Спутниковые изображения Земли представляют собой не только способ нахождения нужных объектов на карте, но и мощный инструмент для изучения изменений в окружающей среде, а также для наблюдения за жизнью городов и государств. В наше время существует несколько компаний по всему миру, занимающихся фотографированием нашей планеты из космоса. Хотя эти компании используют схожие спутники, технологически они не сильно отличаются друг от друга. Давайте погрузимся глубже в процесс получения фотографий Земли из космоса и узнаем, как создаются спутниковые карты.
Самый первый спутниковый снимок Земли
Интересно отметить, что первый спутниковый снимок Земли был сделан в 1946 году американскими учеными. Они прикрепили камеру к немецкой ракете Фау-2 и запустили ее в космос. Эта камера сняла зернистое видео, на котором впервые была видна Земля из космоса. Первым спутником, специально созданным для съемки Земли, стал Explorer VI, запущенный в 1959 году, всего через два года после запуска первого в мире искусственного спутника, созданного в СССР.
Знаменитая фотография "Голубой мрамор" (Blue Marble) была сделана в 1972 году астронавтами на борту корабля "Аполлон-17", которые отправились на Луну. Этот снимок стал одной из самых известных фотографий XX века и первым довольно четким изображением Земли, сделанным человеком. Также в 1972 году был запущен спутник Landsat, который заложил основу для программы с получением подробных изображений Земли, существующей и по сей день.
На сегодняшний день на околоземной орбите находится более 1000 активных и около 2600 неактивных спутников. Большинство из них используются для целей связи, что делает эту область крайне насыщенной техническими средствами. Вторым по распространенности вариантом использования спутников является фотосъемка, и около 400 спутников занимаются этим видом деятельности. Интересно отметить, что управление этими спутниками осуществляется как частными, так и государственными компаниями, что подчеркивает широкий спектр интересов и возможностей, связанных с использованием космических технологий для изучения нашей планеты.
Спутниковые изображения играют ключевую роль не только в науке и исследованиях, но и в повседневной жизни, помогая нам лучше понимать динамику изменений на Земле и принимать обоснованные решения в области устойчивого развития и охраны окружающей среды. Возможности, которые предоставляют спутниковые снимки, непрерывно расширяются, открывая новые перспективы для нашего понимания и взаимодействия с нашей планетой из космоса.
Как работают спутники
Спутники - это небесные тела, которые могут иметь различные формы и размеры в зависимости от их предназначения. Обычно у большинства спутников можно выделить два общих элемента, необходимых для их работы - антенну и источник питания. Антенна играет важную роль в передаче и приеме информации между спутником и Землей. Она позволяет установить связь и обмениваться данными. Что касается источника питания, здесь могут использоваться различные технологии, такие как солнечные панели, которые преобразуют солнечный свет в электричество, или аккумуляторы, хранящие энергию для работы спутника в тени или в ночное время.
Многие современные спутники также оснащены различными инструментами и датчиками, необходимыми для научных исследований. С помощью камер и сенсоров спутники могут проводить наблюдения и измерения, например, для изучения климатических изменений, контроля за природными ресурсами или прогнозирования погоды. Датчики могут быть направлены на поверхность Земли, чтобы собирать данные о почве, воде и атмосфере, что помогает ученым понять процессы, происходящие на нашей планете.
Один из ключевых аспектов работы спутников - это их орбита, то есть путь, по которому они движутся вокруг Земли. Спутник остается в космосе благодаря балансу между его скоростью и притяжением Земли. Если бы не эта балансирующая сила, спутник либо улетел бы в открытый космос, либо упал бы на Землю. Спутники могут находиться на разных высотах, иметь различные скорости и следовать по разным траекториям. Существует несколько типов орбит, но двумя из самых распространенных являются геостационарная и полярная.
Геостационарные спутники находятся над экватором и движутся синхронно с вращением Земли. Они всегда остаются над одной и той же точкой на поверхности планеты, что делает их идеальными для телекоммуникационных целей, так как они обеспечивают постоянное покрытие определенной области. С другой стороны, спутники на полярной орбите движутся с севера на юг или наоборот, охватывая весь мир за несколько оборотов. Эти спутники часто используются для наблюдений Земли, так как они могут охватывать большие территории и собирать разнообразные данные.
Важно отметить, что все спутники в космосе строго контролируются компаниями и космическими агентствами. Системы наблюдения и управления следят за положением и состоянием спутников, чтобы предотвратить столкновения и обеспечить их безопасную работу. Это необходимо для обеспечения функционирования спутников и сохранения космической среды.
Сколько стоит спутник
На сегодняшний день в мире более 20 компаний занимаются спутниковой съемкой Земли, и это число продолжает расти. Помимо государственных организаций, в этой сфере наиболее известными являются такие компании, как Maxar, Iceye, Planet, MapBox и Satellogic. Однако, одной из самых впечатляющих по своему масштабу и достижениям является компания Planet, основанная в 2010 году. Уже в 2013 году они запустили свои первые спутники, и на сегодняшний день у них на орбите находится около 200 спутников - это больше, чем у любой другой частной компании в этой отрасли.
Planet в основном использует собственные спутники Dove, которые стали своеобразным символом их технологического превосходства. Каждый из этих спутников весит всего 5,8 кг и имеет размеры 100 мм x 100 мм x 340 мм. Несмотря на их компактные размеры, спутники Dove способны фотографировать Землю каждый день и предоставлять изображения с высоким разрешением 3,7 метра. Это позволяет компании Planet быстро и эффективно мониторить изменения на поверхности планеты.
Одним из важных аспектов является стоимость производства и запуска спутников. Каждый спутник Dove оценивается примерно в $1 млн, что включает в себя как затраты на изготовление, так и на запуск и поддержку. В отрасли это считается относительно невысокой стоимостью, учитывая технологические инновации и потенциал, который предоставляют эти спутники. Однако, компании, включая Planet, предпочитают держать подробности о стоимости своего оборудования в тайне.
Что касается запуска спутников на орбиту, то ранее многие зарубежные компании сотрудничали с Роскосмосом и использовали ракеты типа "Союз" для этой цели. Однако в последнее время все чаще для этих целей предпочитают ракеты компании SpaceX, которые обеспечивают более гибкие и эффективные возможности для вывода спутников на нужные им орбиты.
Фото из космоса, как это делают спутники
Когда дело касается спутников и их способности фотографировать Землю, есть несколько интересных фактов, которые стоит узнать. Давайте поговорим о том, как работают спутники Planet и какие технологии они используют для съемки нашей планеты.
Итак, представьте себе, что Земля - это огромный шар, и чтобы спутник смог сделать фотографию всей поверхности, ему нужно совершить несколько оборотов. Спутники Planet, например, обращаются вокруг Земли каждые 90 минут, что позволяет им получать данные почти в реальном времени. Но вот загвоздка: снимки всей планеты занимают огромное количество памяти - петабайты, чтобы быть точными. И чем выше разрешение снимка, тем больше места он занимает на жестком диске. Поэтому спутники не могут просто сфотографировать всю Землю сразу, они начинают съемку с определенной задачи и координат.
Есть несколько факторов, которые могут помешать спутниковой съемке. Это могут быть плотные облака, покрытая снегом местность, сложный рельеф, ночное время суток или особенности атмосферы. Так что иногда спутники вынуждены ждать, пока условия для съемки не станут более благоприятными.
Ну и конечно, нельзя не упомянуть разрешение снимков. Первый спутник Landsat, запущенный еще в 1972 году, имел разрешение 80 метров. Это значит, что на его фотографиях можно было различить объекты, размером не менее 80 метров. Но с тех пор технологии пошли далеко вперед, и сейчас спутники WordView могут различать объекты размером менее одного метра. Но самое интересное, что разрешение самых продвинутых военных и государственных спутников остается тайной.
Когда спутник делает съемку, его камера делает два снимка: черно-белый и цветной. Черно-белые фотографии являются основой для спутниковых карт, потому что они имеют более высокое разрешение. Цветной же снимок имеет меньшее разрешение и занимает меньше места. Поэтому его можно растянуть и наложить на черно-белую фотографию. Вместе эти два снимка будут занимать меньше места, чем одна цветная фотография с высоким разрешением.
И вот забавный факт: если на спутниковый снимок попадает самолет, то на изображении можно увидеть сам самолет и цветной "след" рядом с ним. Это происходит из-за того, что камера делает два снимка с небольшой разницей во времени, и самолет успевает пройти некоторое расстояние за это время.
Как создается метеорологический спутниковый снимок
Спутниковые фотографии Земли имеют широкое применение, включая прогноз погоды. Однако, работа метеорологических спутников отличается от обычных. Эти спутники оснащены мультиспектральными датчиками изображения, которые снимают фотографии Земли в длинных полосах, охватывая одну сторону планеты за 10 минут. Например, вся территория Австралии может поместиться на трех полосах изображения. Кроме того, снимки не просто разделены на полосы, но также состоят из различных цветовых каналов. Итоговое изображение, которое мы видим, формируется путем комбинирования красных, зеленых и синих пикселей.
При первом взгляде на эти снимки, они кажутся головоломкой, непонятной для обычного наблюдателя. Каждый пиксель на изображениях соответствует примерно 1 км на поверхности Земли, что означает, что мы имеем дело с фотографиями размером в тысячи километров, где даже несколько пикселей могут отображать бурю или другие важные погодные явления. Собрать полное изображение - это сложная задача, требующая выравнивания полос, объединения цветовых каналов и сравнения с предыдущими снимками для выявления изменений.
Ученые Японского метеорологического агентства используют суперкомпьютеры для обработки этих данных. Суперкомпьютеры могут выполнить все операции за считанные минуты, включая сборку изображения и оптимизацию баланса цветов. Несмотря на сложность задачи, связанной с доведением баланса белого до идеала, суперкомпьютеры обеспечивают визуальное качество снимков. Однако, на многих изображениях заметны холодные оттенки из-за особенностей обработки данных.
Днем спутники фиксируют видимый свет, что позволяет получить детальные изображения поверхности Земли. Однако, в темное время суток спутники переключаются на регистрацию инфракрасного света, что позволяет видеть ночью море, землю и облака. Этот подход позволяет метеорологам наблюдать и анализировать погодные явления круглосуточно, что важно для точного прогноза погоды и мониторинга климатических изменений.
Как ещё можно снять Землю из космоса
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, где авиакомпании устанавливают на свои самолеты специальные камеры и снимают местность, когда пролетают над ней. Этот процесс происходит постоянно во многих странах, где специализированные компании предоставляют услуги аэросъемки. Google активно использует аэросъемку для получения изображений высокого качества, которые затем используются для создания детализированных карт в приложениях, таких как Google Maps.
Интересно, что в тех регионах мира, где аэросъемка не распространена или недоступна, Google прибегает к спутниковым изображениям. Хотя фотографии, полученные со спутников, не всегда такого высокого качества, как при аэросъемке, они обладают преимуществом охвата всей планеты. Это позволяет Google предоставлять пользователям картографические данные практически по всему миру, включая удаленные и труднодоступные места.
Как создаются спутниковые карты
Google использует спутниковые снимки для обновления своих карт, получая данные от различных источников, включая государственные агентства, геологические организации и компании, специализирующиеся на съемке со спутников. Эти снимки захватываются в разное время суток, при различных условиях освещения и погоды, что создает разнообразие информации о поверхности Земли. Google использует фотограмметрию для объединения этих изображений и создания трехмерных моделей объектов, сфотографированных с разных углов.
Машинное обучение играет ключевую роль в обработке и улучшении качества снимков. Аэроснимки, поступающие в Google, хранятся на жестких дисках и позднее загружаются в облако Google. Поставщики спутниковых изображений могут напрямую загружать их в Google Cloud. Фотографии поступают в необработанном виде, подобно данным с метеорологических спутников, и требуют дальнейшей обработки. Они могут быть разделены на каналы цветов (красный, синий, зеленый) и черно-белые изображения для более детального анализа.
Google тщательно совмещает все снимки, чтобы они точно соответствовали карте и выглядели естественно. Обновления спутниковых снимков чаще всего происходят в городах и плотно населенных районах. Подобные процессы обновления карт проводят и другие компании, такие как Яндекс.Карты и Apple Maps, но в меньшем масштабе.
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
Спутниковая фотография играет важную роль для различных областей, включая картографию, метеорологию, оборону, научные исследования, а также просто для любознательных людей, желающих изучать нашу планету из космоса. В будущем развитие технологий позволит спутникам делать еще более детальные снимки Земли, особенно в тех местах, куда не могут добраться даже квадрокоптеры, которые сегодня активно используются для аэросъемки. Это открывает новые перспективы для изучения и наблюдения за нашей планетой из космоса, обогащая наши знания о мире, в котором мы живем.
