Прощай APT: спутники NOAA-15, NOAA-18 больше не работают. История «погодной сети»

«Все, что имеет начало, имеет и конец», — говорил римский философ Сенека. История погодных спутников, запущенных США, насчитывает уже более полувека. Первый из них был выведен в космос аж в 1960 году, и с этого момента можно начинать отсчет истории работы гражданской службы спутникового наблюдения за погодой.

В следующие годы было запущено множество метеоспутников: геостационарные (GOES), полярно-орбитальные (POES), полярные (JPSS) и отдельная обсерватория DSCOVR для мониторинга космической погоды. Самыми популярными стали спутники POES, данные с которых можно было легко принять, имея обычную VHF-рацию и простую антенну из медной проволоки.

Сегодня мы заглянем в прошлое и покажем, какие данные можно было получить с этих спутников. А еще узнаем, почему NOAA приняло решение отключить их, не оставляя в тестовом режиме.

Программа TIROS

Первый американский метеорологический спутник носил имя TIROS, сокращение от Television InfraRed Observation Satellite. Он представлял собой 18-гранный «бочонок» диаметром чуть более 1 метра, покрытый 9 200 солнечными ячейками для генерации электроэнергии. Этот массив мог обеспечить космический аппарат (КА) лишь скромными 47 Вт при оптимальной освещенности.

В качестве хранилища использовалась 21 никель-кадмиевая ячейка типа F-5 со стеклопластиковыми уплотнителями для изоляции положительного вывода от металлического корпуса. В официальных источниках сложно найти данные об общей емкости, зато есть упоминание о том, что глубина разряда не превышала 3%.

Основной задачей спутника было проверить, можно ли получить фотографии облачного покрова в достаточном разрешении, чтобы использовать их при создании метеопрогнозов. Для этого на борту спутника находились две видеокамеры с широкоугольным и узкоугольным объективами. В качестве запоминающего устройства была обычная магнитная лента, данные с которой периодически пересылались на наземную станцию:

Проработал TIROS-1 всего лишь 2,5 месяца, а затем система электропитания вышла из строя. Замолчавший спутник так и остался на орбите, делая один оборот вокруг Земли каждые 97,4 минуты. Отследить его можно по номеру NORAD ID 29 ^[3] или международному коду 1960-002B.

Следом в космос отправились еще три версии аппарата, которые должны были ликвидировать недочеты первой и расширить возможности с помощью новых научных инструментов. TIROS-2 нес на себе два радиометра: FPR ^[4] и MRIR ^[5]. Первый представлял собой термочувствительную пластину с фильтрами для оценки общего баланса солнечной и земной радиации. Второй имел более сложное устройство, умеющее строить температурные карты облаков и поверхности Земли:

В следующих версиях состав научного оборудования незначительно менялся. Пожалуй, стоит отметить TIROS-7, на котором был дополнительно установлен инструмент LP ^[7], так называемый Зонд Ленгмюра. Его добавили, чтобы измерять поток частиц и оценивать условия космической погоды.

Настоящим нововведением стал TIROS-8. Это был первый КА, оснащенный системой APT ^[8] (Automatic Picture Transmission). Каждые 8 секунд аппарат делал снимок, который разбивался на 800 строк (800 пикселей на каждую) и затем начинал передаваться в эфир со скоростью 240 строк в минуту. Основное преимущество — принять сигнал можно было не только из хорошо оснащенного радиоцентра, но и с помощью мобильной наземной станции с приемником VHF-диапазона.

Таким образом, за сутки TIROS-8 успевал сделать фотографии облачности практически всей планеты при дневном освещении и передавать их почти в реальном времени. Эксперимент был проведен при участии 50 наземных станций, расположенных в разных странах мира, и система показала себя с лучшей стороны. Увы, но слабым звеном в итоге стала телекамера. Почти 5 месяцев в таком режиме привели к серьезной деградации качества изображения, поэтому APT пришлось отключить.

Программа Nimbus

Метеорологические исследования с помощью спутников лишь начинали набирать обороты. Ученые из NASA стремились расширять свои знания и проверять разные гипотезы относительно сбора данных. Одной из задач, которую решали спутники семейства Nimbus, было определение температуры атмосферы и ее радиационных характеристик.

Спутники этой серии представляли собой тестовый полигон, на котором проверялись научные инструменты для будущих полярно-орбитальных спутников. Первые два аппарата были оснащены APT, а на остальных проводилась масса экспериментов с передачей данных на разных диапазонах, например S-band:

Они также собирали данные с наземных источников — радиобуев, автономных датчиков, метеостанций, шаров-зондов и дрейфующих платформ. Все они функционировали на частотах 401–403 МГц, а спутники Nimbus принимали их и ретранслировали в центр управления. В будущем эти наработки легли в основу международной системы Cospas-Sarsat ^[10], занимающейся обнаружением местоположения аварийных радиомаяков и способной принять сигнал Mayday (SOS) в любой точке планеты на частоте 406 МГц.

Программа ITOS / NOAA

Итак, мы подошли к началу создания спутников NOAA. Первые пять из них носили название ITOS (Improved TIROS Operational Satellites). Название говорит само за себя — это должны были быть доработанные спутники TIROS, но в конечном счете они изменились до неузнаваемости:

От «бочонка» не осталось и следа — форма аппарата была изменена, чтобы поместить на борт больше инструментов, а солнечные панели теперь разворачивались по бокам. Помимо APT, в него добавили новую разработку — HRPT (High-Resolution Picture Transmission). Эта технология стала вынужденной мерой, так как качество изображений значительно выросло, а следовательно, и передавать их нужно было в разы быстрее.

APT использовал частоты 137–138 МГц и позволял отправлять в эфир данные на скорости 4 160 бод (~3,3 Кбит/с). Новый же стандарт HRPT работал в L-диапазоне на частоте 1,7 ГГц, а скорость выросла до ~665 Кбит/с. Правда, и требования к приемному оборудованию стали жестче. Если для APT было достаточно портативной рации и всенаправленной антенны (в идеале квадрифилярная с правой круговой поляризацией), то для HRPT уже требуется направленная антенна вроде параболической тарелки со спиральным облучателем в фокусе.

С технической точки зрения APT не слишком сложен. Каждый отдельный фрейм содержит данные двух каналов изображения (Video A и Video B), телеметрию и данные синхронизации. Чаще всего первый канал использовался для передачи картинки в видимом диапазоне, а второй — в инфракрасном:

Декодировать подобные передачи можно было с помощью разных приложений — от любительских вроде noaa-apt ^[13] до профессиональных, таких как WXtoIMG ^[14] от компании Abstract Technologies. Часть приложений позволяла, помимо обычного декодирования монохромных картинок, составлять температурные карты (псевдоцветные):

Почти все спутники NOAA запускались с космодрома военно-воздушной базы Ванденберг (округ Санта-Барбара, штат Калифорния). Причиной стало удобное местоположение, подходящее для выведения на солнечно-синхронную орбиту. В качестве носителя использовались ракеты семейств Atlas, Titan и Delta.

Несмотря на то, что спутники NOAA разрабатывались годами с учетом опыта предыдущих программ, многие из них завершили свою миссию досрочно. Премия за самую быструю гибель отходит NOAA-13. Там все пошло наперекосяк сразу после запуска. Вначале была потеряна связь, что не позволило собирать данные, а спустя 12 дней произошло короткое замыкание, полностью разрядившее аккумуляторы и не позволившее солнечным батареям выполнить зарядку. Слишком длинный болт стал незапланированным проводником электрического тока и причиной КЗ.

Самая взрывная карьера ждала NOAA-16. Он проработал без особых проблем 14 лет, но затем произошел отказ по причине «неопределенной критической аномалии», и диспетчерам NOAA пришлось вывести его из эксплуатации. А примерно через полтора года спутник попросту взорвался, разлетевшись на 275 фрагментов. Эксперты, расследовавшие этот случай, склоняются к выводу, что произошел взрыв батареи. Аналогичный случай ранее был зафиксирован с военным метеоспутником DMSP F-13.

По мере выхода из строя старых спутников NOAA разработало и запустило новое семейство космических аппаратов JPSS. Именно они стали полноценной заменой предыдущего поколения. Первый из них обозначается NOAA-20 либо JPSS-1. И к сожалению, он уже не имел на борту аппаратуры, транслирующей в формате APT.

К началу 2025 года оставались лишь три спутника, передающие APT-изображения: NOAA-15, NOAA-18 и NOAA-19. Увы, но каждый из них к моменту отключения имел дефекты, не позволяющие продолжать работу в штатном режиме. NOAA-15 в 2019 году, например, стал передавать поврежденные данные с радиометра AVHRR (Advanced Very-High-Resolution Radiometer). NOAA-18 работал исправно до июня 2025 года, однако из-за падения мощности передатчика S-диапазона попросту не мог нормально передавать собранные данные.

Пожалуй, самый известный в среде радиолюбителей NOAA-19 еще на Земле значительно пострадал из-за падения во время работ по его строительству. Причиной стал человеческий фактор, когда КА поставили на тележку для переворачивания, а наличие крепежа не проверили. Как итог — спутник оказался на земле, а его ремонт обошелся в 135 млн долларов.

Тем не менее после вывода на орбиту в 2009 году NOAA-19 проработал более 16 лет, отправляя данные с научных приборов и изображения в формате APT на частоте 137,100 МГц:

9 августа 2025 диспетчеры NOAA получили данные телеметрии, свидетельствующие о выходе из строя аккумуляторной батареи, а спустя четыре дня все научные инструменты были обесточены, равно как и радиопередатчики. Аппарат теперь полностью выведен из эксплуатации.

Что сейчас?

19 августа 2025 года закончилась эпоха простого приема изображений по протоколу APT. На момент написания этого текста в мире не осталось работающих спутников, поддерживающих такой тип передачи. С одной стороны, это действительно грустно, ведь раньше любой радиолюбитель с портативной радиостанцией и простой антенной мог принять и декодировать изображение из космоса. Современные погодные спутники (как американские, так и российские) предъявляют большие требования к оборудованию.

Проще всего сейчас попробовать свои силы в приеме спутников Meteor-M N2-3 ^[16] и Meteor-M N2-4 ^[17]. Они оба передают данные в формате HRPT на частоте 1 700 МГц со скоростью ~665 Кбит/с. Софт для декодирования есть в открытом доступе ^[18]. Ну а про протокол APT стоит забыть — вряд ли мы увидим новые погодные спутники с его поддержкой.

А вы когда-нибудь принимали сигналы со спутников NOAA? Делитесь своим опытом и изображениями в комментариях.