§ 97. Условия проведения съемочных сеансов

Основными факторами, определяющими методику фотограмметри­ческой обработки космических снимков, являются взаимное рас­положение носителя съемочной аппаратуры и поверхности пла­неты во время съемочного сеанса, а также ориентация оптической оси фотокамеры.

При планировании каждого космического полета выбирают оп­тимальную траекторию, которая позволила бы при пролете (об­лете) небесного тела или выходе на орбиту его спутника получить максимальную информацию при решении разнообразных научно-технических задач. Все многообразие форм реальных траекторий как в целом, так и на отдельных участках можно с заданной точ­ностью аппроксимировать одной из четырех математических ли­ний: прямой, эллипсом, параболой, гиперболой.

Движение космического аппарата по прямой линии возможно только при условии, что вектор скорости проходит через центр притяжения. Такая форма траектории соответствует падению на поверхность планеты только под действием силы притяжения или вертикальному взлету с ее поверхности.

Эллиптические траектории являются орбитами спутников пла­неты, которая располагается в одном из фокусов эллипса. Точка орбиты, ближайшая к центру планеты, называется перицентром, а наиболее удаленная — апоцентром. Частным случаем эллипти­ческих траекторий являются круговые орбиты.

Параболические и гиперболические траектории соответствуют движению космического аппарата по разомкнутым линиям — па­раболе или гиперболе [24].

После выбора оптимальной траектории полета космического носителя съемочной аппаратуры на ней намечают в зависимости от задач, которые должны решаться по космическим снимкам, от­дельные участки, на которых предполагается проведение съемоч­ных сеансов. При этом возможны следующие варианты.

съемка планеты при подлете к ней или отлете от нее;

съемка планеты в районе прохождения станцией перицентра траектории;

съемка планеты на различных участках траектории при дви­жении по орбите ее искусственного спутника.

Если программой полета предусмотрена посадка космического летательного аппарата на поверхность планеты, то фотосъемка производится по аналогии с наземной фотосъемкой.

Фотографирование при подлете к планете или отлете от нее производится на относительно большом расстоянии с целью по­лучения на одном кадре мелкомасштабного изображения всего полушария или его освещенной часть. Такие снимки позволяют составить общее представление об исследуемой территории, вы­полнить глобальное дешифрирование ее поверхности, произвести измерения по лимбу планеты с целью получения цифровых харак­теристик ее формы и размеров. Подобные же снимки можно по­лучить и при фотографировании с пролетной траектории в районе прохождения станцией перицентра, но в этом случае траектория должна располагаться на достаточно большом расстоянии от пла­неты. Преимущество такого глобального фотографирования пла­неты состоит в том, что при определенных условиях можно полу­чить стереоскопические пары снимков, позволяющие создать циф­ровую модель сфотографированного полушария планеты и по ней подобрать референц-эллипсоид, наиболее соответствующий форме и размерам планеты, а также создать опорную сеть в единой си­стеме координат.

При съемке на подлете базис фотографирования В (рис. 123) близок к вертикали по отношению к поверхности планеты, что при съемке вызывает разномасштабность снимков за счет величины B_z, а величины продольных параллаксов, определяемые величи­ной В_х, остаются малыми. Однако и при таком случае съемки можно получить стереоскопическую пару снимков за счет враще­ния планеты. За время смещения съемочной камеры из точки S₁ в точку S₂ планета поворачивается на некоторый угол λ. Для при­ведения положения снимка Р₂ к моменту получения снимка P₁ не­обходимо центр проекции S₂ переместить в точку S₂´. В резуль­тате базис фотографирования увеличится и будет равен В', а ве­личина составляющей базиса В'_х будет в несколько раз больше В_х. Правда, такой вариант фотографирования можно осущест­влять при съемке планет с достаточно большой скоростью враще­ния, например, как у Земли. Стереоскопическую съемку полуша­рий Луны можно выполнять только при фотографировании с про­летной траектории.

Фотографирование в районе прохождения станцией перицен­тра траектории позволяет получить маршрут снимков в макси­мально крупном для данной траектории масштабе съемки. По снимкам можно сгустить опорную сеть методом пространственной фототриангуляции и составить карту на заснятую полосу поверх­ности планеты.

Для целей картографирования наиболее предпочтительным явля­ется фотографирование со спутни­ковой орбиты. Вывод космического носителя съемочной аппаратуры на орбиту спутника позволяет за счет вращения планеты и увеличения угла наклона плоскости орбиты к плоскости экватора планеты сфо­тографировать практически всю ее поверхность. В этом отношении наи­более удобными являются полярные орбиты, так как на каждом витке носитель будет пролетать вдоль но­вого меридиана и фотографировать поверхность планеты полосами от полюса до полюса. В результате за полный оборот планеты будет сфо­тографирована вся ее поверхность.

Фотографирование на поверхно­сти планеты со стационарных или подвижных космических аппаратов выполняется для составления круп­номасштабных топографических планов и карт на небольшие уча­стки.

При космической фотосъемке применяют два варианта распо­ложения оптической оси фотокамеры в пространстве в течение се­анса фотографирования. Эти варианты соответствуют двум извест­ным случаям съемки: параллельному и конвергентному, но при космической съемке частным случаем последнего является отсле­живание оптической осью фотокамеры местной вертикали на по­верхности планеты.

Фотосъемка с параллельным расположением оптической оси фотокамеры во время съемочного сеанса подразумевает ее посту­пательное перемещение в пространстве. Выбор направления опти­ческой оси в каждом конкретном случае осуществляется заранее по расчетной траектории на определенный момент времени. На­пример, оптическая ось фотокамеры направлена на центр планеты либо в начале (конце) сеанса—положения I и III (рис. 124), либо при прохождении носителем фотокамеры перицентра л. тра­ектории — положение II. В выбранном направлении оптическая ось фотокамеры устанавливается перед началом каждого сеанса фотографирования путем разворота носителя с помощью системы ориентации, которое затем с помощью системы стабилизации удер­живается неизменным в течение всего сеанса.

При случае съемки с параллельными оптическими осями вза­имные углы наклона снимков близки к нулю и их величины опре­деляются точностью работы системы стабилизации. Абсолютные углы наклона снимков по отношению к местным вертикалям из­меняются в пределах от —90° до +90°. Максимальная длина съемочного маршрута равна примерно диаметру планеты (см. рис. 124, 2-й сеанс), если направление оптической оси совпадает с направлением линии Солнце—центр планеты. В противном слу­чае, чем больше угол Солнце — планета — фотокамера, тем ко­роче длина съемочного маршрута.

Случай съемки с параллельными оптическими осями с точки зрения управления полетом носителя является наиболее простым, поэтому он, в основном, применяется при съемках планет из кос­моса. Однако для картографирования значительных по протяжен­ности участков поверхности планеты он менее выгоден, так как из-за сферичности планеты на начальных (конечных) снимках маршрута возникают большие перспективные искажения, которые затрудняют дешифрирование и усложняют их фотограмметрическую обработку. Поэтому, чтобы при одном полете носителя фото­камеры получить максимум картографической информации, необ­ходимо проводить несколько сеансов фотографирования, каждый из которых имеет свое направление оптической оси. Однако это усложняет управление полетом носителя фотокамеры.

Фотосъемка с конвергентным расположением оптической оси фотокамеры применяется для повышения точности фотограммет­рических измерений, что обеспечивается увеличением углов за­сечки на определяемые точки за счет поочередного отклонения оп­тической оси фотокамеры вперед-назад на заданный угол. Недо­статок конвергентной съемки состоит в том, что с возрастанием высот рельефа местности и увеличением угла конвергенции при стереоскопических измерениях возможно появление «мерт­вых зон».

Частный случай конвергентной съемки (т. е. фотосъемка с от­слеживанием оптической осью фотокамеры направления местной вертикали на поверхности планеты, рис. 125) с точки зрения ее картографирования является наиболее предпочтительным видом съемки, так как в этом случае абсолютные углы наклона снимков близки к нулю и их величины определяются точностью системы, отслеживающей направление местной вертикали. В результате перспективные искажения на снимках будут минимальными, что облегчает как дешифрирование, так и фотограмметрическую об­работку. Фотосъемка с отслеживанием оптической осью фотока­меры местной вертикали осложняет управление полетом носителя и до настоящего времени при съемках других планет с автомати­ческих станций не применялась.