Урожай із... космосу

Ні, Україна ще не доросла до того, аби доставляти з орбіти транспортними «човниками» врожаї традиційних чи екзотичних культур. Нам би навести лад на власній родючій землі! Тому науковці з практиками час від часу задумливо вдивляються у космічну безодню, де шугають супутники. Саме з їх допомогою можна з точністю до центнера прогнозувати врожаї, до сантиметра — інвентаризувати площі сільськогосподарських угідь, постійно провадити їх моніторинг...

Про методи дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), як третейського суддю, згадали торік, коли Україна не одержала запланованого врожаю зернових. Зірке супутникове «око» навряд чи припустилося б таких похибок, обліковуючи ужинок.

Згадали, подискутували і... заспокоїлися. До чергового колапсу?! Водночас розвинуті країни давно вже змусили космос працювати на аграрний сектор. Україні ж, могутній сільськогосподарській державі з власною національною космічною програмою, похвалитися у цій царині нічим. І якогось поступу годі очікувати, якщо ми й надалі розглядатимемо космічний інструментарій у сфері АПК як витребеньки, а не елемент національної продовольчої безпеки.

Ключ на старт!

Радянський Союз умів із космосу професійно шпигувати. На мирні апогей і перигей ми перейшли не без допомоги американців, котрі задовго до жнив спрогнозували валовий збір зернових у СРСР. Розбіжність із реальними намолотами становила лише мільйон тонн. Ясна річ, живі заокеанські розвідники не нишпорили по наших полях, не розминали колоски і не лічили у них зернини. Це супутники періодично сканували союзний пшенично-житній лан у різні фази його розвитку, і на підставі численних показників фахівці вивели майже точну цифру.

Кажуть, Олексій Косигін, тодішній голова Ради Міністрів СРСР, дуже розстроївся, що секретна інформація так нагло «засвітилася», ставши надбанням світової громадськості. За розголосом маячіла і можлива втрата продовольчих ринків, і непередбачувана поведінка торговельних партнерів. Після «проколу» Олексій Миколайович зобов’язав відповідні міністерства і відомства паралельно з космічною розвідкою розробити і «цивільні» програми.

Агрономи, біофізики, оптики, радіо- і теплофізики, картографи, системотехніки згуртувалися задля того, щоб перевершити американців. Одні вели наземні спостереження, другі стежили через ілюмінатор літака за етапами органогенезу сільгоспкультур, треті дешифрували космічні знімки, а всі разом прагнули заповнити простір між космосом і колосом прийнятним алгоритмом. Віддамо належне піонерам: окремі напрацювання справді гідні кандидатських і докторських дисертацій. Але сукупної, цілісної системи ні Косигін, ні його наступники так і не побачили.

Уперше про методи дистанційного зондування Землі у незалежній Україні серйозно заговорили у 1993—1994 роках. Під час першого офіційного візиту Леоніда Кучми до США відбулися переговори у рамках комісії Кучма–Ґор. Тоді й було прийнято рішення створити в Україні незалежний, неурядовий інститут, що мав займатися проблемами менеджменту землі та ресурсів, використовуючи для цього методи ДЗЗ. Місяці листувань, узгоджень на міждержавному рівні... Але натомість 1997 року згідно з указом Кучми при Раді Національної безпеки і оборони України засновують урядову установу — Український інститут досліджень навколишнього середовища і ресурсів (УІНСіР). І вже при ньому створюють невеличкий центр — менеджменту землі та ресурсів зі статусом міжнародної асоціації, який безпосередньо і зайнявся дистанційними методами.

Це при тому, що вже функціонував Центр аерокосмічних досліджень Землі (ЦАКДЗ), заснований у НАН України 1992 року. Фундаментальну тематику тут нерозривно пов’язують із прикладною, зокрема у сільськогосподарській галузі. «Аграріями» стали Галина Жолобак, кандидат біологічних наук, та Олексій Сахацький, кандидат геолого-мінералогічних наук, котрі адаптують технології інвентаризації посівів, прогнозування врожаю у Київській області. До речі, Центр — перша українська організація у сфері ДЗЗ, яка пишається членством у Європейській асоціації лабораторій дистанційного зондування, тісно співпрацює з Європейським космічним агентством, колегами з Німеччини і Франції.

Шукає себе у цьому сегменті і дніпропетровське державне підприємство «Дніпрокосмос», яке раніше працювало лише на «оборонку». Є ще жменька тямущих індивідуалів, котрі через брак фінансування робіт із ДЗЗ у Національній академії наук розтеклися по різних установах і закладах. Микола Кобець ще 1988 року захистив кандидатську за тематикою ДЗЗ, тривалий час працював в інститутах фізіології рослин, ботаніки, ЦАКДЗ. Нині, як аналітик оонівської програми в Україні «Аграрна політика для людського розвитку», серед досить широкого кола питань переймається і проблемами інформаційної підтримки агробізнесу та впровадження новітніх технологій, якими є дистанційне зондування та географічні інформаційні системи.

Оце, по суті, й усі фігуранти, котрі розуміються на ДЗЗ як інструменті нового рівня технологій. Не розженешся...

Як «схрестити» космічне і земне?

Українські «дистанційники» не годують уряд численними прожектами, але й влада допоки виразно не продекларувала: а що ж вона зрештою хоче одержати від тандема космос–земля суто в аграрному контексті? Не маючи чіткого орієнтиру, творчі колективи займаються тим, на чому більш-менш набили руку. Але без належної координації дублюють один одного, а то й припускаються прикрих помилок. Аби не підривати реноме, опущу назву шанованої структури, фахівці якої сплохували на престижній міжнародній конференції «Зернова індустрія-2004».

Послуговуючись космічними знімками, технічні спеціалісти вперто доводили, що на двох полях у Миколаївській області росте озима пшениця. Але на одному вона, судячи з біомаси, у доброму стані, а на сусідньому — у пригніченому. Коли ж агрономи порівняли знімки із фотографіями полів, зробленими на землі, то з’ясувалося, що «технарі» не розуміються на сортових особливостях. Обидва лани колосяться на славу, тільки й того, що один із них засіяний... карликовою пшеницею. От вам і вся похибка! А тепер екстраполюйте її на обшири України! Я вже не кажу про очевидну складність ідентифікувати поля цукрових буряків і городини, спектральні характеристики яких за багатьма показниками збігаються з такими ж характеристиками лісопосадок і зеленої рослинності у балках.

— Щоб розробити національну систему ДЗЗ, не заангажовану, не зорієнтовану на вузькопрофільні забаганки, потрібна консолідація зусиль під дахом міжвідомчого органу, — переконаний Вадим Лялько, директор ЦАКДЗ, член-кореспондент НАН України. — Зібрати докупи наш Центр, Інститут проблем національної безпеки, Український центр менеджменту землі та ресурсів, центр «Держродючість», «Дніпрокосмос», Гідрометеоцентр, розрізнені творчі групи... А куратором проблематики могла б виступити Рада національної безпеки і оборони. Не біда, що там немає відповідних фахівців, зате в її силах створити науково-технічну раду, переконати уряд виділити бюджетні кошти на розробку означеної тематики, яка б стала цеглинкою у форпості продовольчої безпеки України.

Існуючі моделі дають змогу пов’язати врожайність із спектральними образами рослинності на різних фазах вегетації, із квітня по червень. Зіставивши космічні знімки з багаторічними даними 150 наземних точок агрометеослужби, можна виділити типові блоки — Полісся, Лісостеп і Степ, і прогнозувати врожайність залежно від забезпеченості цих зон вологою, температури, кількості рослин на квадратному метрі тощо. Для того, щоб облікувати площі під озимою пшеницею чи соняшником, потрібен інший алгоритм. Якщо ж ідеться про інвентаризацію не посівів, а земель сільськогосподарського призначення, то тут уже необхідно оперувати космічними знімками з просторовим розрізненням на місцевості в один-три метри. А це вже заступ за межу секретності: нижче десяти метрів — зась!

— Треба пам’ятати, що методи ДЗЗ, як і всі інші, за допомогою яких одержують інформацію, мають свої переваги та обмеження, — каже Микола Кобець. — Потенційних користувачів передусім цікавить: наскільки оперативно та з якою точністю дистанційні вимірювання надають необхідну інформацію і скільки це коштуватиме? Усе залежить від завдання. Приміром, для вивчення стану рослинності на великих територіях краще використовувати космічні методи ДЗЗ, послуговуючись зображеннями із супутників NOAA (AVHRR), EOS AM-1 (MODIS), SPOT-5 (VEGETATION). Як правило, такі дані надходять досить оперативно (навіть у реальному масштабі часу). Ціна космознімків доступна, деякі з них можна отримати безплатно через інтернетівську мережу. Якщо ж ідеться про ідентифікацію та визначення площ посівів сільськогосподарських культур у масштабах певного регіону, то тут уже треба використовувати дані більш «точних» супутників: Landsat (США), Terra (США—Японія), «Монитор-Е», «Метеор-3М» (РФ). Але така інформація менш оперативна (10—18 діб). Крім того, щоб забезпечити суцільне покриття території України зйомкою з таких супутників, потрібно закуповувати десятки космічних знімків, які не завжди зробиш вчасно через високу хмарність.

Якщо Україна навіть і наважиться «пальпувати» агросферу методами ДЗЗ, то самотужки їй навряд чи це вдасться. Передусім через людський фактор. Хто прийде на зміну «оборонним» аксакалам? Жоден вуз не готує спеціалістів ДЗЗ у сільському господарстві. Не тішить і технічний бік справи. За Союзу існувала чітка спеціалізація. Україна виробляла ракетні носії, Білорусь — прилади для дистанційних вимірювань, а Росія на потужних обчислювальних комплексах обробляла космічну інформацію. Нині ж навіть авіаційну методику для визначення вмісту у рослинах хлорофілу та рівня забезпеченості посівів азотним живленням, що дістала патент СРСР і в розробці якої брав участь той же Микола Кобець, не застосуєш через відсутність білоруської апаратури. Постає і цілком закономірне запитання: а з чого фотографувати?

Посміхайтеся: вас знімають!

У рамках національної космічної програми на 2003—2007 роки, затвердженої законом України від 24 жовтня 2002 року, передбачається запуск ряду вітчизняних природо-ресурсних космічних апаратів. Зокрема, наприкінці нинішнього року стартує «Січ-1М». Можливість перенацілювання у широкій смузі охоплення — 750 км, змога одержувати інформацію в оптичному, інфрачервоному та мікрохвильовому діапазонах спектра роблять її основним експлуатаційним інструментом ДЗЗ. Із запуском «Січі» спеціалісти матимуть змогу продовжити дослідження, початі з допомогою українсько-російського космічного апарата «Океан-О», термін активного існування якого закінчився 2002 року.

Та навіть за естафетного запуску суто українських чи спільних багатофункціональних супутників у фахівців мимоволі виникатимуть «вікна» — і через певні орбітальні обмеження супутникової системи, і через атмосферний стан над територією дослідження. Однак при розробці методів тематичного дешифрування супутникової інформації не обійтися без комплексного, синхронного проведення космічних і наземних досліджень. Прогалини можна заповнити фото з... чужих сателітів. Звісно, не задарма.

Для вивчення стану рослинності на регіональному чи національному рівнях послуговуються космічними знімками великої оглядовості із супутників серії NOAA або SPOT-5 VEGETATION із невисоким просторовим розрізненням на місцевості (розмір одного елемента зображення — понад 1 км). Зрозуміло, за ними не ідентифікуєш посівну площу озимої пшениці у масштабах держави. Це завдання під силу іншим супутникам, скажімо, американському Landsat-7, один елемент зображення якого має розмір близько 30 м. Щоб покрити всю територію України, треба закупити і «зліпити» близько 50 фотознімків. Вартість одного — у межах 600 дол.

Ще дорожче — понад 9 тис. дол. — коштує «картинка» місцевості (16,5 х 16,5 км) із супутника QuickBird. На ній уже можна розгледіти предмети завбільшки півметра-метр. Такої деталізації достатньо для технологій точного землеробства у Західній Європі, де розмір земельних ділянок становить 5—10 гектарів. Україна, на щастя, поки що до такої дрібноти не скотилася. Поля, середній розмір яких становить 100 гектарів, можна обстежувати із супутників Landsat, Terra, «Метеор-3М».

Є й інший варіант, значно дешевший — авіаційний. Легкомоторний літак здатен протягом години провести зйомки чималої площі. При цьому вартість обстеження гектара становить 15—20 центів. Крім того, авіаційні методи значно оперативніші за космічні: замовник отримує інформацію протягом години після обльоту.

Власне, нашим фахівцям, можливо, і не треба припасовувати п’яте колесо до воза. У 90-х роках п’ять країн Євросоюзу почали масштабну програму MARS — моніторинг сільського господарства з допомогою методів ДЗЗ. Згодом до них долучилися Чехія, Польща, Угорщина, які тоді ще тільки мріяли про членство в ЄС. Кожна держава облаштувала аграрні тестові полігони. Дані наземних досліджень учені і практики зіставляли з космічними, вивчали зв’язок спектральних характеристик різних видів сільгоспкультур, адаптували наявні методики до власних агрокліматичних умов. На це пішло п’ять-шість років. І лише з 2001-го, поглинувши десятки мільйонів доларів, загальноєвропейська система MCYFS для прогнозування урожайності сільгоспкультур почала працювати в операційному режимі.

Зрозуміло, бездумно перенісши напрацювання єесівців на терени України, ми не доможемося жаданого ефекту. Необхідно адаптувати модель до наших умов, а потім уже інтегруватися до MCYFS. Але для цього потрібна добра воля Кабміну і, знову ж таки, координуюча структура. Та ще й обсяжна інформаційна база, розлучатися з якою державні органи за «просто так» не поспішають. Комерціалізація поглинула і їх.

Вищий пілотаж агротехнологій

Гаразд, уряд не тямить на дистанційному зондуванні Землі чи зволікає з його впровадженням. Та невже новим українським терещенкам після оксфордів і стенфордів до честі визначати майбутній урожай пшенички на власних чи орендованих тисячах гектарів дідівським «ватерпасом» — на око? Є в нас новатори чи ні?

…У містечку Ньютон штату Айова агроном Девід Чаффін показав кукурудзяне поле, на якому радянський керівник Микита Хрущов вирваним стеблом качанистої лякав тамтешніх поросят. Але, крім історичного факту, мене зацікавила параболічна антена на офісі Девіда, керівника місцевої дорадчої служби Extension, пов’язаної із Айовським державним університетом. З’ясувалося, що тамтешні фермери послуговуються космічними технологіями, зокрема ДЗЗ.

Супутник із високості сканує сантиметр за сантиметром соєвий чи кукурудзяний клин. Залежно від палітри кольорів, дізнаються про вміст азоту, фосфору, калію, кислотність ґрунту. Фермер має на руках хімічну «картину» власного поля. Потім закладає картограму у комп’ютер, що керує агрегатами під час сівби. При проходженні полем спеціальна програма зчитує космічне зображення, ідентифікує з реальною площею і там, де натрапить на «зголоднілі» ділянки, через сошники автоматично збагачує їх відповідними мінеральними добривами. Космічне обстеження сільгоспугідь провадять раз на чотири роки.

Дедалі більше айовських (і не тільки!) фермерів вдаються до таких послуг. Прагнення якнайповніше використати потенціал родючості зумовлене вадами однопільної сівозміни. Традиційне кукурудзосіяння украй виснажило землю. Ринкові перепади спонукали культивувати і сою: рослинний тандем убезпечує від повного банкрутства. Водночас він дав змогу відновлювати і силу ґрунтові. Задля цього в Айові вдалися навіть до парів: двадцять років тому згідно з державною програмою високоерозійні площі вилучили з обігу.

Із часу моїх відвідин аграрної Айови збігло вісім років. Точне землеробство, а саме з його елементами зіткнувся у Ньютоні, розпростерлося за океан. Але якщо американський уряд зробив космічні технології більш-менш доступними для фермерів, то в Європі вони залишаються поки що дорогим задоволенням. У міністерстві захисту прав споживачів, продовольства і сільського господарства ФРН не налічили й десятка землевласників, котрі поєднали земне начало з космічним.

В Україні охочих застосовувати ДЗЗ іще менше, ніж у Німеччині. Двоє аграріїв, із Черкащини та Кіровоградщини, навідувалися до Центру аерокосмічних досліджень Землі НАН України, цікавилися напрацюваннями, приміряли до власних потреб. І хоча індивідуальне замовлення коштує набагато дорожче, аніж розтиражоване для всіх користувачів, візитерів не лякають фінансові затрати. Точне землеробство вони пов’язують із сільськогосподарським менеджментом, стратегією планування, яких навчалися за кордоном. Новаторів уже не влаштовує середня врожайність 35 центнерів на стогектарній площі. Адже через неоднорідність один край поля видає лише 25 ц/га, а другий — 45.

— Це пов’язано з розбіжностями у родючості ґрунту, забезпеченні поживними речовинами, вологою, — Микола Кобець із допомогою знімків із супутника Ikonos демонструє строкатість показників в межах одного поля. — Технології точного землеробства спрямовані на підвищення продуктивності, зменшення собівартості продукції та збереження довкілля. Цього досягають з допомогою цілої низки сучасних інформаційних технологій. Серед них найголовнішими є: технологія оцінки врожайності (Crop Monitor), яка дозволяє облікувати ужинок із кожної ділянки поля; технологія глобального позиціонування (Global Positioning System — GPS), коли визначаються точні географічні координати кожної ділянки поля і місцезнаходження сільськогосподарської техніки та механізмів; технологія так званого змінного нормування (Variable Rate Technology — VRT), коли залежно від ситуації на кожній окремій ділянці поля виконують (або опускають) необхідну технологічну операцію...

Торік у Росії на базі АПК «Ільїнка» створили спеціалізовану систему сучасного сільськогосподарського менеджменту, де широко застосовують методи ДЗЗ. На 9 тис. гектарах пристрої фіксують на кожному полі температуру ґрунту, приземного шару і повітря, швидкість вітру, кількість опадів тощо. Спеціалізоване програмне забезпечення наповнює технологічну карту поля від моменту сівби до жнив, видаючи економічні розрахунки, довідкову інформацію. Згусток даних спрощує управління, дає змогу спеціалістам приймати адекватні рішення й оперативно коригувати ситуацію на полях. Природно, усе веде до економії засобів захисту рослин, енергоносіїв, оскільки задіяні ощадні технології, а в кінцевому підсумку — до зростання продуктивності, зниження собівартості й підвищення ефективності господарювання. При цьому весь виробничий цикл відстежують документально, в електронній формі, що гарантує високу якість продукції.

До методів ДЗЗ обережно підступають і страхові компанії. Як облікувати збитки, заподіяні пшеничному лану градобоєм? У застосовуваних нині методиках закладено архаїчні підходи: спеціальні рамки та ручний підрахунок загиблих рослин. Але скільки і як саме «накидати» ці рамки на поле, ніхто з певністю не скаже. Достовірну інформацію можна одержати з допомогою... радіокерованої моделі літака. Оснастити її цифровою камерою, зробити знімки й інтерпретувати їх. Що треба? Кошти! Ага, страховики розігналися...

Одні — не вміють, другі — не хочуть, треті — жмикрути, а четверті — бідні, як мак начетверо... Таким і є наше сільське господарство, як на нього не дивись: чи то із землі, чи то з космосу. Правда, з високості прорахунки видно, як на долоні, і можна оцінити їх масштабність. Два знімки, датовані 1989 і 2000 роком, зроблені із супутника Landsat. На них — воєводства Польщі і західні області України. На давнішньому фото сільськогосподарські землі сусідів виглядають дрібними клаптиками, наші — великими масивами. На свіжому — у процес парцеляції поступово втягуємося й ми, особливо це помітно довкола населених пунктів.

Чи бачили ці знімки кабмінівці? Якщо ми розпростерли обійми земельній «ліліпутії», то непідйомне навіть зараз дистанційне зондування Землі взагалі перетвориться на недосяжного Гуллівера.