Спутниковые изображения Земли позволяют не только находить нужный объект на карте, но и изучать изменение окружающей среды, а также следить за жизнью городов и государств.
Во всем мире есть несколько компаний, которые фотографируют нашу планету из космоса. Но они используют похожие спутники, поэтому с точки зрения технологий кардинальных отличий между ними нет.
В этой статье мы разберемся, как получаются фото Земли из космоса, и заодно узнаем, как создаются спутниковые карты.
Кратко
- Когда был сделан первый спутниковый снимок Земли
Как работают спутники
Сколько стоит спутник
Как спутники фотографируют Землю из космоса
Как создается метеорологический спутниковый снимок
Как ещё можно снять Землю из космоса
Как создаются спутниковые карты
Как изменится индустрия спутниковой фотографии
Когда был сделан первый спутниковый снимок Земли
Снимок Земли, сделанный с ракеты Фау-2 в 1946 г.
В 1946 году американские ученые прицепили камеру к немецкой ракете Фау-2 и запустили ее в космос. Камера сняла зернистое видео, на котором Земля впервые была видна из космоса.
Первым спутником, созданным специально для съемки Земли, был Explorer VI. Его запустили в 1959 году, через два года после старта первого в мире искусственного спутника, созданного в СССР.
В 1972 году астронавты, отправившиеся на Луну на борту корабля «Аполлон-17», сделали одну из самых знаменитых фотографий XX века — «Голубой мрамор» (Blue Marble). Это был первый достаточно четкий снимок Земли, сделанный человеком.
«Голубой мрамор» (Blue Marble)
В том же году был запущен спутник Landsat, положивший начало одноименной программе по получению подробных изображений Земли, которая действует до сих пор.
В настоящее время на околоземной орбите находится более 1000 активных и около 2600 неактивных спутников. Большинство из них используются для связи. Второй по распространенности вариант использования — фотосъемка — почти 400 спутников. Они управляются как частными, так и государственными компаниями.
Как работают спутники
Российский метеоспутник «Электро-Л».
Спутники бывают разных форм и размеров. Но у большинства из них есть как минимум два общих элемента — антенна и источник питания. Антенна отправляет и получает информацию с Земли. В качестве источника питания может выступать солнечная панель или аккумулятор.
Многие спутники оснащены камерами и датчиками для научных исследований. Сенсоры могут быть направлены на Землю, чтобы получать информацию о почве, воде и воздухе.
Спутник вращается вокруг Земли, когда его скорость уравновешивается притяжением планеты. Без этого баланса спутник улетел бы по прямой линии в космос или упал бы обратно на Землю.
Вокруг Земли спутники вращаются на разной высоте, с разной скоростью и по разным траекториям. Двумя наиболее распространенными типами орбит являются геостационарная и полярная.
Геостационарный спутник движется с запада на восток над экватором. Он движется в том же направлении и с той же скоростью, что и планета, и находится всегда на одном месте. Спутники на полярной орбите путешествуют от севера к югу, то есть от полюса к полюсу.
Все спутники в космосе летают организованно, потому что компании и космические агентства постоянно следят за ними.
Сколько стоит спутник
Maxar WorldView 4.
Во всем мире спутниковой съемкой Земли занимаются более 20 компаний, не считая государственных. Самыми известными являются: Maxar, Iceye, Planet, MapBox и Satellogic.
Planet была основана в 2010 году, а в 2013 году запустила первые спутники. Сейчас у нее около 200 спутников на орбите. Это больше, чем у любой другой частной компании.
В основном Planet использует собственные спутники Dove, каждый из которых весит 5,8 кг и имеет размеры 100 мм × 100 мм × 340 мм. Dove фотографирует Землю каждый день и выдает изображения с разрешением 3,7 метра.
Planet Dove
Каждый спутник Dove стоит около $1 млн, включая запуск и поддержку. По меркам отрасли это считается немного. Но Planet, как и другие компании, неохотно рассказывают про стоимость оборудования.
Для вывода спутников на орбиту используются обычные ракеты. Раньше многие зарубежные компании сотрудничали с Роскосмосом и запускали оборудование на ракетах Союз. В последнее время вместо них все чаще используются ракетоносители SpaceX.
Как спутники фотографируют Землю из космоса
Tesla Gigafactory в Неваде, снятая на спутник Planet Dove.
Поскольку Земля представляет из себя гигантский шар, спутник не может одновременно сфотографировать всю поверхность. Спутники Planet совершают оборот вокруг планеты каждые 90 минут, поэтому компания получает данные практически в реальном времени.
Снимки всей планеты занимают петабайты памяти, и чем выше разрешение того или иного снимка, тем больше места он занимает на жестком диске. Поэтому спутниковые камеры не фотографируют всю земную поверхность, а начинают снимать только по заданной задаче и в определенных координатах.
Неблагоприятными факторами для спутниковой съемки Земли могут быть сильная облачность, заснеженная земля, своеобразный рельеф местности, темное время суток или особенности атмосферы.
Снимок Земли на спутник Landsat-1.
Трасса Формулы-1 в Майами, снятая на современный спутник Planet SkySat.
Первый спутник Landsat, запущенный в 1972 году, имел разрешение 80 метров. Это означало, что на сделанных им фотографиях, можно было отличить друг от друга объекты диаметром не менее 80 метров.
Некоторые спутники WordView способны различать объекты размером менее одного метра. Разрешение самых продвинутых военных и государственных спутников, неизвестно.
Cнято на спутник Maxar WordView 4.
Нефтяной терминал в Ираке. Снимок на спутник Planet SkySat с разрешением 50 см.
Камера на спутнике делает два снимка за раз: черно-белый и цветной. Черно-белые фотографии являются «основой» для спутниковых карт. Цветной снимок имеет меньшее разрешение и меньший размер. Он растягивается и накладывается на черно-белую фотографию.
В совокупности эти два снимка будут меньше по размеру, чем одна цветная фотография с разрешением, как у черно-белого снимка.
Эту особенность легко заметить, если на спутниковый снимок попал самолет. В таком случае на изображении будет виден сам самолет и цветной «след» рядом с ним. Камера спутника делает снимки с разницей в несколько микросекунд, но за это время самолет успевает пролететь какое-то расстояние, поэтому на спутниковой карте появляется его копия.
Для каждой конкретной съемки требуются определенные спутники. Например, фотографировать океан или тайгу в высоком разрешении нецелесообразно. Для этого подойдут спутники с разрешением камеры 23 или 188 метров, а с этой задачей отлично справятся индийские IRS.
Если же требуется снять какой-то объект в высоком разрешении, то в дело вступают современные спутники. К примеру, Tesla заказывает у Planet съемку со спутников Dove, чтобы инвесторы могли ежедневно наблюдать из космоса за заводом автопроизводителя в Неваде.
Как создается метеорологический спутниковый снимок
Спутниковые фото Земли часто используются для прогноза погоды. Но принцип работы метеорологического спутника отличается от обычного.
На таких спутниках используются мультиспектральные датчики изображения, которые создают фотографию из длинных фрагментов и захватывают одну сторону Земли за 10 минут. К примеру, вся Австралия умещается на трех полосках.
Изображение не просто нарезано на полосы — оно также разделено на составляющие его цвета. Окончательное изображение, которое мы видим, состоит из комбинации красных, зеленых и синих пикселей.
Ниже изображена та же область (Австралия), но в изначальном виде. На первый взгляд, снимки представляют из себя головоломку, которую невозможно разгадать.
Каждый пиксель на этих изображениях соответствует примерно 1 км на Земле. Мы имеем дело с фото размером в тысячи километров, где несколько пикселей могут показывать бурю или другие природные и важные погодные явления.
Собрать снимок — непростая задача. Надо выровнять все полосы, сложить цветовые каналы и сопоставить полученный снимок с последним, чтобы сравнить изменения.
Поэтому ученые Японского метеорологического агентства используют суперкомпьютеры, которые осуществляют эти операции за считаные минуты. Помимо отрисовки кадра, суперкомпьютер оптимизирует баланс белого, хотя довести до идеала его очень тяжело, поэтому на многих снимках сильно заметны холодные оттенки.
Но это все возможно, когда фотография сделана днем. В темное время каждый спутник улавливает инфракрасный свет, поэтому ночью на изображении можно увидеть море, землю и даже облака.
Как ещё можно снять Землю из космоса
Москва на Google Maps.
Когда мы выбираем в Google Maps спутниковый вид карты, приложение на самом деле показывает просто фотографии Земли, которые далеко не всегда снимаются из космоса.
Существует целая индустрия коммерческой аэросъемки. Авиакомпании устанавливают на самолеты камеры и снимают местность, когда пролетают над ней. Во многих странах это происходит постоянно.
Аэросъемку активно использует Google, потому что подобные изображения получаются очень высокого качества и достаточно четкими для создания детализированных карт.
В тех частях мира, где не распространена аэросъемка, Google полагается на спутниковые изображения. Фотографии со спутников получаются не такими качественными, но зато охватывают весь мир.
Как создаются спутниковые карты
Google получает снимки для карт от различных поставщиков, включая государственные агентства, геологические организации и компании, которые занимаются спутниковой фотографией. Эти изображения делаются в разные дни, при разном освещении и погоде.
Все снимки Google объединяет между собой с помощью фотограмметрии. Говоря простым языком, это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных ракурсов. В этом Google очень сильно помогает машинное обучение, которое может самостоятельно распределять снимки и улучшать разрешение.
Комната Google, где хранятся коробки с жесткими дисками с аэроснимками.
Аэроснимки доставляются в Google на жестких дисках, впоследствии они добавляются в Google Cloud. Поставщики спутниковых изображений сразу загружают их в Google Cloud.
Фотографии приходят в необработанном формате, как с метеорологического спутника. То есть они еще не «размещены на земле» и разделены на красные, синие и зеленые снимки, а также черно-белые изображения, которые включают более мелкие детали. Затем Google объединяет все снимки между собой, чтобы они были правильно наложены на карту и выглядели красиво.
Спутниковый вид в Google Maps.
Чаще всего Google обновляет спутниковые снимки в густонаселенных районах и крупных городах.
Мы стремимся обновлять спутниковые снимки тех мест, которые меняются больше всего. Например, поскольку крупные города постоянно развиваются, мы стараемся обновлять наши спутниковые снимки каждый год. Для средних городов мы стараемся обновлять снимки каждые два года, а для небольших городов этот показатель увеличивается до одного раза в три года. В целом наша цель — регулярно обновлять снимки густонаселенных мест и идти в ногу с меняющимся миром, поэтому мы будем обновлять снимки чаще, если, по нашему мнению, там идет активное строительство зданий или дорог.
Мэтт Манолидес, стратег Google по геоданным
Аналогичным образом, но с меньшим масштабом работают Яндекс.Карты и Apple Maps.
Как изменится индустрия спутниковой фотографии
Спутниковая съемка является важнейшим элементом для картографов, метеорологов, военных, ученых и просто для людей, которым нравится изучать Землю по фотографиям из космоса.
В будущем спутники смогут ещё детальнее фотографировать Землю, особенно в тех местах, куда не могут подлететь квадрокоптеры, которые, в свою очередь, уже вовсю используются для съемки нашей планеты с воздуха.
(38 голосов, общий рейтинг: 4.87 из 5)
🙈 Комментарии 21