Первый отечественный гиперспектрометр для
наноспутников формата CubeSat (кубсат), разработанный учеными Самарского
университета им. Королёва и Института систем обработки изображений
(ИСОИ) РАН, в ходе испытаний в космосе успешно решил поставленные задачи,
показав свои возможности по получению данных, используемых в сфере умного
земледелия.
"В ходе летных испытаний, проходящих сейчас
на борту наноспутника SXC3-219 ИСОИ (формат наноспутника 3U, U=10х10х10), наш
гиперспектрометр продемонстрировал свой потенциал по перспективному применению
в сфере умного земледелия, это означает, что гиперспектральные камеры подобных
размеров и данной конструкции можно будет эффективно использовать в интересах
сельскохозяйственной отрасли, - рассказал профессор кафедры технической
кибернетики Самарского университета им. Королёва доктор физико-математических
наук Роман Скиданов. - Конечно, в силу компактности наноспутника
передача данных на Землю ведется в УКВ-диапазоне, что существенно снижает объем
и детализацию получаемых данных в отличие от больших спутников. Тем не менее,
результаты четырех месяцев эксперимента на орбите подтверждают, что данный
гиперспектрометр позволяет нам получать данные, которых вполне достаточно для
определения спектральных вегетационных индексов, применяемых в сельском
хозяйстве для решения задач умного земледелия".
Вегетационные индексы - всего их более 150 -
высчитываются на основе спектральных данных и показывают самые различные
параметры и свойства растений, необходимые сельхозпроизводителю для правильного
ухода за посевами культур. В зависимости от своего состояния, количества
витаминов и влаги, температуры окружающей среды и других факторов растения
по-разному поглощают и отражают электромагнитные волны в разных диапазонах, в
разных спектрах. Сопоставляя эти данные в едином комплексе с помощью мульти-
или гиперспектральной съемки, можно дистанционно, оперативно и более точно
оценивать состояние посевов той или иной культуры, не отправляя выборочно на
лабораторный анализ отдельные растения или образцы почвы.
По словам Романа Скиданова, снимки, полученные в
ходе эксперимента с самарского гиперспектрометра, позволили, например,
определить участки озимых посевов с наибольшей зеленой 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.
Еще 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 и из
космоса.
"Гиперспектральные данные с наноспутника
можно принимать самостоятельно, с помощью УКВ-радиостанций, или получать данные
через Институт систем обработки изображений РАН. Разумеется, следует понимать,
что этот космический аппарат с гиперспектральной камерой нужно рассматривать
как демонстратор технологии, за ним последуют запуски более совершенных,
возможно, даже серийных моделей компактного гиперспектрометра для кубсатов
различных конфигураций. Кроме того, данный эксперимент безусловно важен с
образовательной точки зрения - школьники, участвующие в программе Space-Pi,
получают практические навыки по работе с космическими гиперспектральными
данными", - подчеркнул Роман Скиданов.
О гиперспектрометре
Первый отечественный гиперспектрометр для кубсатов -
совместная разработка ученых ИСОИ РАН и Самарского университета им. Королёва.
Прибор проходит испытания на борту наноспутника SXC3-219 ИСОИ, выведенного на
орбиту 9 августа 2022 года в рамках запуска с космодрома Байконур
ракеты-носителя "Союз-2.1б" с разгонным блоком "Фрегат" с
иранским спутником "Хайям" и 16 российскими малыми космическими
аппаратами.
Несмотря на то, что спутник запущен в рамках
научно-образовательного проекта Space-Pi ("Space π" ), установленный
на нем гиперспектрометр является полноценным исследовательским прибором,
позволяющим проводить гиперспектральное дистанционное зондирование Земли, то
есть, осуществлять экологический мониторинг, следить за состоянием лесов и
сельскохозяйственных посевов, отслеживать возникновение лесных пожаров и
выполнять другие задачи.
Ранее гиперспектрометры на отечественных космических
аппаратах такого класса - наноспутниках формата кубсат 3U - не устанавливались
из-за сложностей создания компактного прибора с характеристиками, необходимыми
для гиперспектральной съемки из космоса. Миниатюрные гиперспектрометры,
применяемые, например, для съемки с беспилотников, по своим характеристикам не
подходят для съемок с орбиты, поэтому космические гиперспектрометры обычно
устанавливаются на относительно больших спутниках дистанционного зондирования
Земли.
Гиперспектрометр разработан на основе схемы Оффнера.
Снимает прибор 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, размеры - 13 х 9,4 х 9,4 см, то есть, он
занимает менее половины внутреннего пространства наноспутника формата кубсат 3U
размерами 10 х 10 х 30 см.