Космос. Вторая четверть XX века
Возлагать все многообразие требований потребителей мобильной спутниковой связи на одну систему связи, подобную Starlink, неразумно. Нужны и иные быстрые доступные решения, обеспечивающие надежную шифрованную устойчивую связь, в том числе в особые периоды
Мы как-то незаметно, в суете рутинных дел, ковидов и военных конфликтов, прожили первую четверть двадцать первого века. Того прекрасного века сверхвысоких возможностей и всеобщего счастья, описанного фантастами века двадцатого. Похоже, они драматически ошиблись, во всяком случае в части способности человечества обустроить уютную жизнь для всех землян. Впрочем, и 45 лучших российских профессионалов на 864 страницах своего труда «Космонавтика XXI века. Попытка прогноза развития до 2101 года» тоже не очень попали. Видимо, прежние модели работают все хуже и нужно решать сложнейшую задачу выделения среди шумов новых перспективных трендов.
Еще немного философских рассуждений. Около восьмидесяти лет назад в мире началось интенсивное развитие ракетно-космической техники. Принимался целый ряд организационных решений. В частности, постановлением Совета Министров от 13 мая 1946 года № 1017-419 был создан НИИ-88 (ныне АО «ЦНИИ маш») и принят еще целый ряд решений, направленных на развитие новых технологий. Усилиями всего нескольких идеологически мотивированных и технически развитых стран темпы проникновения человечества в космос достигли потрясающего уровня.
1957 год — первый спутник, через четыре года — всего четыре года! — человек в космосе. Еще восемь лет — и человек оставляет след на лунном реголите, автоматы, или, по-современному, роботы, атакуют ближайшие тела Солнечной системы. Всеобщий подъем и энтузиазм. Человек выбрался из колыбели, он всесилен, нас ждет новая счастливая жизнь на просторах Вселенной.
Но, увы, крутая траектория развития перешла в очень пологую, не вдохновляющую широкие массы, скованную финансами и технологиями. Ощущение предвкушения космического счастья исчезло. Крутое развитие оторвалось от жизни и продолжалось в киноискусстве. От «Туманности Андромеды» по Ефремову до эпической космической саги «Звездные войны» Джорджа Лукаса, где высочайший уровень визуализации полностью погружает в космические фантазии с неограниченными возможностями человека. На этом сформировались целые поколения, которые недоуменно смотрят на наши реальные возможности, точнее на нашу космическую немощь. За полвека самые дальние гонцы человечества, американские «Вояджеры», преодолели расстояние в 20 световых часов, а ближайшая звезда Проксима Центавра в звездной системе Альфа Центавра находится в четырех световых годах. В рамках существующих технологий, более того, в рамках современной физики совершенно недостижимо. Можно вспомнить Конфуция: «Когда вам покажется, что цель недостижима, не изменяйте цель — изменяйте свой план действий». Надежда на новую физику, и нужно всячески помогать ее становлению, запуская все более совершенные (и более дорогие) астрофизические космические обсерватории. Это вклад космической техники в познание человечеством Вселенной, в развитие фундаментальных знаний, в открытие новых законов, которые принесут новые возможности. Как открытие в восемнадцатом веке законов электричества позволило перейти из века пара и механики в электрический, электронный, цифровой, интеллектуальный мир, в котором мы сегодня живем.
Но это отдельная тема, а пока приходится признать, что по истечении первой четверти двадцать первого века космос в существенной степени утратил блеск общечеловеческой мечты о лучшей жизни. Залихватские лозунги Илона Маска о переселении в холодные, пыльные и практически безвоздушные пустыни Марса могут вдохновлять только людей с суицидальными наклонностями.
Нужно максимально сохранять нашу еще вполне зеленую планету и всячески улучшать свою жизнь на ней. И большую роль в этом играет прикладной космос. Прикладные космические аппараты, функции которых востребованы в самых разных областях человеческой деятельности. От их технического уровня зависят безопасность стран, качество информационного поля, эффективность хозяйственной деятельности.
Мы много преуспели в праздновании побед наших отцов и дедов. Но сегодня перед нами стоят серьезнейшие вызовы. Надо достойно справиться с ними и гордиться прежде всего собственными успехами, а не греться в слабеющих лучах былого величия.
Главный вызов современности
Новым и предельно опасным вызовом является нацеленность наших геополитических оппонентов на получение стратегического преимущества за счет радикального отрыва по скорости достижения глобальной ситуационной осведомленности, по способностям моментально анализировать огромное количество разнородных данных и незамедлительно проецировать понимание ситуации на реализацию активных действий по достижению целей.
Принципиально меняется подход. От применения в прогнозном планировании предварительно полученных данных идет переход к ситуативному управлению на основе сиюминутных данных.
В существенной степени новые возможности достигаются за счет новых космических технологий высокопериодичного наблюдения во всех диапазонах спектра и эффективной спутниковой связи, обеспечивающей как быстрое доведение данных от многочисленных мобильных и стационарных источников разного типа до центров обработки данных (ЦОД), реализующих функции центров принятия решений, так и оперативную выдачу принятых решений на средства их реализации.
В основе лежит резкое увеличение количества спутников наблюдения в разных диапазонах спектра и бурное развитие интеллектуальных средств работы с огромными разнородными космическими данными, обеспечивающих выделение потребительских ценностей и создание новых сервисов. Происходит функциональное слияние коммерческого и военного космоса, возможности военных космических систем дополняются закупкой услуг у коммерческих фирм. В результате достигается высокий уровень глобальной ситуационной осведомленности и повышается динамика принятия решений на всех уровнях, включая тактический. Ситуационная осведомленность — это понимание текущей ситуации именно в реальном времени.
Новые технологии высокопериодического спутникового наблюдения позволяют обеспечить потребителям услуги нового уровня в близком к реальному масштабе времени. А современному потребителю все больше нужны не сырые данные со спутниковых камер, а именно услуги по аналитике, сервисы, построенные на результатах обработки этих данных. Потребителям оперативной космической информации важны, по большому счету, четыре характеристики услуги:
— всепогодность и круглосуточность;
— время от выдачи запроса до получения результата;
— необходимая полнота и достоверность результата;
— стоимость услуги.
Сколько должно быть спутников на орбитах и на каких, в каких спектрах и с каким разрешением целевая аппаратура проводит съемку, какие наземные средства используются при выполнении заявки, какими методами обрабатываются данные для получения требующегося потребителю результата — все это проблемы оператора конкретной космической информационной системы.
Спутники с очень высоким разрешением дадут хорошую «понимаемость» снимков без дополнительной обработки, но значительная стоимость таких спутников и проблемы с темпами их производства не обеспечат необходимое для должной оперативности количество спутников в группировке, да и себестоимость одного снимка будет немалой.
Система из большого количества спутников с ограниченными характеристиками по разрешению может быть создана быстрее и с меньшими затратами. Она обеспечит высокую оперативность, но для достижения необходимой потребителю полноты и достоверности необходима глубокая комплексная обработка с применением разнородных данных, с обучением нейросетей, с использованием накопленных унифицированных сигнатур, разноракурсных радиолокационных портретов, с применением методов повышения резкости, и прочее и прочее.
Да, это большая и сложная работа, но тренд сегодняшнего развития техники как раз заключается в переносе сложностей на уровень вычислений при максимально простых сенсорах, в нашем случае — целевой аппаратуры спутников.
С функциональной точки зрения в космической составляющей ситуационной осведомленности можно выделить три слоя.
Слой первый. Регулярный, например ежесуточный, глобальный поиск изменений или заданных объектов. Принципиально новое качество. Если в традиционных космических системах потребитель задает место, в котором он рассчитывает увидеть интересующие его объекты, то в космической системе контроля изменений потребитель может ставить задачу обнаружения интересующих его явлений или объектов, где бы и когда бы они ни возникали.
Можно задать вопрос: где за последние сутки появились признаки падения самолета? Или в каком месяце какого года у меня начал расти овраг? Или попросить сообщить, когда уровень воды в конкретном пруду превысит заданный уровень.
Для достижения таких новых потребительских свойств необходимо наличие орбитальной группировки из многих десятков спутников, снимающих за сутки всю поверхность Земли, и мощных наземных средств, успевающих принимать огромные потоки данных, накапливать ежесуточные цифровые образы всей поверхности и оперативно выявлять в совокупности свежей и накопленной ранее информации нужные потребителям сущности. И главная сложность создания такой космической системы глобального контроля изменений — это именно наземный комплекс аппаратно-программных средств. Спутники в данном случае как раз могут быть предельно простыми и дешевыми, с разрешением на уровне нескольких метров. Даже при таком разрешении наземным средствам необходимо принимать, накапливать и обрабатывать многие петабайты данных. И этого разрешения вполне достаточно, чтобы сделать вывод о необходимости привлечь для более детального контроля космические системы следующего, второго слоя.
Второй слой. Круглосуточный и всепогодный глобальный оперативный контроль с помощью оптических и радиолокационных спутников с субметровым разрешением. Группировка из пары сотен таких спутников может быть изготовлена и развернута в течение нескольких лет при относительно небольших затратах. Таким образом, до 2030 года может быть достигнута возможность контроля объекта с повтором в пятнадцать минут. Разумеется, далеко не во всех случаях одного снимка с таким нерекордным разрешением будет достаточно для достижения необходимой полноты и достоверности определения необходимых потребителям сущностей. Но вот здесь-то и нужно включить голову и применить всю мощь ИИ, позволяющего при анализе моментально объединить самую разнообразную информацию и сделать достоверные выводы. А в случае необходимости можно задействовать следующий, третий слой.
Третий слой. Контроль объектов и процессов с очень высоким разрешением, на уровне доли метра, с большим количеством спектральных каналов, позволяющих получить исчерпывающие знания об исследуемом объекте. Но таких спутников не может быть много, в силу как финансовых, так и производственных ограничений. Поэтому приходится смириться с многочасовой оперативностью получения информации.
Нужно также разумно определиться с ролью БПЛА в развитии информационных систем. Локальность их действий разменивается на очень высокое разрешение и низкую себестоимость данных. Нам предстоит найти оптимальную схему эффективного совместного применения космических и иных источников информации.
Для реализации рассмотренных слоев космических сервисов в условиях финансовых ограничений целесообразно функционально объединить космические системы различной принадлежности. Для достижения максимальной эффективности их баллистическое построение должно быть увязано в обеспечение равномерности покрытия, а наземные средства должны быть доведены до уровня единого информационного пространства. И самое главное, все потребители, все космические информационные системы различной принадлежности, все ЦОДы, обеспечивающие различные сервисы на основании космических данных, должны быть объединены единой платформой-агрегатором. Агрегатор должен обеспечивать в близком к реальному масштабе времени требуемый уровень услуг по геоаналитике, ситуационной осведомленности, специальным сервисам за счет эффективного привлечения возможностей всех российских космических систем и ЦОДов, обеспечивающих умные сервисы. При этом должны обеспечиваться удобство и выгодность для всех участников, стимулирующие их на развитие возможностей, на создание новых сервисов, причем сервисов высокого уровня. Например, потребитель, очертив в планшете область, может голосом выдать задание: «Сколько вагонов сейчас находится в этой зоне и сколько из них прибыло за последние сутки? Далее каждые сутки сообщайте об изменении ситуации». И уже забота платформы-агрегатора, какие привлечь космические системы, какие ЦОДы дадут лучший ответ.