Секретный агент Хаббл

Лучшее из возможных

Следующее поколение

Вы почти наверняка слышали о недавней публикации спутникового изображения высокой чёткости, где видны последствия неудачной попытки запуска Ираном своей ракеты Сафир на жидком топливе. Геополитические последствия разработки Ираном подобных баллистических ракет – это сама по себе интересная история, однако в данном случае нас больше интересует то, каким образом был получен этот снимок. Учитывая все известные переменные, вроде даты и времени инцидента, и местоположения пусковой площадки, аналитики подсчитали , что снимок, вероятно, был сделан секретным американским спутником KH-11 ].Изображение поражает воображение – такой уровень детализации превосходит все средства наблюдения из космоса, к которым есть доступ у обычных граждан. По некоторым оценкам, фото было сделано с расстояния в 382 км, и разрешение изображения, судя по всему, оказывается не хуже, чем 10 см на пиксель. И учитывая, что орбита данного спутника иногда проседает до 270 км над поверхностью Земли, вероятно, что его максимальное разрешение ещё выше.Конечно, многие аспекты работы спутников KH-11 остаются засекреченными, в особенности последние версии оборудования. Однако их существование и принципиальная схема работы не являются секретом уже несколько десятилетий. Изображения, полученные со спутников KH-11, так или иначе попадали в общий доступ ещё в 1980-х и 1990-х, и хотя изображение из Ирана определённо имеет наивысшее качество, оно не кажется таким уж удивительным, учитывая прошедшее с предыдущих фотографий время.А вот о том, что встанет на замену KH-11, нам известно гораздо меньше. Сделавший эту фотографию спутник известен как USA 224; он находится на орбите с 2011 года. Национальное управление военно-космической разведки США (NRO) с тех пор запустило уже несколько новых спутников-шпионов; оно планирует поднять на орбиту ещё несколько до 2021 года.Давайте подробнее изучим серию спутников-шпионов KH-11, и сравним их с тем, что нам известно по поводу возможностей технологий орбитальных наблюдателей следующего поколения, которые уже летают у нас над головами.Спутник KH-11 KENNEN был разработан на замену плёночному KH-9 HEXAGON, появившемуся в 1960-х. Чтобы получать с этих спутников изображения, нужно было отправлять небольшие капсулы с плёнкой обратно на Землю. Они входили в атмосферу, и их ловил на лету поджидающий самолёт; этот процесс был медленным, сложным и дорогим. Новая цифровая технология KH-11 позволяла передавать изображения по сети связи почти в реальном времени.Но несмотря на то, что первый KH-11 был запущен ещё в 1976 году, ни одной фотографии этого спутника не попало в общий доступ. К счастью, аналитики неплохо представляют себе его внешний вид, поскольку у него есть очень известный двоюродный братец: космический телескоп им. Хаббла. Оба космических телескопа с оптической системой Ричи — Кретьена (вариацией системы Кассегрена) были построены компанией Lockheed, и, как следует из записей НАСА, некоторые элементы схемы Хаббла (к примеру, диаметр основного зеркала в 2,4 м) были выбраны «для уменьшения стоимости изготовления путём использования производственных технологий, разработанных для военных спутников-шпионов».И это семейное сходство – не просто плод досужих рассуждений. В 2010, а потом и в 2015 годах любитель астрофотографии Ральф Вандеберг сумел напрямую снять два разных спутника KH-11 с использованием любительского оборудования. И, несмотря на относительно низкие технологии использованного оборудования, он смог сфотографировать эти секретные аппараты, и эти фотографии подтверждают подозрения аналитиков о том, что они очень сильно похожи на Хаббл.На этих зернистых фото можно видеть похожую конусообразную форму, а также апертурную крышку на конце телескопа. У KH-11 также есть по меньшей мере одно солнечное «крыло», как у Хаббла, и, возможно, направленная антенна с другой стороны; хотя Ральф говорит, что это может быть просто солнечный блик.По размеру KH-11 почти наверняка такого же диаметра, что и Хаббл, раз уж у них одинаковые зеркала, но, по слухам, не такой длинный. Укороченная длина фокуса даст KH-11 более широкое поле зрения, чем у Хаббла, и это больше подходит для наблюдения за тем, что происходит на земле.Если уж один человек с оборудованием потребительского класса смог найти, отследить и сфотографировать два спутника KH-11, разумно предположить, что иностранной разведке это тоже удавалось. Маловероятно, что какую-либо передовую с технологической точки зрения страну эти спутники смогут застать врасплох.Конечно, знать об их существовании, и знать, на что они способны – это две разные вещи. Но, оказывается, и на этот вопрос ответить довольно легко. Подсчитать угловое разрешение телескопа можно через критерий Рэлея , учитывающий длину наблюдаемой волны и диаметр апертуры. Это угловое разрешение вкупе с высотой спутника в момент наблюдения может сказать нам, насколько крупным должен быть объект, чтобы KH-11 смог заметить его с орбиты.Для зеркала диаметром 2,4 м, наблюдающего за длиной волны в 500 нм критерий Рэлея даёт обусловленное дифракцией ограничение разрешения в 0,05 угловых секунд. На высоте в 250 км это превращается в разрешение 6 см на поверхности. Стоит учесть, что этот максимум теоретический, и на практике разрешение будет меньше из-за атмосферных искажений и из-за того, что спутник вряд ли окажется точно над наблюдаемым местом. Получается, что с предполагаемым разрешением в 10 см иранская фотография находится в рамках расчётных возможностей KH-11.Опять-таки, для разведки потенциального противника будет несложно провести все эти расчёты и понять, что сможет увидеть KH-11. Особенно с учётом того, что США использует спутники-шпионы с таким физическим разрешением более 50 лет. KH-8 GAMBIT, плёночный спутник-шпион, который запустили в 1966 году, в идеальных условиях также был способен рассмотреть объекты размером от 5 до 10 см.Может показаться странным, что разрешение американского спутника-шпиона 1966 года сравнимо с разрешением современных спутников, учитывая, как сильно шагнула вперёд технология. Но, по сути, эти телескопы – оптические, и физику, управляющую их работой, рассчитали задолго до того, как можно было мечтать об отправке их в космос. Периферийное оборудование телескопов определенно эволюционировало с 1960-х годов – двигатели, пропускная способность, энергопотребление, надёжность. Однако зеркало диаметром 2,4 м будет работать сегодня так же, как работало 50 или 100 лет назад.А если возможности оптических телескопов приблизились к физическим пределам, куда можно двигаться дальше? Наиболее очевидный способ повышения эффективности этих спутников – использование программ, улучшающих изображения. Благодаря вычислительным прорывам последнего десятилетия, изображения с телескопов можно делать чётче и подчищать цифровым методом. Возможно, именно поэтому иранское изображение выглядит лучше, чем снимки с KH-11, опубликованные в 1990-х, хотя реальное разрешение телескопа с тех пор не поменялось.Ну а кроме этого, считается, что более новые спутники-шпионы, такие, к примеру, как NROL-71 , запущенный в январе 2019 года, могут дополнять или даже заменять оптические телескопы другими технологиями, в частности, при помощи радиолокационного синтезирования апертуры (РСА). У спутника с радаром есть множество преимуществ перед оптическим – например, возможность наблюдать за целью ночью или в плохую погоду. В лабораторных условиях РСА достигали разрешения меньше миллиметра, и хотя реальное разрешение при разглядывании цели с сотни километров будет однозначно меньше, у этой технологии есть потенциал к тому, чтобы вывести наблюдение с орбиты за пределы физических ограничений, существовавших с момента запуска первых спутников-шпионов Холодной войны.