 Михайло Попов – у робочому кабінеті |
Кажуть, що з космосу видно все. Значною мірою це правильно, якщо вміти дивитися й аналізувати. Cаме цим багато років успішно займаються вчені Наукового центру аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук Національної академії наук України. Займаються, щоб з допомогою супутникової інформації розв’язувати актуальні проблеми, важливі для України, її економіки, промисловості, забезпечення енергетичної і продовольчої незалежності.
Тому доповідь нинішнього директора Центру доктора технічних наук Михайла Попова про використання технологій дистанційного зондування Землі у розв’язанні актуальних проблем реального сектору економіки та оборони на засіданні Президії НАН України викликала жвавий інтерес серед присутніх. Члени Президії та запрошені відзначали наукові та науково-технологічні розробки Центру, спрямовані на підвищення ефективності пошуку родовищ нафти і газу, збереження та контроль екологічного стану навколишнього середовища, прогнозування врожайності сільськогосподарських культур тощо. Згадувалась спільна з японськими вченими робота щодо використання супутникових даних для моніторингу земного покриття, особливо рослинності, в районі аварії на АЕС «Фукушіма». Із зацікавленістю було сприйнято інформацію про роботу, яку Центр вже кілька років веде разом із співробітниками Казенного підприємства спеціального приладобудування «Арсенал»- задля створення принципово нової бортової знімальної апаратури для українського супутника дистанційного зондування Землі «Січ».
Космос і дослідження Землі, моніторинг процесів, які відбуваються у спільному домі всіх землян, – запорука правильного розуміння, а отже передбачення і використання одержаних даних на користь суспільства і майбутнього країни. Власне, про це поєднання космічного й земного в роботі Центру ми й ведемо розмову з Михайлом ПОПОВИМ.
Новий сканер для українського супутника ДЗЗ
Михайло Олексійович прийшов у Науковий центр аерокосмічних досліджень Землі у 2002 році на запрошення фундатора цієї наукової установи, академіка НАН України, доктора геолого-мінералогічних наук, лауреата Державних премій у галузі науки і техніки, одного з найбільш шанованих і заслужених українських учених Вадима Івановича Лялька. Нині Вадим Іванович – почесний директор Наукового центру. Він, як і раніше, бере активну участь у наукових дослідженнях Центру, використовує свої енциклопедичні знання і величезний практичний досвід у підготовці молодих науковців.
У Михайла Попова, автора понад 300 наукових статей і більш ніж 60 патентів на винаходи, наукові інтереси завжди були націлені на дослідження та реалізацію можливостей космосу для вивчення земних об’єктів, явищ та процесів. Каже, що для цього працював з аерокосмічними знімками, розробляв й удосконалював методи їх комп’ютерного оброблення і дешифрування, вирішував разом зі своїми колегами за допомогою технологій дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) найрізноманітніші тематичні завдання. Спектр таких завдань дуже широкий – дистанційний пошук родовищ природних копалин, прогнозування небезпечних природних явищ і оцінка їх наслідків, дослідження екологічного стану довкілля, національна безпека і оборона тощо.
– Сьогодні існує розвинений міжнародний ринок супутникових послуг, на якому країни-оператори пропонують супутникові зображення та різноманітні інформаційні продукти на їх основі, – розповідає Михайло Олексійович. – Але Україна ще з радянських часів має доволі високий космічний потенціал й необхідні умови для того, щоб виводити на орбіту власні супутники. За останні 25 років відбулося кілька запусків вітчизняних космічних апаратів, у найближчі роки Державне космічне агентство України планує вивести на орбіту ще кілька вітчизняних супутників ДЗЗ з бортовим навантаженням, яке забезпечить отримання високоякісних зображень поверхні Землі. Одним з елементів такого навантаження є сканер інфрачервоного діапазону, оригінальний принцип побудови якого запропонований і запатентований нами разом із колегами з Казенного підприємства спеціального приладобудування «Арсенал». Вперше у сканерах такого класу використано так званий субпіксельний принцип реєстрування й оброблення оптичних сигналів, що дозволяє формувати інфрачервоні зображення підвищеної просторової якості. На сьогодні створено пілотний зразок інфрачервоного сканера, він успішно пройшов тестові випробування, робота з його удосконалення продовжується.
– А як довго може працювати супутник, який знімає Землю?
– Перші супутники, які запускалися, щоб знімати Землю (це були 60-ті роки минулого століття), мали невелику тривалість активної роботи на орбіті –до кількох місяців. Поступово конструкції космічних апаратів удосконалювались, а ресурс часу на орбіті збільшувався. Сьогодні – це мінімум 5-7 років, причому зазвичай супутник працює значно довше. Наприклад, перший комерційний супутник високого просторового розрізнення IKONOS, запущений у вересні 1999-го року США, видавав якісні багатоспектральні зображення Землі аж до березня 2015 року, тобто понад 15 років.
Щоб забезпечити тривалу роботу космічного апарата на орбіті, при його побудові застосовуються спеціальні елементи, засоби підвищеної якості й надійності, йому потрібні додаткові енергоресурси тощо. Все це суттєво збільшує габарити апарата, вартість його виготовлення та запуску. Але практика показує, що один супутник – «в полі (тобто в космосі) – не воїн». Тому в останнє десятиліття провідні космічні компанії світу звернулися до так званих малих космічних апаратів (їх маса вимірюється кілограмами). У складі такого угруповання може бути 100, 120 й навіть більше малих супутників, а працюючи разом, вони щоденно покривають знімками практично всю поверхню земної кулі, що дуже важливо для прийняття оперативних і адекватних рішень.
– Тобто, розглядаючи космічні зображення, можна спостерігати за ситуацією у будь-якому куточку Землі?
– Якщо йдеться про спостереження, то так, за умови, що людина має досвід роботи із цифровими аерокосмічними зображеннями та їх аналізом. Але значно частіше вирішення проблеми вимагає крім сучасних дистанційних аерокосмічних методів додаткової інформації у вигляді наземних завіркових вимірювань. А крім того, існує необхідність періодичного калібрування бортових сенсорів, оскільки в процесі експлуатації їх характеристики можуть змінюватись.
Для цих цілей провідні космічні країни світу створили систему з кількох десятків калібрувально-завіркових полігонів, які облаштовані на різних континентах і розподілені таким чином, щоб врахувати властивості об’єктів різних географо-кліматичних зон. Загальносвітова система полігонів ДЗЗ перебуває під егідою створеного у 1984-му році Committee on Earth Observation Satellites (CEOS), у складі якого нині – космічні агентства 32 країн світу. Серед них і Україна, але її роль в CEOS дуже обмежена. Адже хоча наша країна періодично й запускає власні супутники ДЗЗ, жодного полігону для калібрування сенсорів, створення умов для вимірювання і накопичення необхідних наземних даних на нашій території не було облаштовано. Це не давало можливості сертифікувати матеріали супутникової зйомки і заважало виходу з ними на міжнародний ринок космічних зображень.
Тому в 2005 році наш Центр виступив ініціатором створення в Україні мережі калібрувально-завіркових полігонів ДЗЗ, розробив схему розподілу їх, обґрунтував вимоги до методичного, інструментального та програмного забезпечення. Ну а далі почалась робота з реалізації цього проекту.
– Таку мережу полігонів вдалося створити?
– Ми почали зі створення двох полігонів ДЗЗ. Один облаштували на території Шацького національного природного парку, а другий – на базі Національного центру управління та випробувань космічних засобів в Криму, поблизу Євпаторії. Перші кілька років Центр здійснював усі роботи власними силами і ресурсами; а пізніше, коли Державне космічне агентство України усвідомило актуальність і важливість цієї проблеми, до облаштування євпаторійського полігону ДЗЗ було підключено Інститут космічних досліджень НАНУ та ДКАУ. Потім ми почали облаштовувати і залучати для отримання завіркових даних полігони в Київській, Вінницькій та Миколаївській областях, на Прикарпатті. Сьогодні більшість із цих полігонів всебічно вивчено, відкартовано й описано відповідно до міжнародних вимог; створено велику базу даних, в якій зібрано спектральні відбивальні характеристики природних об’єктів, характерних для різних географо-кліматичних зон України. Створити таку базу вдалося ще й тому, що Центр володіє унікальним приладом – польовим прецизійним спектрорадіометром FieldSpec виробництва відомої американської кампанії ASD. У придбанні цього доволі дорогого приладу сприяла чинна на той час в НАНУ програма оновлення наукового приладового парку. На жаль, сьогодні ця програма практично не працює, причина банальна – відсутність коштів.
Проте далеко не все ще зроблено, аби створити належну українську систему полігонів ДЗЗ, стати рівноправним членом CEOS і користуватися його ресурсами, пропонуючи вітчизняні супутникові інформаційні продукти міжнародним користувачам.
Науковий потенціал стає результатом
– А які ще ми маємо проекти в рамках міжнародного співробітництва?
– Кажучи назагал, практично вся космічна діяльність, починаючи із запуску першого штучного супутника Землі, є глобальним перманентним міжнародним проектом. Наша держава завжди була і залишається його учасником. Українські наукові установи й організації, творчі колективи вчених беруть участь у різноманітних білатеральних, транскордонних науково-прикладних проектах, цільових, рамкових та інших міжнародних програмах.
Наш Центр також завжди приділяв увагу співробітництву з іншими країнами. Ще всередині 90-х спільно із колегами з Німецького аерокосмічного агентства ми виконали великий обсяг досліджень щодо оцінювання стану рослинності і ризиків виникнення пожеж у зоні відчуження Чорнобильської АЕС. Наші оцінки й рекомендації були передані адміністрації ЧАЕС, а також міжнародній комісії з проблем Чорнобиля.
Як відомо, з подібною катастрофічною ситуацією зіткнулися і в Японії на АЕС «Фукушіма-1». Всередині 2013 року до нас звернулися вчені Інноваційного центру наносупутникових технологій Токійського університету з проханням використати наші методики і досвід оброблення багатоспектральних космічних знімків та даних підсупутникових спостережень для екологічного моніторингу території відчуження «Фукушіми-1». Було підписано відповідний договір, робота фінансується Міністерством освіти, культури, спорту, науки і технологій Японії, здійснюються спільні дослідження.
У 2007-2009 роках Центр брав участь також у міжнародному проекті «The model and automated technology for land cover». Суть його полягала в тому, аби максимально автоматизувати складний процес класифікування багатоспектральних супутникових знімків. Разом з колегами Чехії, Білорусі та Данії нам вдалось розробити нову технологію автоматизованого класифікування земних покривів.
В Європі постійно опікуються проблемою захисту та розвитку природно-заповідних територій; існують спеціальні програми для цього. У рамках однієї з них – CENTRAL EUROPE Programme – в 2009-2012 роках виконувався проект «Adaptive management of climate induced changes of habitat diversity in protected areas». Учасниками його були 19 наукових організацій і природних парків з 9-ти країн Центральної Європи, у тому числі від України – наш Центр.
Один із багатьох наукових напрямків – оцінювання стану ґрунтів і ризиків посух. Отримані вченими Центру науково-прикладні результати зацікавили, зокрема, спеціалістів Національного агентства з розвитку оазисів Марокко (ANDZOA). Наші вчені вже двічі запрошувались в Марокко проводити тренінг-семінари і консультації для співробітників Агентства. У цьому році планується знову провести семінар-школу в одній з регіональних філій Агентства, зараз триває підготовча робота. Нещодавно бажання підключитися до співпраці в цьому напрямку висловила американська компанія PlanetLabs – володар і оператор великого супутникового угруповання.
 Михайло Попов (другий зліва) з колегами в університеті Марокко |
– Я б хотіла розпитати Вас більш детально про роботу на Фукушімі.
– У Науковому центрі передової науки та технології (RCAST) Університету Токіо (лабораторія професора А. Івасакі) здійснюють постійний моніторинг зони відчуження АЕС «Фукушіма-1». Розуміючи переваги супутникових даних, Токійський університет сконструював кілька мікросупутників Hodoyoshi. Їх запустили у листопаді 2014 року з допомогою української ракети-носія «Дніпро». А для тематичного оброблення супутникових даних і отримання з їх допомогою оцінок забруднення території навколо АЕС та визначення секторів інтенсивної міграції радіонуклідів у підземні горизонти японська сторона запросила наших спеціалістів. Професор Івасакі з колегами приїздив до нас улітку 2014 року. Було підписано договір, і наші досвідчені колеги, доктори наук Олександр Сахацький та Сергій Станкевич вирушили до Японії. Працювали у місті Наміє – це їхній аналог Прип’яті, у передгір’ях – на кордоні 20-кілометрової зони – провели польові обстеження.
На жаль, мікросупутники Hodoyoshi, в силу технічних причин, так і не вийшли на штатний режим роботи, проте за допомогою зображень із супутників ALOS, RapidEye та Sentinel було досліджено довготривалий вплив радіонуклідів на навколишнє середовище, насамперед рослинність, розраховано ризики виникнення пожеж та оцінено можливі їх наслідки у вигляді вторинних викидів радіонуклідів
– А яка зараз ситуація навколо аварійної станції?
– Наші колеги побували там знову 2015 року. Вони ще раніше помітили, що контури зони, які пролягають уздовж сліду радіонуклідів, не зовсім правильно визначено. Слід ліг на передгір'я, людей відселили. Але ж під впливом опадів радіонукліди потихенько спускалися з гір і почали наступати на населені пункти, де раніше не було радіаційного забруднення. І тепер парадокс: біля самої аварійної АЕС стало чистіше, а в передгір’ях – навпаки. Ми й раніше про можливість додаткового забруднення попереджали місцеву владу. Як реагували на наші повідомлення, не знаю. Але схоже, що незабаром проблема стане в повний зріст.
 Візит до МАГАТЕ |
Гамлетівське питання: економіка чи екологія?
– Знаю, що Центр багато працює з аграріями, оцінює стан посівів і прогнозує врожайність. Це – важлива економічна складова і продовольча безпека держави. А чим може допомогти Центр дистанційного зондування Землі у збереженні екології?
– Так, ми багато років працюємо над створенням системи оцінювання посівів сільськогосподарських культур і прогнозування врожайності з урахуванням регіональних особливостей, використовуючи для цього супутникові знімки. Співпрацюємо з установами Академії аграрних наук України, регіональними центрами «Держродючість», агрофірмами, агрометеорологічними станціями тощо.
Водночас у структурі Центру є відділ аерокосмічних досліджень в геоекології (завідувач – кандидат геологічних наук В. Філіпович). З допомогою супутникових даних було проаналізовано зміни в межах території Києва, що відбувались з 1985 по 2016 роки, оцінено зменшення кількості зелених насаджень та ущільнення забудови. Виявлено погіршення еколого-кліматичних характеристик міського середовища. Наприклад, у Шевченківському районі територія природно-рекреаційного значення скоротилася на 11,64%, у Солом’янському – на 4,8%. А це стало однією з причин зростання поверхневої температури: у Шевченківському районі – аж на 4,9 градуса, в Солом’янському – на 4,7 градуса. Погіршується екологія і в інших районах міста.
Ще одна актуальна тема – дослідження торфовищ. Торфовища – складна природна система, що значною мірою впливає на екологічний стан довкілля, особливо у зв’язку з потеплінням клімату. Торфовища виконують водорегулюючу та природоохоронну функції, але при всіх своїх «плюсах» можуть порушити тепловий баланс екосистеми. І хоч торфовища займають всього 2–3% поверхні суходолу, проте утримують 25% ґрунтового вуглецю планети.
Торф’яні пожежі є найбільшим у світі явищем за обсягом викидів вуглецю. Тліюча пожежа може тривати роками. Приховане горіння відбувається в підземних шарах торфу, пожежі можуть витримувати вологу і дощову погоду і навіть продовжувати тліти під снігом. Багаторічні дослідження, проведені кандидатами наук Л. Ліщенко та Н. Пазинич, переконливо показали, що космічні знімки, доповнені матеріалами зйомки з безпілотних літальних апаратів, а також вибірковими польовими даними, дозволяють виділяти заболочені та заторфовані ділянки земної поверхні, диференціювати ландшафтні комплекси за рівнем посушливості, контролювати пожежонебезпечні території та своєчасно виявляти локальні осередки займання.
Перспективність підходу було перевірено торік на кількох ділянках Київської та Чернігівської областей. Ми працювали разом зі спеціалістами Українського науково-дослідного інституту цивільного захисту та компанії DronUA; було визначено температуру поверхні палаючого торфовища Трубіж (біля села Данівка Козелецького району на Чернігівщині), виявлено осередки прихованого горіння торфу на значних територіях.
– А що, на Вашу думку, робити зі звалищами сміття? Таке враження, що вони нас скоро засиплять.
– Справді, утилізація твердих побутових відходів сьогодні для України є надзвичайно гострою проблемою. За даними Міністерства регіонального розвитку, будівництва, житлово-комунального господарства України річний обсяг утворення відходів становить 59 млн. куб. м (біля 13 млн. т). Щороку обсяг твердих побутових відходів зростає на 4–7%. На 6700 полігонах та звалищах України накопичено понад 15,2 млрд. т відходів.
Що ми тут можемо зробити? По-перше, моніторити поточний стан звалищ різних класів – від полігонів площею в десятки гектарів до маленьких звалищ в десятки квадратних метрів. По-друге, оперативно виявляти стихійні звалища. По-третє, супутникові технології відіграють важливу роль при облаштуванні та експлуатації нових звалищ твердих побутових та промислових відходів, оскільки саме дешифрування матеріалів космічної зйомки дозволяє з мінімальними витратами часу та інших необхідних на це ресурсів виявити і уточнити геолого-структурні і ландшафтно-геоморфологічні особливості території для звалища, а також визначити шляхи та ареали забруднення довкілля шкідливими сполуками.
Торік співробітники Центру В. Філіпович, А. Мичак та О. Кудряшов дослідили екологічний стан проблемної території біля селища Горенка Київської області, де розташовано звалище твердих побутових відходів. Було залучено знімки Landsat та Quick Bird, встановлено ареали забруднення довкілля шкідливими сполуками. Визначено, що звалище експлуатується з грубим порушенням державних санітарних правил і норм.
– Проблема екології дедалі частіше супроводжує діяльність людини. Що тоді казати про видобуток сланцевого газу? Його треба розглядати як турботу про енергетичну безпеку держави чи руйнування природного середовища? Адже це теж одна із тем, якою переймається Центр.
– Проблема енергетичної безпеки актуальна для будь-якої країни світу, для України зокрема. В останні часи багато надій пов’язується зі сланцевим газом. Але варто пам'ятати, що втілення цих надій супроводжується сильним негативним впливом на природне середовище. Видобуток сланцевого газу пов’язаний із техногенним створенням у стиснутих газоводонасичених шарах, які залягають на глибинах у 2,5-4,5 кілометрів, просторово розвинутих зон високопроникної тріщинуватості. Для цього використовують так званий фрекінг-процес, для якого потрібні у великій кількості хімічно та поверхнево активні речовини.
Академік НАН України В. Лялько показав, що однією з основних еколого-техногенних загроз та геолого-економічних ризиків промислової розробки родовищ сланцевого газу в нафтогазоносних структурах України (порівняно з традиційними газовими родовищами) є небезпека довгострокового забруднення підземної гідросфери, зокрема, стратегічно важливих горизонтів прісних вод та родовищ лікувальних мінеральних ресурсів. Відомо, що існують також інші серйозні загрози довкіллю. Тому ми вважаємо, що при обговоренні проблеми видобутку сланцевого газу в Україні обов’язково слід враховувати екологічний чинник і базуватися на результатах всебічних наукових досліджень з використанням сучасних гідрогеологічних моделей, аерокосмічних і геоінформаційних технологій.
Тому треба сто разів зважити. Можна погодитися з певними втратами, якщо вони мінімізовані за рахунок правильного вибору – місця і технології. Але треба бути дуже обережним, передбачливим і зваженим. До речі, поляки практично відмовились від добування сланцевого газу.
Коли молодь піде в науку?
– У нашому Центрі працює чудовий колектив, досвідчені фахівці, – підсумовує Михайло Попов. – В останні роки зросла кількість молоді.
Водночас академік В. Гінзбург, лауреат Нобелівської премії, більш ніж півстоліття тому сформулював чотири умови, котрі необхідні людині для нормальної наукової роботи: задовільна заробітна платня, гроші на устаткування, житло, швидкість у рішеннях. Багато чого змінилось з тих пір, але тільки не названі умови. Тому зрозуміло, що саме треба робити, щоб більше молодих ішло в науку.
Спілкувалася
Лариса ОСТРОЛУЦЬКА