Кубсат ИСОИ завершил космическую миссию

5 июня 2024 года, сойдя с орбиты в плотные слои атмосферы, завершил свою космическую миссию ещё один кубсат проекта Space-π — «ИСОИ», разработанный учёными Самарского университета им. С. П. Королёва, Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН, специалистами компаний «Медэкс» и СПУТНИКС. Один из последних сеансов связи со спутником был зафиксирован сетью наземных станций СОНИКС. Ранее специально для сайта Space-π научный сотрудник ИСОИ РАН Николай Ивлиев рассказал о работе над кубсатом ИСОИ, а также о том, как российским учёным удалось осуществить гиперспектральную съёмку в космосе с кубсата.

Размещённый на аппарате в качестве полезной нагрузки первый отечественный гиперспектрометр для наноспутников формата CubeSat 3U, успешно прошёл лётные испытания в космосе, подтвердив работоспособность своей инновационной конструкции.

Компактный научно-исследовательский прибор позволяет наблюдать за поверхностью Земли в многоканальном спектральном отображении, выявляя на планете объекты и их свойства, которые невидимы для обычных средств наблюдения. Гиперспектрометры помогают более эффективно вести экологический мониторинг, следить за состоянием лесов и сельскохозяйственных посевов, отслеживать возникновение лесных пожаров и выполнять другие задачи.

Ранее гиперспектрометры на отечественных кубсатах не устанавливались из-за сложностей создания достаточно компактного прибора с характеристиками, необходимыми для гиперспектральной съёмки из космоса.

«Наш гиперспектрометр для кубсатов прошёл программу лётных испытаний, успешно выполнив поставленные перед ним задачи. За время полёта были получены качественные гиперспектральные снимки различных территорий Евразии, Австралии, Африки, Северной Америки. За пределами объектива остались только два континента – Южная Америка и Антарктида. Однако главный итог этих испытаний – не количество сделанных и переданных снимков, а то, что на практике подтверждена работоспособность придуманной нами в 2020 году схемы внутреннего крепления элементов такого гиперспектрометра. В отличие от зарубежной схемы компоновки элементов наша позволяет добиться большей чёткости изображения при меньшей сложности конструкции и меньшем энергопотреблении», – рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. С. П. Королёва, доктор физико-математических наук Роман Скиданов.

Работающий на орбите гиперспектрометр постоянно подвергается значительным изменениям температуры: спутник то нагревается, освещаясь Солнцем, то охлаждается в тени Земли. Колебания температуры вызывают деформацию материала линз и других элементов конструкции, что приводит к искажениям и нечёткости получаемой «картинки». Обычно, чтобы избежать таких искажений, космический гиперспектрометр снабжают специальной системой термостабилизации – неким подобием «термоса» или «холодильника». Однако этот «холодильник» не только занимает на спутнике много места, но ещё и потребляет много электричества.

Самарские учёные в 2020 году предложили инновационный подход – изменить традиционную схему расположения крепёжных элементов оптики гиперспектрометра. Проведённые тогда эксперименты показали, что если крепёжные элементы разместить радиально, то оптическую систему можно будет регулировать – подстраивать, наводить резкость изображения – с помощью всего двух компактных шаговых двигателей. Эти двигатели примерно на порядок легче обычной системы термостабилизации (без которой теперь можно обойтись), кроме того, им нужно меньше места (значит, на борту можно установить ещё и другую полезную нагрузку) и у них минимальное энергопотребление, они включаются только в момент регулировки.

«Полученные тогда результаты экспериментов позволили нам сделать обоснованное предположение о том, что такой гиперспектрометр сможет работать с высокой эффективностью в широком диапазоне температур без использования системы термостабилизации для поддержания определенной температуры. Лётные испытания нашего гиперспектрометра полностью подтвердили эту идею, и сейчас можно уверенно сказать, что предложенный нами подход является весьма перспективным для использования в космосе и стратосфере», – отметил Роман Скиданов.

О потенциале такой технологии зримо говорит и разница между качеством снимков самарского прибора и его «одноклассников» – сопоставимых по размеру и классу гиперспектрометров, устанавливаемых на зарубежных наноспутниках по традиционной схеме с системой термостабилизации, например, на запущенных в том же 2022 году наноспутниках НАСА NACHOS. Хотя в открытом доступе снимков с таких наноспутников не очень много, но и по тому, что есть, можно увидеть, что качество нашей «гиперкартинки» значительно лучше.

«Данная оптическая схема позволяет уменьшать конструкцию без существенного ухудшения качества, поскольку все происходящие изменения там практически линейны, поэтому можно будет спроектировать ещё более компактный гиперспектрометр», – подчеркнул Роман Скиданов.

Технические характеристики гиперспектрометра, разработанного на основе схемы Оффнера:

• снимает в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах;
• количество спектральных каналов: от 150 до 300;
• спектральное разрешение: от 2 до 4 нм;
• масса гиперспектрометра: 1,6 кг;
• габариты: 13х9,4х9,4 см.

Несмотря на то, что спутник был запущен в рамках научно-образовательного проекта Space-π, установленный на нём гиперспектрометр являлся полноценным исследовательским прибором, позволяющим проводить гиперспектральное дистанционное зондирование Земли. Так, в ходе испытаний в космосе гиперспектрометр продемонстрировал свои возможности по получению данных для определения спектральных вегетационных индексов, применяемых в сельском хозяйстве для решения задач умного земледелия.

Снимки с самарского гиперспектрометра позволили определить участки озимых посевов с наибольшей зелёной массой, с высоким количеством хлорофилла, а также проверить сельхозугодья, попавшие в объектив гиперспектрометра, на наличие проблемных посевов. Данные показали уровень запасов влаги в растениях и помогли рассчитать вегетационный индекс*, моделирующий будущую продуктивность растений, то есть дающий предварительный прогноз урожайности.

Вегетационный индекс — показатель, рассчитываемый в результате операций с разными спектральными диапазонами данных дистанционного зондирования, и имеющий отношение к параметрам растительности в данном пикселе снимка.

Ещё один рассчитанный индекс оценил физиологическое состояние растений с точки зрения наличия у них стресса. Как известно, стресс бывает и у растений, его вызывают неблагоприятные явления – засуха или переизбыток влаги, сильный ветер, перепады температур, внезапные заморозки, нашествие насекомых-вредителей. Из-за стресса в растениях происходят метаболические изменения, с помощью гиперспектрометра эти изменения можно выявить даже из космоса.

Источник.

P.S. Актуальный прогноз времени схода радиолюбительских и образовательных спутников с орбиты можно посмотреть на портале СОНИКС или на сайте R4UAB.