирующих и  нефункционирующих космических объектах, находящихся на орбите, прогнозируемых и  произошедших событиях схода космических объектов с орбиты, событиях разрушения космических объектов на орбите, планируемых и проведенных операциях на орбите, изменении статуса космических объектов (прекращении или возобновлении функционирования), новых космических объектах, обнаруженных средствами мониторинга околоземного космического пространства.
В  результате реализации проекта “Цифровой космос” в  рамках мировой космической деятельности будут созданы новые возможности:
– многократного повышения полноты, точности и  достоверности информации мониторинга за счет использования различных источников ее поступления;
– осуществления централизованно-го информирования мирового сообщества об объектах (находящихся на орбите и планируемых к запуску) и  событиях (планируемых, прогнозируемых и произошедших) в околоземном космическом пространстве;
– предоставления информации о  потенциальных рисках для функционирующих космических объектов, которые могут исходить от других объектов, находящихся в  околоземном космическом пространстве;
– обеспечения централизованного накопления информации об объектах и  событиях, которой располагают различные поставщики, в  целях повышения полноты, достоверности, точности и своевременности обновления данных, необходимых для проведения анализа ситуации в космическом пространстве и  принятия необходимых решений;
– обеспечения единства интерпретации каждого вида информации о  космических объектах и  единого механизма учета космических объектов и соотнесения с этими объектами информации мониторинга;
– способствования предупреждению возникновения потенциально опасных ситуаций в  космическом пространстве.

 

ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ ПОДГОТОВЛЕН
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БОЛЬШОГО ОБЪЕМА
ДОКУМЕНТОВ, ПРЕДОСТАВЛЯВШИХСЯ
В 2013–2017 ГОДАХ РОССИЙСКОЙ СТОРОНОЙ
В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПОДКОМИТЕТ
КОМИТЕТА ООН ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
В МИРНЫХ ЦЕЛЯХ И В МЕЖАГЕНТСКИЙ
КООРДИНАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ
ПО КОСМИЧЕСКОМУ МУСОРУ.
В РАЗРАБОТКЕ ЭТИХ ДОКУМЕНТОВ
АВТОР ПРИНИМАЛ
НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ УЧАСТИЕ.