Чтение газет из космоса - очередной космический миф?

[za-neptunie.livejournal.com]

    Гипотетический снимок грузовика из космоса в боевике “Миротворец“ 2007 года.

      В сюжетах голливудских боевиков часто показывают, как со шпионских спутников читают газеты или номерные знаки автомобилей. Но так ли это на самом деле?

      Существуют предположения, что самые крупные спутники для оптических наблюдений (KH-11) имеют у себя телескопы с зеркалами, идентичными по диаметру космическому телескопу имени Хаббла. То есть 2.4 метра. Тем самым теоретически эти спутники должны при фотографировании поверхности Земли получать разрешение 5 см или лучше (в случае более крупных зеркал – диаметр головного обтекателя тяжелых РН ограничен 5 метрами). В итоге лучшие снимки с этих спутников могут выглядеть следующим образом:




         Взято отсюда.

         Первые большие сомнения в этих характеристиках возникли в 1990 году. Это было вызвано тем, что выведенный в космос космический телескоп “Хаббл“ не смог выполнять свою задачу по причине заводского брака при изготовлении его главного зеркала. Тем самым, это породило большие сомнения, что военные спутники используют такие большие зеркала. В противном случае к моменту создания телескопа Хаббл уже бы существовало отлаженное производство таких больших зеркал для использования их в космосе. Правда недавно военные подарили NASA два 2.4-метровых зеркала, но и в этом случае оказалось, что они имеют отличную оптическую схему. У этих зеркал поле зрения почти в 100 раз больше, чем у телескопа “Хаббл“. Следовательно, и их разрешающая способность при наблюдении поверхности нашей планеты будет значительно меньше.


         С другой стороны, если бы разведывательные спутники могли получать четкие снимки с разрешением в несколько см на пиксель, то отпала бы необходимость в аэрофотосъемке. В тоже время, как показывает практика, у космических держав до сих пор есть и разведывательные самолеты, и специальный договор об Открытом небе. Согласно этому договору, его участники совершают друг у друга регулярные разведывательные полеты с использованием авиации для наблюдения за военной инфраструктурой с целью повышения взаимного доверия.



      Пример коммерческой аэрофотосъемки частного сектора с разрешением 7 см на пиксель. На нем хорошо видна женщина в красной одежде. Крупнее снимок можно увидеть здесь. Взято здесь.


    Примечание. Более того, в последние годы появилась совершенно новая область аэрофотосъемки с использованием небольших беспилотных аппаратов. При высоте полета в 30-50 метров они получают снимки поверхности с разрешением всего лишь в 1-2 см на пиксель.


        Затем появились дополнительные свидетельства, что космическая разведка далеко не всемогуща. Дело в том, что интерес представляет не только фотографирование поверхности Земли из космоса, но и фотографирование самих секретных спутников с Земли. Для этой задачи требуются специальные телескопы, с очень быстрой системой наведения, которая позволяет отслеживать быстро пролетающий по небу космический аппарат. Самый крупный такой специализированный телескоп был построен на Гаваях: он называется AEOS (Advanced Electro Optical System Telescope).



    Телескоп AEOS. Источник.


     Этот телескоп весит 75 тонн, имеет 3.67-метровое главное адаптивное зеркало с 941 активными корректорами. Кроме того важно отметить, что телескоп установлен в одном из лучших мест для астрономических наблюдений – на высоте в 3 км над уровнем моря. По открытым источникам телескоп способен выполнять наблюдения космических аппаратов и баллистических ракет с помощью  оптической и инфракрасной камер. В идеале этот телескоп должен был фотографировать низкоорбитальные спутники с разрешением в сантиметр на пиксель. Однако его обнародованные возможности оказались гораздо скромнее. Дело в том, что в 2003 году произошло печальное событие – разбился космический корабль “Колумбия“. Катастрофа случилась из-за повреждения кромки крыла кусками льда при запуске. Уже быстрое изучение записи запуска позволило заподозрить, что произошло непоправимое. В связи с этим NASA запросило военных о том, чтобы они сделали, как можно более детальные снимки космического корабля в космосе, для того чтобы оценить, насколько опасны его повреждения для входа в атмосферу. В результате были задействованы не разведывательные спутники, а именно телескоп AEOS. Снимки действительно были получены, и на них не было обнаружено никаких повреждений космического корабля. После катастрофы и её расследования эти снимки были опубликованы:




      Снимок Колумбии с помощью оптической камеры телескопа AEOS. Источник.

       По сообщениям разрешение этих снимков составило 6-8 дюймов или 15-20 сантиметров на пиксель. Это значение определенно говорило о жестком пределе оптики при наблюдениях через всю земную атмосферу. Особенно учитывая, что космические телескопы значительно меньше по габаритам и возможностям бортового электропитания. Также наземные телескопы располагаются обычно в идеальных местах для наблюдений, а спутникам для оптических наблюдений в основном приходиться фотографировать области суши вблизи уровня моря, где наблюдается максимальная толщина земной атмосферы.

       С годами появляется все больше фактов, что возможности космической съемки в оптике ограничены разрешением порядка 30-50 см на пиксель. Дело в том, что со временем правительственные службы сначала сняли ограничения на свободное распространение космических снимков с разрешением до 50 см на пиксель, а совсем недавно и до 25 см. Поэтому сейчас можно сравнить снимки из космоса с 50 см и 30 см разрешением.



    Перекресток в ОАЭ с разрешением в 0.5 метра. Взято отсюда.



      Перекресток в Нью-Йорке с разрешением в 0.3 метра. Взято отсюда.

       Сравнение показывает, что количество пикселей действительно значительно выросло при переходе к более высокому разрешению. Однако детальность (информативность) снимка при переходе разрешения от 0.5 до 0.3 метров выросла очень незначительно. Поэтому и не исключено, что предел возможности космической оптики для фотографирования Земли уже достигнут.  Лучше снимков Земли из космоса мы уже не увидим. Налицо гибель ещё одного космического мифа.

       Интересно мнение читателей по этому вопросу.

Comments

[cage-of-freedom.livejournal.com]

///время снятия одного кадра оптические свойства атмосферы не успели слишком сильно поменяться
Не совсем понял в чем тут преимущество. За счет чего достигается улучшение?

[za-neptunie.livejournal.com]

Насчет прослушки подводных кабелей читал. Там РИТЭГ для питания использовался. Раз в полгода подлодка кассеты забирала, и РИТЭГ меняла.

[cage-of-freedom.livejournal.com]

(Ну да. После того как Пелтон заложил "Айви-беллз" в Охотском море - это стало широко известно и попало во многие книжки - вроде Шерри Зонтаг и Кристофера Дрю.

Вот с подобной штукой в Баренцевом - куда менее известно и интереснее. Если нйдете инфу - можем обсудить в этом же коммьюнити)

[equidamoid.livejournal.com]

В атмосфере на пути луча встречаются области с разным коэффициентом преломления, и эти области находятся в движении. Как раз из-за этого получается видимое глазом "мерцание" звёзд. "Рябь" над горячими предметами или, там, огнём -- тоже оно. При фотографировании с большой* выдержкой дрожащая, но чёткая картинка превращается в относительно статичную и смазанную. Если снимать с достаточно малым* временем выдержки, то можно получить чёткую, но искажённую (примерно как через кривое стекло) картинку, на которой можно попытаться разрешить мелкие детали. Если набрать много разных таких картинок одного и того же объекта, то можно попытаться математически подправить эти искажения и получить чистую картинку.
* характерные значения для спутниковых фоток оценить не могу, знаю только, что в астрономии для подобных махинаций используют экспозицию где-то в десятки мс вместо "традиционных" минут и часов.
И пара примеров (не вполне корректных, но расписывать подробнее и точнее уж очень многословно получается, не писатель чукча совсем):
1. Время экспозиции больше характерного времени изменения параметров среды (перемещения "кусочков воздуха" с разной температурой в быстром турбулентном потоке), получается нечто размазанное: (http://cdn-www.airliners.net/aviation-photos/photos/2/6/7/2226762.jpg)

2. Время экспозиции того же порядка, в искажённом кусочке дороги различимы детали:
(http://images.wisegeek.com/hot-desert-road.jpg)

[scrolllock.livejournal.com]

Вы не поверите, но звезды мерцают и в космосе ;)

[equidamoid.livejournal.com]

Чет мой коммент с картинками какой-то серый, видать в премодерацию попал. Скопипащу буковки оттуда в отдельный коммент пока что.
В атмосфере на пути луча встречаются области с разным коэффициентом преломления, и эти области находятся в движении. Как раз из-за этого получается видимое глазом "мерцание" звёзд. "Рябь" над горячими предметами или, там, огнём -- тоже оно. При фотографировании с большой* выдержкой дрожащая, но чёткая картинка превращается в относительно статичную и смазанную. Если снимать с достаточно малым* временем выдержки, то можно получить чёткую, но искажённую (примерно как через кривое стекло) картинку, на которой можно попытаться разрешить мелкие детали. Если набрать много разных таких картинок одного и того же объекта, то можно попытаться математически подправить эти искажения и получить чистую картинку.
* характерные значения для спутниковых фоток оценить не могу, знаю только, что в астрономии для подобных махинаций используют экспозицию где-то в десятки мс вместо "традиционных" минут и часов.

[cage-of-freedom.livejournal.com]

///Если набрать много разных таких картинок одного и того же объекта, то можно попытаться математически подправить эти искажения и получить чистую картинку

Спасибо!

Но в этом-то как раз и вопрос. Как - математически? Как из многих искаженных - составить одну верную картинку?

Я пока могу себе только представить, что если делаем фото одного большого объекта и на каждом из этих фото какая-то ЧАСТЬ его выглядит более четко - сотавляем из таких частей целое.
Но тут-то речь вроде о малых объектах как раз.

[equidamoid.livejournal.com]

Конкретных алгоритмов не знаю, увы. Думаю, некоторые характеристики искажений достаточно хорошо определимы, мб это как-то помогает. Навыдумывать возможных вариантов можно много, но без данных и минимум пары лет работы с этим всем оценить их не получится.

[dmarck.livejournal.com]

бОльшая часть этих алгоритмов используется, благо вычислитеьной мщности сейчас вдосталь, скажем, программами сшивки панорам (для учёта нелинейностей картинки на краях поля зрения объектива, например)

Суперсэмплинг (многократная экспозиция достоверно одного объекта в разное время и, возможно, при разных условиях) там, разумеется, тоже используется.

[kabanov-victor.livejournal.com]

Там еще используется не совсем корректный прием - использование априорных знаний. Астрономы точно знают, что звезда есть шар, т.е. изображение звезды обязательно будет окружностью. Это очень сильно помогает, в некоторых очень конкретных случаях.