Спутниковые радарные изображения сверхвысокого разрешения стали доступны всем желающим

Стартап Capella Space из Калифорнии предлагает всем желающим заказать съемку любого участка земной поверхности. Некоторые области планеты, конечно, доступны в меньшем разрешении из-за особенностей орбиты, но этот недостаток исправят. Совсем скоро в космос выведут еще шесть спутников, а ближайший запуск произойдет уже в этом месяце.

Съемка земной поверхности в режиме практически реального времени и высоком разрешении важна для многих структур — как коммерческих, так и государственных. Среди прочего в компании надеются, что их орбитальная группировка поможет спасать жизни во время стихийных бедствий, а также производить оперативный мониторинг инфраструктурных объектов. Иными словами, сфера применений довольно широка.

Изображения, которые получают клиенты компании, монохромные. Их создают методом радиолокационного синтезирования апертуры (synthetic-aperture radar, SAR) сантиметрового диапазона (X-band). Следовательно, снимки можно получать вне зависимости от времени суток и погодных условий. А что самое главное, теоретически реально увидеть даже то, что происходит за некоторыми преградами для видимого света. Например, под тканевыми тентами, шатрами или тонкими пластиковыми либо деревянными покрытиями.

Ранее на рынке спутниковой съемки безраздельно правили провайдеры оптических снимков в различных диапазонах. Однако у них есть несколько существенных и очевидных недостатков — зависимость от погодных условий и освещенности поверхности планеты. Радиолокационное дистанционное зондирование Земли обычно требует квалифицированных специалистов для расшифровки снимков. Это обусловлено разрешением и особенностями работы радаров. Поэтому до недавнего времени SAR-зондирование Земли не было широко доступно коммерческим клиентам и заказывалось, в основном, государственными подрядчиками и научными учреждениями.

В частности, получить детализацию на уровне менее 50 сантиметров на пиксель — для современных спутниковых радаров не проблема. Однако это будет разрешение только по одной из осей, значит, пиксель получается не квадратный. По второй оси нередко разрешение составляет и целый метр (например, 100х25 сантиметров — один из лучших результатов на рынке сейчас). К этому добавляются различные особенности отражения радиоволн от разных объектов. В итоге картинка для неподготовленного человека может выглядеть совершенно непонятной.

Ноу-хау Capella Space как раз состоит в финальной обработке снимков. Для клиентов они формируются так, будто это оптические изображения. Перепады яркости из-за особенностей материалов наблюдаемых конструкций и прочие нюансы нормализуются. Получается кадр, максимально похожий на «обычный» спутниковый снимок, но на котором видно больше деталей, чем обычно. Разумеется, при желании (вероятно, за отдельную плату) клиенту могут предоставить и «сырые» данные.

Сейчас в орбитальной группировке Capella всего один работающий спутник под номером два и кодовым наименованием Sequoia. Он был запущен 31 августа 2020 года на солнечно-синхронную орбиту высотой 550х536 километров при помощи ракеты Rocketlab Electron. До этого, в 2018 году, калифорнийская компания также запускала прототип Denali. Самое удивительное — размер этих аппаратов.

Спутники Capella Space разительно отличаются от всех ранее используемых SAR-аппаратов работающих с изображениями в высоком разрешении. Они относятся к классу кубсатов и весят около 100 килограммов. В транспортном положении их габариты не превышают размеров стиральной машины, а на орбите они раскладывают антенны на несколько метров вокруг. По описанию на официальном сайте компании, ее спутники — настоящее произведение инженерного искусства. В Sequoia (Capella-2) более 100 отдельных электронных плат, 400 метров проводов, а исходный код программного обеспечения превышает 250 тысяч строк на C, 10 тысяч на Python и еще полмиллиона строк инструкций для программируемых контроллеров (FPGA).

При этом поражает реальное разрешение снимков до обработки — 5-10 сантиметров на пиксель. Чтобы получить итоговую картинку без шумов и искажений, таких кадров нужно несколько, принцип построения изображения называется InSAR. Столь впечатляющих результатов удалось добиться благодаря возможности спутника держать в поле зрения наблюдаемую область около минуты. Этот режим работы даже имеет фирменное название Spotlight Mode — для его осуществления Sequoia отклоняется целиком.

Интересно, что разрешение 50х50 сантиметров на пиксель — это качество картинки для коммерческих клиентов, ограниченное американским законодательством. Для государственных структур Capella может предоставлять и вдвое более четкие снимки (25х25 сантиметров на пиксель). Глава стартапа Паям Баназадеш (Payam Banazadeh) надеется, что регуляторные органы в ближайшем будущем снимут ограничения.

Нельзя сказать, что у Capella Space нет конкурентов даже при столь впечатляющих характеристиках продукта. Еще весной компания Iceye заявила, что ее 100-килограммовые спутники показали возможность делать SAR-изображения с разрешением 10х10 сантиметров на пиксель. Правда, пока в коммерческую эксплуатацию эти аппараты не вышли.