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

[ivanoff1999.livejournal.com]

Очень интересный обзор и вроде всё логично. Но мне вспоминается фильм времён немого кино о полиции будущего, как они летают на дирижабле и пресекают преступления внизу методом длинной палки. Так и про фотографии - первое,что приходит в голову, это уф диапазон.

[solar-front.livejournal.com]

Спасибо.

Не оптик, но сразу думеаль о вибрации, различных плотностях воздуха в слоях (преломление) и прочее состояние атмосферы.

[humanelement.livejournal.com]

Давно пережеванная тема. Дифракция в атмосфере же.

[za-neptunie.livejournal.com]

В ультрафиолете поглощение еще сильнее, чем в оптике. Поэтому надежды скорее на радарные спутники, где можно вероятно действительно получить очень детальные снимки. Проблема только они будут мало информативны, радиоволны много через чего свободно проходят. Но зато это всепогодное наблюдение.

Главное окно прозрачности земной атмосферы в радиодиапазоне.

[za-neptunie.livejournal.com]

Согласен, но этот миф живуч. Сам когда-то в него верил. В художественных фильмам постоянно о нем говорят.

[krazzzer.livejournal.com]

Дифракционный предел же. Связан с апертурой объектива.

[za-neptunie.livejournal.com]

Этот предел не сильно мешает. С низкой околоземной орбиты с помощью 3 метрового зеркала можно получать снимки с разрешением лучше 5 см на пиксель.

[za-neptunie.livejournal.com]

Есть просто много надежд на чудо-технологии обработки изображений и адаптивной оптики. Но насколько это реально абсолютно неизвестно.

[za-neptunie.livejournal.com]

Согласен, но этот миф живуч. Сам когда-то в него верил. В художественных фильмам постоянно о нем говорят.

[005-kefir.livejournal.com]

Полагаю что более эффективным оказалось делать мультиспектральный анализ, чем в лоб повышать разрешающую в оптическом диапазоне.

[victor-chapaev.livejournal.com]

Пожалуй, так оно и есть, но новые открытия не заставят себя ждать.

[alll]

А разрешение оптической системы действительно настолько сильно зависит от диаметра зеркала? Мне почему-то всегда казалось, что размер зеркала по большей части сказывается на количестве собираемого света и соответственно на нижнем пределе яркости объектов, доступных для наблюдения.

[za-neptunie.livejournal.com]

Да, зависимость прямая. Вот формула:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF
"Вне атмосферы искажения полностью отсутствуют, поэтому максимальное теоретическое разрешение телескопа определяется только дифракционным пределом: φ=λ/D (угловое разрешение в радианах равно отношению длины волны к диаметру апертуры). Например, теоретическая разрешающая способность космического телескопа с зеркалом диаметром 2.4 метра (как у телескопа Хаббл) на длине волны 555 нм составляет 0.05 угловой секунды (реальное разрешение Хаббла в два раза хуже — 0.1 секунды, но все равно на порядок выше, чем у земных телескопов)."

[22sobaki.livejournal.com]

Извиняюсь, не совсем по теме.
Зачем "Колумбию" надо было фотографировать с Земли? Почему ее не осмотрели сами астронавты? Почему не подлетели к МКС и не повертелись у нее разными боками для осмотра, как делали позже другие челноки?

[za-neptunie.livejournal.com]

Вероятно экономия времени астронавтов и топлива челнока. Для телескопа требуется только удобное окно для наблюдений. Снимки были получены за 4 дня до трагической посадки.

[pacgovsko.livejournal.com]

Говорили, что еще во времена СССР спутник мог сфоткать спичечный коробок))

[russian-savage.livejournal.com]

И читать разложенную на столе газету :))

[glagolev.livejournal.com]

не забывайте о скорости движения космического аппарата, примерно 7000 м\с, или 700 000 см в секунду, и скорости срабатывания затвора, которая зависит от диафрагмы, освещенности, чувствительности матрицы.
даже взяв скорость срабатывания затвора в 1\10000 получим 70 см сдвиг...

[pacgovsko.livejournal.com]

почему нет?)) сейчас уже технологии намного лучше)))

[vadim rumyantsev (from livejournal.com)]

Оптическая стабилизация изображения сейчас чуть ли не в мобильниках уже.

[van-wylen.livejournal.com]

а самолёт трясёт поэтому снимки получаются смазаными :)

[nemez-06.livejournal.com]

Я специально не интересовался этим вопросом но то что мне попадалось в относительно достоверных источниках раскажу. Ещё в 70-х годах на орбите болтались спутники которые читали время на ручных часах. Было это через плёнку или электроника не скажу. Несколько лет назад пиндосы выкинули спеца который выставил в интернет фотку голой жены Миши Шумахера снятой с военого спутника. Выкинули за разглашение военной тайны. Качество хоть на обложку ПлейБоя ставь. С размерами зеркал вы ошибаетесь поскольку сегодня зеркала делают составными просто посмотрите на футбольный мяч и получите примерное представление по какой схеме.
Хаббл особый случай. Его делали под специальный проект по специальной схеме и в эту кучу он не лезет. Там свои заморочки не расчитаные на смотрение через атмосферу.

[nemez-06.livejournal.com]

Заголовки могли читать.

[63rus163.livejournal.com]

В Юнном технике не помню за какой год была статья о снимках из космоса, и размещался снимок из космоса на котором отчетливо было видно время на часах ( наручных)......Ну тогда я верил....Лет 10 было мне.... Или просто сейчас что-то так сильно засекречено.....

[glagolev.livejournal.com]

Возможно, конечно, поворотом объектива, делать снимок, например синхронизировав пьезоэлементы поворота камеры с затвором, потом возвращать объектив в исходное положение, но все это тоже имеет пределы точности.
Скорости огромные.