Студенты о космосе: Земля под прицелом объектива

В конце лета ИСОИ – малый спутник Института систем обработки изображений РАН - стал одним из 16 кубсатов проекта Space-π, которые ракета «Союз-2.1б» вывела на орбиту. Этот запуск стал настоящей сенсацией, потому что впервые на борту наноспутника была установлена российская гиперспектральная система ДЗЗ - дистанционного зондирования Земли. Такие камеры видят в 100 раз лучше то, что не заметно человеческому глазу. Благодаря гиперспектральной съёмке каждый объект получает своё описание, почти такое же уникальное, как сетчатка глаза или отпечаток пальца. Это помогает выявить и различать внешне очень похожие объекты. Например, два одинаковых яблока разных сортов. Можно практически моментально оценить состояние почвы и наличие в ней питательных веществ, обнаружить паразитов и опасные для растений патогены или практически в реальном времени следить за состоянием урожая, и вычислять любые опасности задолго до того, как их удалось бы обнаружить опытному агроному. 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. 

— В Вашем проекте участвовали четыре организации ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самарский  университет имени С. П. Королева, компании «Медэкс» и «СПУТНИКС». Какие задачи они выполняли?

— ИСОИ РАН осуществлял разработку и изготовление аппаратной части полезной нагрузки и выступал в роли координатора проекта. Компания «Медэкс» занималась разработкой программного обеспечения для сбора, хранения и анализа получаемой с орбиты гиперспектральной информации. Специалисты Самарского университета отвечали за испытание аппаратуры на устойчивость к внешним воздействиям и разрабатывали учебные материалы для работы со школьниками. В настоящий момент Самарский университет осуществляет управление кубсатом с помощью наземной станции связи. Компания «СПУТНИКС» изготовила спутниковую платформу кубсата.

— Наверное, изготовление ИСОИ было долгим и трудоёмкий процессом?

— Начнём с того, что в нашем случае процессы разработки спутниковой платформы, гиперспектральной камеры и программного обеспечения шли практически параллельно. Наиболее сложным этапом оказалась интеграция полезной нагрузки в спутниковую платформу, потому что в это время осуществлялись механические, электрические и информационные стыковки систем. Но слаженная работа специалистов «СПУТНИКСА» и ИСОИ РАН позволила осуществить все работы от идеи до запуска всего за полтора года!

— Почему Вы выбрали для спутника именно гиперспектральный тип камеры?

— Гиперспектральная съёмка позволяет увидеть то, что недоступно человеческому глазу. Так, например, на расстоянии можно определить вегетационные индексы зеленых насаждений и сельскохозяйственных культур – важнейшие показатели их развития. Можно проанализировать влажность почв и принять решение о необходимости внесения удобрения, провести классификацию растений. Прибор, установленный на борту кубсата, позволяет проводить гиперспектральные исследования поверхности Земли из космоса. Конечно, из-за небольшого размера спутниковой платформы (формат 3U – 10 × 10 × 30 см) разрешение оптической системы недостаточно для полноценного коммерческого использования. Однако данный аппарат позволяет определить оптимальные режимы съёмки и управления, выявить конструктивные и технологические недостатки. 

— Каким образом камера работает в космосе? 

— Она подключается напрямую к бортовому вычислительному модулю и не требует дополнительной аппаратуры. Однако обязательным компонентом является трёхосная система ориентации и стабилизации, позволяющая осуществлять съёмку в таком положении, при котором щелевая диафрагма перпендикулярна направлению движения спутника. Если всё это верно расположить – формируется требуемое спектральное распределение.

— Наверное, используемые Вами компоненты достаточно дорогие! Каким получился бюджет проекта?

— Всё относительно. Стоимость гиперспектральной камеры в пять раз меньше стоимости спутниковой платформы. А использование данного метода на беспилотных летательных аппаратах существенно уменьшает затраты.

— Прошло уже четыре месяца с момента запуска ИСОИ. Сколько времени предстоит провести космическому аппарату на орбите? 

— Если я не ошибаюсь, расчётное время жизни аппарата – три года. За это время кубсат успеет выполнить большое количество задач. Так, например, планируется его использование в проектной деятельности школьников в рамках мероприятий «Российского движения школьников», «Фонда содействия инновациям», а также для обучения студентов в рамках программы «Передовая инженерная аэрокосмическая школа».

— Кстати о молодёжи. Space-π – проект, позволяющий школьникам и студентам взаимодействовать с университетами и компаниями космической отрасли. Принимали ли участие в разработке гиперспектрометра молодые учёные?

— Да, конечно! У нас работали несколько групп школьников. В частности, одна команда занималась сборкой и настройкой камеры и проводила лабораторные испытания. Гиперспектрометр представляет собой не очень сложный конструктор, но его настройка – большая ювелирная работа. И наши ребята с поставленной задачей справились очень успешно!

— Как школьники и студенты работают над проектом сейчас, когда спутник на орбите?

— В настоящий момент, в процессе ввода кубсата в эксплуатацию, работа со школьниками несколько затруднена. Однако мы всегда информируем всех причастных к созданию спутника о его текущих успехах. Также проводятся научно-просветительские лекции при поддержке Российского движения школьников.

— Поделитесь, пожалуйста, и с нами этими успехами! Каково техническое состояние спутника ИСОИ на данный момент?

— Сейчас он переведён в штатную ориентацию, ведутся работы по настройке параметров камеры. Из-за малого объёма свободного пространства спутника, платформа оснащена довольно медленным приёмо-передатчиком УКВ-диапазона, что существенно затрудняет процесс настройки. Но надеюсь, что в ближайшее время мы достигнем приемлемого результата.

— Когда космический аппарат сгорит в атмосфере, работа научного коллектива закончится? Какие перспективы у исследования?

— Сегодня гиперспектрометрией занимаются множество научных коллективов по всему миру. Конкуренция в области дифракционных оптических элементов просто огромная! Тем не менее, оригинальные наработки научной школы академика В. А. Сойфера в ИСОИ РАН позволяют делать устройства, соответствующие международному уровню. Этим и займемся.

– Звучит впечатляюще! Наверное, ИСОИ – не последний спутник, который Вы запускаете на орбиту? Думаю, Вы внесли большой вклад в этот проект! 

– В этом проекте я занимался разработкой конструкции гиперспектральной камеры, а также вопросами её аппаратной стыковки со спутниковой платформой. Будут ли ещё пуски? Надеюсь, что да – время покажет!

Беседовала Алёна Новикова, студент 3 курса бакалавриата программы «Международная журналистика» СПбГУ

Фотографии из личного архива Николая Ивлева и пресс-службы компании «Аэроспейс Кэпитал»