Експерт з супутникової геодезії: Запустити власний супутник недостатньо, потрібно ще отримати від нього економічний ефект
На початку лютого 2021 року в інформаційному просторі почалося обговорення несподіваної ідеї президента Володимира Зеленського до кінця року запустити в космос супутник "Січ 2-30 (2-1)".
Через місяць парламентський Комітет економічного розвитку разом з Держкосмосом повідомили, про завершення чергового етапу перемовин зі SpaceX щодо запуску українського супутника. Ціна питання президентської ідеї - 1 млн дол.
Тема запуску супутника болюча для українців, оскільки багато хто знає про принизливі підсумки амбіційного космічного проєкту по створенню і запуску першого українського телекомунікаційного супутника "Либідь".
На це український уряд витратив 24 роки і близько 350 млн дол. Не дивлячись на великий по нашим мірками бюджет проєкту, через корупційні оборудки Україна втратила і гроші, і супутник.
Чи здатна сучасна Україна реалізувати ще один проект з запуску власного супутника, зважаючи на минулий досвід та чи потрібні взагалі країні власні супутники?
З цими та іншими питаннями ЕП звернулась не до чиновника, а до старшого наукового співробітника відділу астрометрії та космічної геодинаміки Головної астрономічної обсерваторії (Національної академії наук), кандидата фізико-математичних наук Марини Іщенко.
— Як ви прийшли в науку і чому обрали спеціалізацію у сфері супутникової навігації?
— На третьому курсі Національного авіаційного університету в нас було направлення на виробничу практику. Мені запропонували відпрацювати її у сфері кадастру. Це мені було не дуже цікаво.
Я запитала, чи є щось пов'язане із супутниками і навігацією. Був 2008 рік, з'явилися смартфони з функцією визначення місця за допомогою GPS-системи. Завідувач кафедри дав направлення в Головну астрономічну обсерваторію.
Тут був відділ космічної геодинаміки, який надає дані для геодезичних потреб. Практика мене зацікавила, я написала диплом і вступила сюди в аспірантуру. Уже понад десять років обробляю та інтерпретую ГНСС-спостереження.
(ГНСС – глобальна навігаційна супутникова система – сукупність чотирьох глобальних супутникових систем: GPS (США, 24 супутники), ГЛОНАСС (РФ, 24 супутники), Beidou (Китай, 40 супутників), Galileo (ЄС, 26 супутників).
— У чому полягає ваша робота?
— Наші центри (Операційний центр та Центр аналізу ГНСС-даних. – ЕП) виконують два головні завдання.
Перше – пересилають файли ГНСС-спостережень до Федерального агентства картографії та геодезії (BKG, Німеччина), Федерального агентства з метрології та геодезії (BEV, Австрія) та до Національного географічного інституту (IGN, Франція) для тих станцій, що беруть участь у міжнародних проєктах.
Друге – проводять високоточне обчислення координат перманентних станцій.
Ми обробляємо дані понад 250 станцій: щодня моніторимо якість спостережень та в автоматичному режимі виконуємо так звану швидку обробку.
Перманентна станція — це комплекс ГНСС-апаратури, який складається з приймача, антени та іншого електронного обладнання. Станція працює в двох режимах: в режимі реального часу на геодезичне обладнання користувача надходять правки, які дозволяють отримати інформацію про його місцезнаходження з високою точністю.
Другий режим - це накопичення спостережувальних даних для подальших досліджень. Зазвичай такі станції встановлені на дахах будівель або на спеціальних геодезичних стовпах.
Мережа перманентних станцій в Україні умовно поділена на дві частини: державну і приватну. До державних мереж можна віднести Систему координатно-часового і навігаційного забезпечення України, GeoTerrace (Університет Львівська Політехніка). Вони налічують близько 40 станцій. Приватні, наприклад, SystemNET, NGC.NET, TNT-TPI GNSS Network в сукупності налічують сотні станцій.
Перманентна станція кожну секунду записує сигнал з супутника і надсилає дані в центр аналізу даних Головної астрономічної обсерваторії (ГАО). Раз на добу центр аналізу даних комплексно обробляє спостереження понад 250 перманентних станцій (державних і певної кількості приватних) для отримання високоточних (з точністю до міліметрів) координатних розв’язків місця розташування ГНСС-станцій.
Оброблені дані ГАО викладає у відкритий доступ на FTP-сервер для використання в наукових цілях.
Координатні розв’язки будь-хто може безкоштовно використовувати для дослідження, наприклад, геодинаміки (руху літосферних плит - в середньому від 1 до 10 см в рік), деформаційних процесів земної поверхні, тропосфери і іоносфери, руху гірських порід і льодовиків, сейсмічної активності і вулканізму.
Дані перманентних станцій, зокрема, використовують для того, щоб забезпечити сільськогосподарську техніку максимально точними даними географічних координат - техніка має можливість працювати на полі з точністю в 2 см, для точного обміру полів, а також винесення меж полів в натуру, для прокладання комунікацій - від водопроводу до мережі ЛЕП та інше.
Якісний комплект обладнання для перманентної станції коштує 0,7-1 млн грн. Найбільш відомі виробники – Leica Geosystems та Trimble.
— Можете назвати найбільших користувачів цих даних?
— Представники аграрної та геодезичної сфер підключаються до станцій і отримують уточнення до своїх спостережень. На будівництві моста чи будівлі часто є людина з триногою. Вона визначає, чи поклали фундамент відповідно до проєктних висот, чи немає відхилень будівлі від вертикальної лінії.
Якщо аграрії хочуть висівати зернини з точністю 1-2 см, тоді їх трактори через мобільний інтернет отримують від станцій уточнення власних координат.
Дані перманентних станцій використовують землевпорядники для вимірювання меж ділянок. Людина бере ровер – антену на палиці разом з приймачем – і йде. Це кінематичний метод. Під час руху ровер щосекунди фіксує координати.
Крім того, дані перманентних станцій дозволяють оцінювати ступінь деформації. Наприклад, греблі постійно піддаються значному навантаженню. За допомогою ГНСС можна щороку вимірювати одні й ті самі контрольні точки, щоб визначати зміну їх положення і вираховувати швидкість деформації.
— Ви певний час працювали в науковому проєкті в Об'єднаних Арабських Еміратах. Чи відрізняються підходи до науки в Україні та ОАЕ?
— Правила роботи, зберігання й обробки інформації більш-менш однакові, бо всі працюють за міжнародними стандартами, але підхід до роботи трохи інший.
Там не можна не зробити роботу. У тебе є чіткі строки. Якщо не встигаєш – настають фінансові санкції.
Це дуже стимулює виконувати роботу вчасно. Не можна зробити абияк, абищо. Ти сказав, що зробиш цю роботу, – і ти маєш її зробити. Оце, в принципі, єдине, що відрізняє ОАЕ від України.
— Чим є зараз українська наука і Національна академія наук? Що відбувається в НАНУ? Які є проблеми і як їх потрібно вирішувати?
— Ні для кого не секрет, що з фінансової точки зору ситуація у нас не надто сприятлива. Наприклад, бюджетне фінансування в обсерваторії – це пів ставки. Щоб отримувати більше, доводиться шукати гранти. Питання, звісно, складне.
Потрібне реформування принципів розподілу коштів. Бо як розуміти ситуацію, коли друге за кількістю науковців відділення отримує другий з кінця списку обсяг фінансування? У кранах ЄС існує конкуренція серед наукових підрозділів і співробітників. Понять "ставка", "постійна позиція" там майже не існує.
Постійну посаду і ставку в європейських інститутах отримує малий відсоток співробітників. Усі інші наукові співробітники працюють в інститутах на умовах контракту, який триває один чи кілька років, тобто стільки часу, скільки приблизно потрібно для реалізації певного наукового проєкту.
Є грант. Ви подали заявку, ви його виграли – ви працюєте в цьому інституті. Закінчився – шукайте новий. Тобто там існує мобільність наукових працівників, а звідти і нетворкінг. Коли ти рік працюєш з однією групою науковців, а далі – з іншою, ти більше розвиваєшся і як особистість, і як науковець.
У нас же є посада, а гранти – за бажанням. Ми не звикли працювати на конкурсних засадах. Тобто в науці країн ЄС інший спосіб мислення.
Хоча в нас і грантова система не надто розвинена. Почав надавати гранти Національний фонд досліджень, проте крім нього повинні створюватися різні фонди. Необхідно розвивати мобільність науковців між НАН та МОН.
"Усе починає розвалюватися": глава Держкосмосу про недобудовані супутники на території Росії, гроші на ракети та "космічну державу"
— У листопаді 2019 року в iHUB ви читали науково-популярну лекцію "Від першого штучного супутника до навігації у смартфоні". Президент заявив про намір запустити український супутник до 30-річчя незалежності.
Між тим існує думка, що нам вистачить платної інформації з комерційних супутників інших країн. Чи потрібні Україні власні супутники?
— Для відповіді на це запитання потрібно спочатку визначитися, про які супутники йде мова. Звісно, що Україна фінансово не потягне створення власної навігаційної системи. У той же час президент хоче у 2021 році запустити апарат дистанційного зондування землі "Січ 2-30 (2-1)".
Цей супутник через визначений період буде пролітати над територією України і робитиме фотографії поверхні. Знімки будуть накопичуватися, і ви зможете моніторити вирубку лісів, зміни якості ґрунтів, забруднення водойм. Тобто існує багато практичних сфер застосування даних, які передаватиме супутник.
Чому важливо мати власний супутник? У світі багато комерційних супутників. Ми маємо доступ до безкоштовних супутників Landsats. На базі його знімків зроблені Google-мапи.
Проте з комерційних супутників ви не завжди отримаєте знімки потрібних ділянок, а Google-мапи не надають знімки з високою роздільною здатністю. Якщо ми хочемо з високою точністю якісно досліджувати якість ґрунтів, потрібно мати знімок з дуже високою роздільною здатністю.
Наприклад, безкоштовно можна отримати знімок з роздільною здатністю 10 метрів на піксель, а платні надають 50 см на піксель. Відчуйте різницю! Власний супутник дозволить мати гарну якість знімка для аналізу. Але ж недостатньо просто запустити супутник, його треба підтримувати. Він не літає сам по собі.
Супутник постійно піддається гравітаційним ефектам від Сонця, Місяця, великих планет. На супутник впливає купа факторів. Вони будуть намагатися змінити його орбіту. З часом вона стане нестабільною, тому його треба постійно вести по орбіті, зберігати дані, організовувати систему доступу до них.
Крім того, потрібно отримати від проєкту економічний ефект. Тобто одночасно із запуском супутника "Січ 2-30 (2-1)" слід виконати великий об'єм роботи.
— Чи існує в Україні попит на дані з цього супутника? Чи є у нас люди, які можуть ці дані обробляти і створювати на їх основі додану вартість?
— Ми в Національному авіаційному університеті готуємо людей, які вміють обробляти такі знімки. Ми їх вчимо, звісно, на безкоштовних знімках. В Україні є багато вузів, орієнтованих на дешифровку супутникових знімків. У нас багато дисертаційних робіт захищається на цю тему. Тобто в Україні є фахівці.
Інтерактивна 3D-модель штучних супутників Землі
— Супутник повинна запустити держава чи комерційна структура?
— На мій погляд – держава, оскільки має бути єдиний оператор, який буде керувати супутником і надавати санкціонований доступ до його даних. Однак ніхто не заперечує проти запуску супутника комерційною структурою. У цьому випадку даними буде розпоряджатися ця організація. Це буде її власністю.
— США витратили на створення GPS 12 мільярдів доларів, ЄС на Galileo – 3,4 мільярда, РФ на ГЛОНАСС – 2 мільярди. Чому з огляду на таку вартість дані ГНСС безкоштовно може отримати будь-який користувач?
— GPS – військова система. На початку 2000-х років з розвитком ГЛОНАСС та Galileo американські військові підписали меморандум, який розкодував сигнал високої точності. У будь-який момент оператор може увімкнути це кодування.
Більш того, оператор GPS може в будь-який момент увімкнути кодування сигналу на будь-яку територію земної кулі. Ці системи дуже дорогі і створені в першу чергу для забезпечення безпекових інтересів країн, які їх створили.
Наприклад, прототип GPS розроблявся для наведення балістичних ракет, запущених з підводних човнів. Коли в 1990-х роках сигнал GPS відкрили, його одразу почали використовувати у сфері геодезії. Потім, у 2000-х роках, ухвалили рішення відкрити сигнал високої точності.
Відомі три випадки вимкнення цивільного сегмента GPS. Перший – під час проведення операції "Буря в пустелі" (1990-1991 роки), другий – під час акцій НАТО проти Сербії (1999 рік), третій – під час війни в Іраку (2003-2011 роки). В останньому випадку сервіс для приватних користувачів був вимкнений лише на території проведення військових дій, щоб іракська армія не змогла використати цивільні приймачі у військових цілях.
— Як, на ваш погляд, буде розвиватися ГНСС?
— Досі актуальне питання якості сигналу ГНСС, який отримує приймач (вбудований у смартфон, GPS-навігатор, планшет. – ЕП). Сигнал спотворюють різні пристрої і щільна забудова, тому його якість ще є куди вдосконалювати.
Тимчасом розробники Galileo створюють системи рятування життя. Нещодавно Galileo отримала підтримку повідомлень-відповідей на сигнали SOS, які надсилає аварійний радіобуй. Після отримання такого сигналу супутникова система визначає його місце, передає рятувальним службам і посилає повідомлення тим, хто його передав, що рятувальники вже в дорозі.