dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

У DARPA есть проект MOIRE, цель которого – получение новых оптических систем, пригодных для использования на спутниках (выведенных на геосинхронную орбиту, в частности). Новизна оптики заключается в том, что, благодаря принципиально иным техническим решениям (мембранным модулям), на орбите окажутся телескопы, чья разрешающая способность превысит показатели лучших современных систем в несколько раз. Так как огромные зеркала (или линзы) выводить на орбиту чрезвычайно трудно, предлагается построить трансформируемую систему, которая в сложенной конфигурации занимает минимум пространства, а разворачивается – в гигантский оптический прибор, с “зеркалом” диаметром 20 метров. (Есть видео, иллюстрирующее процесс разворачивания телескопа.)

(На картинке – сравнительные размеры зеркал различных телескопов и зеркала проекта MOIRE, в представлении художника; DARPA.)

Подобные конструкции-трансформеры, иногда весьма сложной структуры, давно используются на разведывательных спутниках. Только раньше таким способом сворачивались-разворачивались огромные антенны. Интересно, что именно эта инженерная задача – проектирование сложных механических “сворачивающихся структур” – в своё время стала одной из ключевых причин развития такой математической дисциплины, как компьютерная геометрия.

Мощные телескопы на геосинхронной орбите нужны для того, чтобы вести мониторинг большей части поверхности Земли (лучше – всей поверхности), в режиме реального времени, с большим разрешением. Такая система мониторинга позволяет оперативно глянуть из космоса в любой уголок нашей замечательной планеты – не нужно ждать прохождения спутника, заказывать “обзор” заблаговременно. Естественно, задачи, прежде всего, – разведывательные: все мощные орбитальные телескопы, которые сейчас используются астрономами, выросли из решения задач орбитальной разведки.

Подобная система мониторинга земной поверхности будет иметь дело с огромными объёмами данных. Примем, что площадь поверхности Земли – 510 млн квадратных километров, а полезное разрешение – 10 метров (пусть вертикальное совпадает с горизонтальным, тогда в одном квадратном километре – 10 тыс. пикселей). Это означает, что один “снимок” поверхности Земли будет содержать 510*10^6*10^4 = 5,1*10^12, то есть, около 5 триллионов пикселей. Если мы записываем значение яркости пикселя с разрешением в 8 битов, то наш снимок займёт лишь около 5 терабайт в хранилище. Не так много, особенно если учитывать, что десятиметровое разрешение позволяет увидеть множество типов самолётов, прочей военной техники, идентифицировать типы кораблей, различать колонны грузовиков (или танков), в общем, немало. Но, естественно, для настоящей разведки требуется разрешение менее метра, что значительно увеличивает объёмы данных, не делая, впрочем, их фантастическими, потому что нужно же учитывать плюсы эффективного кодирования и прочей “дедупликации”.

Кстати, если спутниковая группировка пишет “видео всей Земли” с частотой 12 кадров в секунду, то суточный лог займёт (без сжатия) 86400*12*5Тб = (примерно) 5 эксабайт (или пять миллионов терабайт). Это уже много. Как минимум, такой объём сложно хранить на самих спутниках.

Основная проблема с большим объёмом данных, образующихся на орбите, в том, как их скачать на землю. Но несколько параллельных лазерных “даталинков”, идущих в наземные оптические телескопы, могут предложить весьма быстрый канал, который точно позволит вести в реальном времени мониторинг земной поверхности с низким разрешением, мгновенно переключая орбитальную оптику в “субметровый режим”, если потребовалось понаблюдать за каким-то отдельным регионом в деталях. Лазерные системы связи активно испытываются много лет, например, есть относительно свежий эксперимент NASA на МКС – Optical PAyload for Lasercomm Science (OPALS). Если данные передаются на землю со скоростью один гигабит в секунду, или в 100 мегабайт/сек, то изображение региона 100х100 км, с разрешением в 2 байтовых пикселя на метр, объёмом в 40 несжатых гигабайт, скачается примерно за семь минут. Очевидно, что оптимизация процесса позволит получать высококачественные снимки территорий всего через несколько минут после того, как эти снимки запросили. Задачи общего обзора и детального наблюдения могут быть разделены между спутниками. Всё это сильно приближает к реальности распространённый кинематографический сюжет, когда находящиеся на земле бойцы сил специальных операций за какие-то минуты получают на свои носимые компьютеры свежие космические снимки соседнего населённого пункта, позволяющие видеть фигуры людей на улицах.

Адрес записки: https://dxdt.ru/2015/01/08/7225/