Материал: Физические основы защиты информации. Бабурин А.В., Пахомова А.С

Главным недостатком систем детальной фоторазведки считалась низкая оперативность доставки информации (2-5 сут), что стало очевидным при ведении разведки в ходе шестидневной арабо-израильской войны 1967 года, когда все добытые американцами данные представляли лишь «исторический интерес» и не могли быть использованы для оценки развития конфликта. В 1967 году были разработаны требования к новым ИСЗ оптико-электронной разведки (ОЭР), которые позволяли получать снимки объектов с высоким разрешением и передавать их на наземные пункты в масштабе времени, близком к реальному. В качестве основного разработчика такого спутника (КН-11) была выбрана фирма «Томсон - Рамо - Вулдридж».

Согласно требованиям спутниковая система ОЭР должна была обеспечивать ежесуточный обзор любого участка земной поверхности, получение изображений объектов с очень высоким разрешением и передачу их в центр обработки с минимальной задержкой по времени. В ее состав входили два КА КН-11, подсистема спутников-ретрансляторов типа SDS (Satellite Data System), а также центр управления и приема данных в Форт-Бельвуар, штат Вирджиния.

Высокая разрешающая способность (около 15 см) с высоты 270 км достигалась благодаря установке на борту КН-11 длиннофокусного оптического телескопа и фотоприемника на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Так называемые ПЗС-матрицы были созданы в конце 60-х годов «Белл телефон лэбораториз» и при относительно небольших размерах имели несколько десятков тысяч детекторов (для сравнения, у современной ПЗС-матрицы, установленной на борту космического телескопа НАСА «Хаббл», имеется 640 000 элементов, каждый размером 15x15 мкм). Оптическая система КА КН-11 построена по двухзеркальной схеме Кассегрена: диаметр основного зеркала 2,3 м, вторичного более 0,3 м (оптическая система телескопа «Хаббл» с аналогичными характеристиками имеет эффективное фокусное расстояние 57,6 м).

Высокая оперативность достигается передачей изображений объектов по радиоканалу в сантиметровом диапазоне радиоволн через спутники-ретрансляторы. Для обеспечения непрерывного радиоконтакта между центром управления и разведывательными ИСЗ, пролетающими над Северным полушарием, КА SDS выводятся на вытянутые наклонные 12-часовые орбиты типа «Молния» (наклонение 64°, высоты орбиты в апогее и перигее соответственно 39 000 и 600 км). В состав подсистемы ретрансляторов входят, как минимум, три спутника SDS, плоскости орбит которых разнесены на 120° относительно друг друга. Они движутся по одной трассе, поочередно зависая на рабочих апогейных участках, размещенных над Атлантическим и Тихим океанами.

Увеличения срока эксплуатации спутников КН-11 по сравнению с фоторазведывательными ИСЗ удалось достичь благодаря использованию более высоких орбит и менее частому осуществлению коррекций. В системе ИСЗ ОЭР применяются два вида коррекций: с целью поддержания средней высоты и для фазирования трасс двух КА (чтобы исключить возможность возникновения непросматриваемых зон). В отличие от ИСЗ фоторазведки не выполняются маневры спутников ОЭР для удержания перигейных участков орбит над Северным полушарием.

КН-11 выводятся на солнечно-синхронные орбиты, плоскости которых образуют угол 48 - 52° и расположены симметрично относительно направления на Солнце. При таком баллистическом построении системы один из спутников ведет разведку объектов на поверхности Земли на нисходящих витках с 10 до 11 ч по местному времени («утренний» КА, одна плоскость), а второй - с 13 до 14 ч («послеполуденный», другая). Это обстоятельство улучшает условия дешифровки изображений, так как на снимках одного и того же объекта, сделанных двумя спутниками, тень находится по разные стороны от него. Дальнейшая наземная цифровая обработка изображений позволяет повысить их контрастность, устранить влияние дымки, а в некоторых случаях даже выявить объекты, расположенные в тени зданий. Бортовая аппаратура КН-11 может функционировать в трех режимах: покадровой съемки небольших участков земной поверхности с максимальной разрешающей способностью до 0,15 м, непрерывной съемки (в виде непрерывной полосы) и площадной съемки местности (разрешение около 1 м).

Система ОЭР, развернутая в полном составе в 1976 - 1980 годах, до середины 80-х привлекалась наряду с системами фоторазведки в основном для ведения военно-технической разведки в интересах ВВС и ЦРУ, в частности для определения некоторых характеристик новых образцов советской военной техники. По данным зарубежной печати, с помощью КН-11 впервые удалось получить снимки нового стратегического бомбардировщика Ту-160, космического корабля многоразового использования «Буран» (можно было даже различить его название, написанное на борту), авианесущего корабля «Адмирал флота Н.А. Кузнецов» и других военных объектов. Снимки с КН-11 активно использовались при планировании операции по освобождению американских заложников в Иране в 1980 году (после ее провала иранская сторона захватила и опубликовала несколько секретных фотографий). Фотоснимки советского авианосца, строящегося на верфи в г.Николаев, сделанные с борта КН-11 (разрешающая способность 0,3 м), были опубликованы в 1984 году в журнале «Джейн'с дефенс уикли», за что сотрудник одной из разведслужб США, передавший их английскому журналу, был приговорен к тюремному заключению. По свидетельству ряда американских экспертов, фотографии наиболее важных объектов предоставлялись лично президенту США через 40 - 50 мин после пролета спутника над районом разведки.

Бортовая подсистема стабилизации и ориентации космического аппарата КН-11 рассчитана на сопровождение целей с высокой угловой скоростью перемещения. Эта особенность позволяет использовать спутники такого типа для съемки других ИСЗ в космосе. По сообщениям печати, в 1982 году КН-11-4 привлекался к съемке орбитальной ступени «Колумбия» для оценки состояния теплозащитного покрытия корабля перед его посадкой.

Основными факторами, ограничивающими применение подобных спутников, являются метеообстановка в районе разведки и условия освещенности. В связи с этим планирование работы спутников осуществляется после предварительной оценки передаваемых с борта ИСЗ типа «Блок-5D2» военной системы DMSP (Defence Meteorological Satellite Program) данных метеоразведки о состоянии облачного покрова, осуществляемой в метеоцентре ВВС США на авиабазе Оффут (штат Небраска).

Главными недостатками первых спутников КН-11 были ограниченные возможности при съемке обширных площадей, относительно невысокие характеристики энергетической и оптической подсистем, а также сравнительно низкая общая производительность. После модернизации КН-11 американские специалисты в 1984 году отказались от дальнейшей эксплуатации ИСЗ фоторазведки.

Первый усовершенствованный КА КН-11-6 (известен также под наименованием «Усовершенствованный Кристалл»), выведенный на орбиту в 1984 году, явился самым «долгоживущим» американским спутником видовой разведки. Срок его активного функционирования значительно превзошел расчетный и составил более девяти лет. После серии маневров высота апогея его орбиты впервые превысила 1000 км и стала типовой для всех последующих ИСЗ данного типа. Она позволяет этим космическим аппаратам решать задачи видовой разведки, которые ранее возлагались на фоторазведывательные КА, имеющие широкую полосу захвата (при работе в режиме детальной съемки с высоты 1000 км размер кадра на местности составляет 10 - 15 км, а разрешение 0,6 - 1,5 м, что сравнимо с соответствующими характеристиками спутников детальной фоторазведки).

Основное отличие усовершенствованного КН-11 - наличие новой широкоформатной картографической камеры ICMS (Improved Crystal Metric System), которая позволяет определять координаты объектов с высокой точностью (ранее эти задачи решались с помощью камеры, устанавливаемой на КН-9). Кроме того, новые КА оснащены более совершенными подсистемами электропитания, передачи данных и орбитального маневрирования, благодаря чему возросла их производительность (количество снимков в течение суток), автономность и продолжительность эксплуатации. Масса ИСЗ увеличилась на 1,5 т (до 14т), а срок активного существования - с двух до пяти лет.

В период с 1984 по 1992 год на орбиту были выведены четыре КА КН-11 усовершенствованного типа (NN 6-9). Первый из них из-за неудачных запусков других американских разведывательных ИСЗ в 1985 и 1986 годах на протяжении почти двух лет был единственным спутником системы, и только после запуска (1987) КН-11-7 ее удалось восстановить в полном составе. В 1988 году место КН-11-6 занял новый спутник - КН-11-8, однако старый КА впервые был выведен в резерв (до ноября 1994 года), а не сведен, как обычно, с орбиты. Наиболее совершенный спутник (N 9), запущенный в 1992 году, заменил КН-11-7, прекративший свое существование. В настоящее время в системе эксплуатируются два оперативных ИСЗ (NN 8 и 9).

Прогресс, достигнутый в 80-х годах в области создания многоэлементных ПЗС-матриц, позволяет довести разрешающую способность бортового телескопа КА КН-11 до теоретически возможного результата - 7 - 10 см, а также установить на его борту усовершенствованную аппаратуру инфракрасной съемки. Согласно приведенным в одном из журналов расчетам, разрешающая способность гипотетического разведывательного КА с оптической системой, аналогичной телескопу «Хаббл», который был создан фирмами - разработчиками ИСЗ видовой разведки, составила около 7 см с высоты 275 км.

Технические характеристики ИСЗ оптико-электронной разведки приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Технические характеристики ИСЗ оптико-электронной разведки

Для обнаружения пусков МБР, БР с подводных лодок и ракет-носителей КА используется специальные ИСЗ ИКР. Один из первых ИСЗ «Мидас» Missile Defense Alarm System (MIDAS) приведен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. ИСЗ «Мидас»

Оптико-электронная разведка ведется специальными разведывательными ИСЗ, а также спутниками ДЗЗ. Современные спутники ДЗЗ обеспечивают высокое качество изображений.

Одним из перспективных спутников ДЗЗ является американский ИСЗ WorldView-3, предназначенный для съемки в панхроматическом и восьмиканальном мультиспектральном режиме. Съемочная аппаратура будет полностью аналогична той, которая установлена на КА  WorldView-2. Точность геопозиционирования в лане составит 6,5 м СЕ90 или 4 м (СКО) без дополнительной коррекции плановых координат по наземным опорным точкам.

Решаемые задачи ДЗЗ:

• создание и обновление топографических и специальных карт и планов вплоть до масштаба 1:2000;

• создание цифровых моделей рельефа с точностью 1–3 м по высоте.

• инвентаризация и контроль строительства объектов инфраструктуры транспортировки и добычи нефти и газа;

• выполнение лесоустроительных работ, точная автоматизированная инвентаризация и оценка состояния лесов;

• инвентаризация сельскохозяйственных угодий, создание планов землепользования, точное земледелие;

• тонкий мониторинг состояния посевов, оценка засоренности, выявление вредителей и болезней сельскохозяйственных культур, прогнозирование урожайности.

• автоматизированное создание крупномасштабных карт и планов растительности, ландшафтов и природопользования;

• обновление топографической подосновы для разработки проектов генеральных планов перспективного развития городов, схем территориального планирования муниципальных районов;

• инвентаризация и мониторинг состояния транспортных, энергетических, информационных коммуникаций;

• широкий круг задач в области охраны окружающей среды.

Основные характеристики космического аппарата ИСЗ WorldView-3:

Дата запуска (планируемая): 2014 г.;

Разработчики: Ball Aerospace & Technologies (США), ITT (США; бортовая съемочная аппаратура);

Оператор: DigitalGlobe (США).

Таблица 2.2

Основные технические характеристики съемочной аппаратуры

Очередную «революцию» в КР произвело создание гиперспектральной аппаратуры. Такая аппаратура установлена на КА Таксат-3

Радио- и радиотехническая разведка из космоса ведется с целью добывания данных о местоположении, режимах работы и параметрах сигналов РЭС, для перехватов сигналов радиотелеметрической аппаратуры и средств связи.

Для ведения РРТР в разное время использовались следующие ИСЗ:

на геостационарной орбите:

• Canyon 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (AFP-827)

• Chalet / Vortex 1, 2, 3, 4, 5, 6

• Magnum / Orion 1, 2

• Mentor ('Advanced Orion') 1, 2, 3, 4, 5, 6

• Mercury ('Advanced Vortex') 1, 2, 3

• Rhyolite/ Aquacade 1, 2, 3, 4

на высокоэллиптической орбите

• Jumpseat 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

• Trumpet 1, 2, 3

• "Trumpet F/O" 1, 2

на низкой орбите:

Феррет

ССУ

Основные ТТХ средств космической Р и РТР приведены в табл.2.3.

Таблица 2.3

Основные ТТХ средств космической Р и РТР

Продолжение табл.2.3

РР и РТР с ИСЗ «ССУ» ведется в целях слежения за надводными кораблями (НК) и подводными лодками (ПЛ) в мировом океане. Запускается 3 ИСЗ «ССУ», которые при выходе на орбиту разносятся на небольшие расстояния друг от друга (30-40 км по глубине и 3 - 45 км по фронту), образуя пеленгаторную базу.

Спутники «Джампсит» предназначены для ведения РР и РТР. Они запускаются на вытянутые эллиптические орбиты с апогеем 39000 км и перигеем 700 км. Время ведения разведки на одном витке составляет 8 часов. Система из 2-3 ИСЗ позволяет обеспечить круглосуточное наблюдение за излу­чениями РЭС.

Для ведения РР и РТР используются квазигеостационарные ИСЗ «Аквакейд» и «Вортекс», которые обеспечивают перехват сигналов радиотехниче­ских средств, радиорелейных, тропосферных и некоторых УКВ каналов связи гражданского и военного назначения, телеметрической информации, а также получение координатно-временных данных об источниках радиоизлучений.

Частотный диапазон разведки от 30 до 40 000 МГц. Выбор района разведки осуществляется за счет управляемого дрейфа ИСЗ на орбите и поиск сигналов РЭС по направлению путем разворота ИСЗ и электронного сканирования ДНА.

Рис. 2.9. Внешний вид гипотетических ИСЗ РРТР

Радиолокационная видовая разведка

Для ведения видовой РЛР из космоса используются КА типа «Лакросс», на которых устанавливаются однопозиционные многолучевые РЛС с синтезированной апертурой в сантиметровом диапазоне и однопозиционные однолучевые РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой в дециметровом диапазоне.