Спутники НАСА Landsat неизменно входили в историю наблюдения Земли с момента первого запуска проекта в 1972 году, и в этом году отмечается 50-летие инноваций и науки. Его влияние может удивить вас, как и его постоянная актуальность перед лицом быстрорастущего коммерческого сектора спутниковых изображений.
Landsat может показаться вам знакомым, но ничего особенного в нем не звучит. Это понятно — там наверху куча спутников НАСА смотрит на планету. Но проще всего сказать так: в 1972 году Landsat фактически изобрел современное наблюдение Земли. Тогда помните, когда на каждом изображении Google Earth было написано «USGS»? Да, это тоже был Landsat. Этот проект фактически превратил спутниковую съемку из передового исследовательского инструмента в повседневную технологию.
Landsat 9 был запущен в сентябре прошлого года и стал последним в длинной череде влиятельных космических аппаратов.
Схематический рисунок Landsat-1.
Я разговаривал с Джимом Айронсом, который работает в НАСА с 1978 года, а над Landsat — с 1992 года. Айронс рассказал историю Landsat с самого начала, то, в чем он участвовал сам, и знания, которые он усвоил за эти годы. Вполне уместно, что для проекта, который изменил представление о съемке Земли, его первый спутник был одновременно инновационным и исторически значимым.
«Landsat 1 был запущен в 1972 году — на нем было два прибора, один из них — видикон обратного луча, и он был чем-то вроде телекамеры, он принимал аналоговые данные», — сказал Айронс. «Но Хьюз [Aircraft Company] убедил НАСА поставить на полезную нагрузку другой прибор, более экспериментальный: многоспектральный сканер. И он предоставил цифровые данные».
Вряд ли нужно говорить, что в 1972 г. что-либо был довольно инновационным, не говоря уже о высокоэффективных цифровых датчиках на орбите. Но команда ясно увидела надпись на стене, и это тоже хорошо.
«После запуска у РБВ возникли проблемы, и предпочтительными данными стали данные с ПСС. Это был большой поворотный момент», — вспоминал Айронс. «Это был инструмент, в котором использовалось колеблющееся зеркало, которое двигалось вперед и назад для сканирования пути с частотой 7–14 Гц под орбитальным путем датчика для создания цифрового изображения. И это механическое! Это было удивительно.”
«Разработчик этого датчика Вирджиния Норвуд до сих пор с нами, ей за 90. В то время было очень необычно иметь женщину-инженера вообще. Вообще-то, она приехала на запуск Landsat 9 в прошлом месяце.
Вирджиния Норвуд (фото 1972 г.) с созданным ею инструментом MSS.
Примечателен тот факт, что начало революции в области орбитальной съемки положило детище одной из тогда еще редких женщин в космической и технологической отраслях, чья роль во многих важных достижениях той эпохи только недавно стала привлекать к себе внимание, которого они заслуживают. . Вы можете больше узнать о роли Норвуда в создании MSS, которая является предшественником многих других подобных систем, в этой статье по истории НАСА или в этой более поздней статье.
Преемник MSS под названием Thematic Mapper был выпущен в 1982 году с большим количеством спектральных диапазонов, но затем, в 1984 году, в штаб-квартире задело другое большое улучшение:
«Landsat 5 в 1984 году нес как мультиспектральный сканер, так и продвижение идеи тематического картографа, которая улучшила пространственное разрешение данных с 80 метров с MSS до 30 метров, и были добавлены спектральные диапазоны», — сказал Айронс. . «Но там были все эти данные! Некоторые боялись этих данных, что аналитики будут ими перегружены, но не тут-то было. Возможности компьютеров не отставали, и вскоре предпочтение отдавалось данным тематического картографа».
Кредиты изображений: НАСА
Со временем это подтвердило бы правило, вплоть до настоящего времени: данных действительно не бывает слишком много. Пока вы можете его собирать и хранить, кто-то найдет ему применение.
Они могут даже заплатить вам за это, но попытка приватизировать Landsat в последующие годы провалилась или сгорела при входе в атмосферу Landsat 6, который так и не вышел на орбиту. Между тем, частная компания, созданная для работы и распространения остальных данных, подняла цену до тех пор, пока никто не захотел больше платить. «Это стоило до 4400 долларов за сцену с данными тематического картографа. Люди просто перестали его использовать», — сказал Айронс.
Когда НАСА и Геологическая служба США, которые первоначально занимались распространением изображений, вернулись к своим обязанностям, у них возникла международная проблема с восстановлением данных. Представьте, что у вас есть куча данных на наземной станции в Китае или Южной Америке, задолго до повсеместного распространения широкополосных сетей. Как вернуть его в штаб-квартиру в Штатах для центральной обработки и анализа? Я сказал Айронсу, что представляю себе большие грузовики, набитые жесткими дисками, аналогом Sneakernet с двигателем внутреннего сгорания.
“Это именно то, что произошло!” он смеялся. «Они только что подъехали к [USGS] объект с полуприцепами, полными магнитных лент. Это было сложно, потому что у них были все эти разные форматы и инструменты. Так что это создало небольшой хаос. Они купили печи для пиццы, чтобы испечь воду из некоторых лент». (Я хотел услышать больше об этой части, но наше время было ограничено.)
Кредиты изображений: НАСА
Но репатриация данных была лишь предвестником еще большего сдвига.
«После запуска Landsat 7 это, пожалуй, самое большое изменение во всей программе», — сказал Айронс. «Геологическая служба США по-прежнему брала 600 долларов за картограф данных сцены. И они приняли то, что я считаю институционально смелым решением в 2008 году, пойти навстречу НАСА и предоставить данные Landsat бесплатно всем, кто этого хотел. Таким образом, он вырос с 400 до 600 бесплатных».
Как вы понимаете, этот выбор полностью перевернул модель и в одночасье изменил все.
«Произошел взрыв использования и перераспределения данных», — продолжил он. «Теперь в некоторых местах, таких как Google Earth и Amazon Cloud Services, они загрузили весь архив из Геологической службы США».
Помните старое приложение Google Планета Земля?
Вот почему в течение многих лет всякий раз, когда вы смотрели на онлайн-карту, она указывала на Геологическую службу США. Конечно, Google и Amazon не владели изображениями и не снимали их сами, хотя сейчас все крупные компании делают это в различных масштабах. Они просто скачивали огромную картинку всей Земли и повторно раздавали ее своим клиентам в новом виде.
«Нам нелегко рекламировать данные и программу, чтобы налогоплательщики знали, что они получают свои деньги, — признал Айронс. Это не значит, что каждый раз, когда вы открываете Google Maps, он благодарит вас ты для того, чтобы сделать их бизнес возможным!
С тех пор Landsat 8 и 9 были запущены с улучшенными датчиками и продолжали собирать бесценные данные, которые продолжаются с предыдущими десятилетиями — бесплатная долгосрочная база данных большой части планеты, отображаемая каждые пару недель или около того, в зависимости от об эпохе
Кредиты изображений: НАСА
Конечно, в наши дни такие созвездия, как планета, ежедневно отображают весь земной шар. Так зачем вообще Landsat?
«Те из нас, кто работает с Landsat, очень впечатлены тем, чего добились коммерческие провайдеры, — сказал Айронс. «Смысл, который мы хотим донести, заключается в том, что Landsat дополняет эти данные, а не заменяет данные Landsat. Во-первых, это открытый и прозрачный доступ — это ключ, и это верно для всех данных, собранных спутниками НАСА.
«Во-вторых, Геологическая служба США ведет этот 50-летний архив данных. Есть ли экономическое обоснование для компаний, чтобы архивировать свои данные в течение десятилетий, чтобы мы могли наблюдать за последствиями изменения климата в долгосрочной перспективе, а не просто получать короткие всплески данных? Я не знаю, есть ли бизнес-кейс».
Вы можете увидеть пример того, как выглядят непрерывные данные за десятилетия здесь:
«И одна из вещей, которая позволяет нам анализировать временные ряды, заключается в том, что НАСА уделяет большое внимание калибровке между датчиками», — продолжил Айронс. «Если вы переходите от одного изображения Landsat к другому, вы знаете, что оно было откалибровано — если вы видите изменение с течением времени, вы можете понять, что меняется вещь, а не камера. [Commercial constellations] использовать для этого данные Landsat; мы служим отраслевым стандартом, чтобы помочь им выполнить калибровку».
Здесь разговор перекликается с тем, о чем я говорил с Джинджер Батчер, которая годами занималась разъяснительной работой в рамках проекта.
«Мы можем сравнить изображение Landsat сегодня с изображением Landsat 1972 года», — сказала она. «Это один из принципов программы: у нас есть специальная команда по калибровке, которая следит за приборами. Каждое полнолуние мы разворачиваем космический корабль, чтобы использовать его как своего рода серую карточку фотографа».
С ростом роли коммерческих провайдеров в космической программе США в последние несколько лет возник вопрос, стоит ли Landsat продолжать финансирование, но аргументы, подобные приведенным выше, победили.
«Раньше нам приходилось очень много работать, чтобы получить следующую миссию, но теперь правительство говорит, что это ценный ресурс, который стоит продолжать», — сказал Батчер. «Сейчас мы смотрим в будущее и смотрим, какие возможности мы хотим получить от следующего Landsat. Какие исследования проводят люди? какие дополнительные длины волн нужны для работы на льду, или в лесу, или на отдельных участках в сельском хозяйстве? Например, с помощью тепловых данных мы можем посмотреть на посевы и увидеть, не залиты ли они водой или нет — с правами на воду на западе это действительно важно. По мере того, как ученые берутся за новые вопросы и новые области исследований, они угадывают, куда пойдет Landsat».
Больше, чем когда-либо, проект будет работать совместно с коммерческим сектором и со спутниками ЕКА, такими как Sentinel-2.
«Мы думаем, что это здорово», — сказал Айронс. «Появление всех этих систем означает, что проект Landsat оказался невероятно успешным; это фактически создало для них рынок».