The first steps in the earth aerospace remote sensing in the Institute of Geography RAS

Full Text

2018 г. ознаменовался двумя историческими юбилеями: широко отмечаемый отечественным и зарубежным научным сообществом 100-летний юбилей института географии РАН; второй юбилей – мало кому известный – 50 лет с начала первых опытов в мире интерпретаций первых отечественных космических фотоснимков и первых шагов в развитии аэрокосмического зондирования в отделе геоморфологии ИГ АН СССР в стране.

Осенью 1968 г. в отделе геоморфологии произошло на первый взгляд скромное событие, однако давшее в последующем начало новому, опережающему самые смелые предположения, научному направлению – спутниковой геоморфологии и спутниковой географии, названных затем аэрокосмическим зондированием. Все началось в сентябре 1968 г., когда был запущен космический корабль “Союз-33”, пилотируемый Г.Т. Береговым, и опубликована по этому поводу статья в центральной газете “Правда” 29.09.1968 г. К.Я. Кондратьева и Г. Скуридина “Человек обозревает планету”. В ней впервые было высказано предположение о целесообразности использования телевизионных космических изображений с метеорологического спутника “Метеор” причем не только для изучения облачных структур, но и для подстилающей поверхности. Статья вызвала у Ю.А. Мещерякова – заведующего отдела геоморфологии ИГАН – большой интерес. Он сразу же оценил возможные перспективы применения космических снимков в географических исследованиях, распорядился прервать на два дня работу над диссертацией Д.С. Асоян и срочно собрать в библиотеке им. В.И. Ленина литературу по этому вопросу (эти два дня продолжились последующие 50 лет!). В библиотеке специальных работ по этой теме найти не удалось. В результате поисков мы смогли найти альбом космических фотоснимков, полученных с американских пилотируемых космических кораблей (ППК) “Джемини-III–V” и глобальный космический фотоснимок, полученный 21 сентября 1968 г. автоматической межпланетной станцией (АМС) “Зонд-5”, опубликованный в газете “Комсомольская правда”. В 1969 г. под руководством Ю.А. Мещерякова в отделе геоморфологии были организованы и проведены первые эксперименты по геоморфологической интерпретации снимков. Идея об использовании космических снимков была настолько неожиданной, что в отделе геоморфологии ее приняли несколько скептически – как “невероятную фантастику”, и это несмотря на непререкаемый авторитет Ю.А. Мещерякова – талантливого ученого, обладающего научной интуицией и даром предвидения на многие годы вперед.

Сотрудники ИГАН – Ю.А. Мещеряков, Д.С. Асоян, Б.П. Миронов и И.Н. Олейников – провели геоморфологическую и ландшафтную интерпретацию глобального фотоснимка Земли с удачным почти плановым изображением Африки в центре кадра, а также полученные фотоснимки с (ПКК) “Джемини”: Аравийского п-ова, Сахары с загадочной тогда кольцевой структурой Ришат и пустыней Эрг-Шеш, плато Эдуардс в Великих равнинах в США и других. В ходе первых экспериментальных исследований были составлены схемы геоморфологического строения и получены следующие выводы по глобальному фотоснимку: И.Н. Олейниковым установлены реальные переходные на определенный момент времени границы ландшафтных широтных зон Африки; Д.С. Асоян впервые обнаружен крупный линеамент в Сахаре протяженностью до 2500 км и, учитывая литературные данные по тектонике региона, выдвинута гипотеза о его соответствии тектоническому нарушению; а также сделаны предварительные выводы о том, что космические снимки можно применять при изучении морфоструктуры, геологических структур различного типа, сейсмичности, вулканической активности, глобальных и региональных зон трещиноватости, морфоскульптуры – ледниковой, эоловой, эрозионной, морфологии побережий морей и в тематическом картографировании. Эти выводы подтвердились в дальнейших отечественных и зарубежных исследованиях в области аэрокосмического зондирования. Полученные результаты были опубликованы в двух работах [1, 2]. Кроме того, нами было высказано пожелание о необходимости использования космических фотоснимков для модернизации и дополнения карт “Физико-географический Атлас мира” (ФГАМ) и о новом издании Атласа на этой качественно новой основе. Забегая вперед, отмечу, что впоследствии в ИГАН был создан новый комплексный фундаментальный атлас “Природа и ресурсы Земли” (1998 г.) [3]. В его подготовке, продолжавшейся более 20 лет, участвовали основные научные, научно-производственные, вузовские учреждения и ведущие специалисты страны. Научное руководство осуществляли директор ИГАН академик В.М. Котляков и заведующий лабораторией картографии А.А. Лютый. В составлении атласа при интерпретации космических изображений (КИ) в блоках аэрокосмического обеспечения геоморфологических карт активное участие приняли сотрудники отделов геоморфологии, картографии и других (С.М. Александров, Д.С. Асоян, А.А. Величко, Т.П. Грязнова, М.П. Жидков, А.Н. Маккавеев, Р.П. Нарских).

Полученные обнадеживающие результаты позволили Ю.А. Мещерякову в начале 1970 г. разработать программу пионерных исследований и составить докладную записку о создании лаборатории спутниковой географии. Эту инициативу решительно поддержал директор ИГАН академик И.П. Герасимов. По приказу Президиума АН СССР 12 мая 1970 г. лаборатория была создана, а Ю.А. Мещеряков назначен ее заведующим. При этом он оставался заведующим отделом геоморфологии. В первый состав лаборатории включили известного исследователя эолового рельефа и пустынь СССР, д.г.н. Б.А. Федоровича (еще в 1940-е гг. он стал использовать аэрофотоснимки), м.н.с. отдела геоморфологии Д.С. Асоян и группу по применению фотограмметрических методов из отдела гляциологии. Подготовленная нами статья была передана в журнал “Известия АН СССР. серия географическая”. Однако к общему большому горю 19 мая 1970 г. ушел из жизни Юрий Александрович Мещеряков. Далее судьба нашей статьи оказалась непростой, т. к. в рецензии была названа “несвоевременной”, причем без каких-либо аргументов. В редакции журнала статью отложили, однако о ней помнил директор института академик И.П. Герасимов; узнав о причине приостановки публикации, он в резкой форме отреагировал на отзыв и принял незамедлительное решение о срочном выпуске в печать. В результате статья вышла в свет на год позже – в 1971 г.

После ухода из жизни Ю.А. Мещерякова началась смена заведующих лабораторией спутниковой географии. До 1972 г. исследования по применению КИ вела на свой страх и риск автор статьи по уже стереоскопическим глобальным фотоснимкам с АМС “Зонд-5” и телевизионным изображениям с метеорологических ИСЗ на территорию Средней Азии. По результатам полевых работ и литературных геолого-геофизических и геоморфологических сведений на Памире проверены полученные впервые данные дешифрирования телевизионных снимков, а также сведения о наличии в регионе крупных зон линеаментов. Вместе с тем, приходилось сталкиваться и со скептическим отношением как к проблеме изучения линеаментов, так и к другим результатам (некоторые, и даже весьма авторитетные ученые, считали их мало перспективными и надуманными).

Однако время все расставило по своим местам. После первых же публикаций исследования по аэрокосмическому зондированию стали стремительно развиваться как в нашем институте, так и в других академических и научно-производственных учреждениях, и превратились в новое мощное научное направление. Начало 1980-х гг. совпало с бурным развитием новой глобальной теории тектоники плит и аэрокосмического зондирования. К середине 1980-х годов были получены важнейшие выводы о том, что трансконтинентальные и трансплитные зоны линеаментов, обнаруживаемые преимущественно по мелкомасштабным космическим изображениям, близки к глубинным разломам, ограничивают литосферные плиты и мегаблоки, предопределяют или регулируют (как структуры более глубокого заложения) горизонтальные перемещения плит. Обнаружение крупнейших линеаментов Земли и изучение их происхождения было сформулировано И.П. Магидовичем и В.И. Магидовичем, спустя более 40 лет, в очерках о географических открытиях ХХ в. как одно из великих географических открытий; позже В.И. Магидович в 2009 г. при описании открытий российских ученых в Африке отметил факт впервые обнаруженных Д. Асоян и В. Скарятиным протяженных линеаментов по космическим снимкам [4, 5].

Особо знаменателен для ИГАН 5-летний (1972–1977 гг.) этап межотдельских исследований на базе Лаборатории спутниковой географии (впоследствии Лаборатории географического дешифрирования аэрокосмических снимков) по договору 1/24 с ВНИИЭМ (где разрабатывался проект по запуску первого ресурсного экспериментального ИСЗ “Метеор-Природа”) на тему: “Научно-методические исследования по использованию информации с космических систем для географических целей”. В межотдельский коллектив вошли сотрудники разного профиля: геоморфологи – С.М. Александров, М.А. Городецкая, М.П. Жидков, А.С. Кесь, А.Е. Козлова, В.Н. Олюнин, Б.А. Федорович, ландшафтоведы – Н.В. Фадеева, Т.Д. Александрова, гидролог Ю.Н. Куликов, геоботаник В.Д. Утехин, гляциологи – В.Г. Ходаков и тогда еще аспирант Н.И. Осокин. Научным руководителем группы назначали м.н.с. Д.С. Асоян. Коллектив консультировали и оказывали большую помощь директор института академик И.П. Герасимов и заведующие отделами. Финансирование по договору было огромным – мы могли организовывать большие экспедиции в разные регионы СССР и, главное, что было внове для института, проводить аэровизуальные наблюдения с вертолетов, необходимые для проверки результатов дешифрирования КИ.

Основной целью исследований являлась разработка программ космических съемок и определение возможностей научного и практического применения сканерной информации с экспериментальных ИСЗ “Метеор-18, 25”, “Метеор-Природа” для решения глобальных, общих и частных географических задач. В ходе проведенных многолетних камеральных, полевых работ и аэровизуальных наблюдений в разных регионах СССР от Кавказа до Камчатки были получены пионерные результаты, как в институте, Москве, так и в мире (а опытов изучения возможностей применения мелкомасштабных космических телевизионных изображений еще не существовало, этим исследованиям в вузах тогда еще не учили). Поэтому приходилось осваивать новое научное направление, причем на примере наиболее сложных для интерпретации мелкомасштабных изображений. Результаты работы достигались в процессе изнурительных дискуссий и длительных обсуждений. Было трудно всем – и старшим научным сотрудникам и аспирантам.

Ограничимся перечнем основных многогранных проблем исследований и полученных наиболее оригинальных выводов. При географической интерпретации оценены возможности и ограничения применения многозональных телевизионных и фотографических изображений в зависимости от их малого и среднего разрешения на местности, спектрального канала и сезонов съемки; определены оптимальные технические и природные условия многозональной съемки с системы ИСЗ “Метеор-Природа” с соответствующими рекомендациями для эксплуатационных систем. Был выработан весьма важный принцип дешифрирования КИ – от общего к частному, и от космической информации к определению содержания контуров (стадии контурного дешифрирования) к известным наземным данным. Установлено преимущество зимних съемок перед летними в условиях лесной таежной зоны для изучения лесной растительности, а также рельефа и неотектонических локальных структур, и динамики схода снежного покрова в Сибири. В тематических исследованиях проведен сравнительно-географический многоаспектный анализ КИ в зависимости от характера растительного покрова и степени обводненности на равнинах и в горах, “открытости” рельефа и геологического строения. Геоморфологические исследования подтвердили высокую эффективность использования КИ: впервые выявили неизвестные ранее особенности строения морфоструктур (блоковых, пликативных, локальных типа валов и куполов). Уточнены границы морфоструктур в пределах горных стран, молодых и древних платформенных равнин.  В процессе камеральных и полевых работ проведено разделение обнаруженных многочисленных линеаментов на тектонически обусловленные морфоструктурные линеаменты (по определению И.П. Герасимова и Е.Я. Ранцман) и зоны трещиноватости. Установлено соответствие многих линеаментов нарушениям кристаллического фундамента и структурных этажей чехла. В результате анализа планового рисунка речной сети обнаружены не известные ранее особенности строения крупных речных долин и их связь с неотектоническими структурами, многочисленные кольцевые структуры, требующие своего дальнейшего изучения.

При геоботанической интерпретации установлено преимущество КИ в детальности выделения контуров растительного покрова на схемах дешифрирования по сравнению с картами, составленными традиционными методами, а также возможность эффективного подсчета площадей с разными типами растительного покрова. В гидрологических исследованиях анализ мелкомасштабных КИ позволил существенно детализировать и уточнить пространственные особенности гидрологических условий в слабоизученных регионах Сибири, вплоть до малых рек. Дальнейшие исследования сосредоточились на проблеме дистанционной индикации (с самолетов и вертолетов) радиационно-тепловых характеристик геосистем по спектральному отражению – излучению. В ландшафтных исследованиях Н.В. Фадеевой впервые был получен весьма интересный и неожиданный результат – установлена по космическим снимкам прямая связь крупных ландшафтных рубежей с тектоническим строением территории. Этот факт также подтвердился впоследствии многочисленными опытами ландшафтного картографирования как равнин, так и горных областей с применением КИ. Вместе с тем в результате проведенного сравнительно-географического анализа влияния технических и природных условий съемок на изучение одних и тех же конкретных объектов, и регионов выяснилось, что эффективность применения КИ в географических исследованиях неоднозначна и обусловлена сложным сочетанием природных условий.

Эффективным оказалось применение метода аэрокосмического зондирования в гляциологических исследованиях при наблюдениях за подвижками ледников Памира, Кавказа, Каракорума, шельфовых ледников Антарктиды и других регионов мира, а затем при обновлении каталога ледников. Накопленный опыт и результаты картографирования ледников, лавин, снежного покрова по аэрокосмическим снимкам нашли достойное воплощение в подготовленном и изданном в 1997 г. под эгидой Института географии РАН фундаментальном “Атласе снежно-ледовых ресурсов мира” [6].

Заслуживают внимания проводившиеся межотдельские исследования на Курском стационаре ИГАНа, объединившие усилия специалистов разных профилей ИГАН и др. учреждений АН СССР. Эти исследования стали основой для постоянных стационарных наблюдений и аэрокосмических экспериментов и в дальнейшем имели большое практическое значение для изучения сельскохозяйственных геосистем Центральной России; работы возобновлены и продолжаются в наше время.

В заключение отметим, что благодаря пионерным исследованиям по развитию методов аэрокосмического зондирования и практике комплексных исследований был заложен прочный фундамент, и приобретен бесценный опыт применения космических снимков в ИГРАНе и в других учреждениях страны в географических исследованиях. В настоящее время в институте проводятся автором, совместно с С.А. Булановым, теоретические, методические и региональные исследования горных стран с целью крупномасштабного эколого-геоморфологического картографирования, структурно-геоморфологическое картографирование с привлечением традиционных методов морфоструктурного анализа, изучение динамики проявлений опасных экзогенных процессов по разновременным повторным КИ, изучение и систематизация дешифровочных признаков морфоструктуры и морфоскульптуры на космических снимках для разных областей России. Широко применяются аэрокосмические методы в лаборатории гляциологии института, а также в других лабораториях по научно-практическим экологическим и физико-географическим проблемам. Следует также подчеркнуть, что применение космических снимков опытными дешифровщиками в сочетании с накопленными собственными и литературными знаниями о разных регионах страны и мира позволяют получать новую объективную информацию, не обеспечиваемую другими методами, и, наконец, при современном ограниченном финансировании во многом заменить или сократить сроки экспедиционных работ.

Благодарности. Работа выполнена по теме госзадания № 0120135248 в лаборатории картографии ИГРАН.

Acknowledgements. This study contributes to the State Task No. 0120135248 in the laboratory of cartography IGRAS.

About the authors

D. S. Asoyan

Author for correspondence.
Email: d.asoyan2017@yandex.ru
Russian Federation, 29, Staromonetny, Moscow, 119017

References

Supplementary files