Создан наноспутник с самым острым в России гиперспектральным "зрением"

Гиперспектральное "зрение" позволяет рассмотреть мир в многоканальном спектральном отображении и помогает более эффективно вести экологический мониторинг, следить за состоянием лесов и сельскохозяйственных посевов, отслеживать возникновение лесных пожаров и выполнять другие задачи, выявляя невидимые для человека характеристики и свойства наблюдаемых объектов. Космический аппарат планируется запустить в космос в конце 2024 года.

Наноспутник-рекордсмен представляет собой шестиюнитовый космический аппарат на базе наноспутниковой платформы собственной разработки инженеров космической компании. Аппарат уже собран, на нем завершена интеграция полезной нагрузки, спутник прошел функциональные испытания и ожидает предполетной подготовки.

На спутнике установлен созданный в Самарском университете им. Королёва компактный гиперспектрометр, который отличается крайне высокой для такого класса приборов разрешающей способностью, которое превышает показатели многих гораздо более крупных космических аппаратов гиперспектрального мониторинга Земли, как российских, так и зарубежных. Наноспутников со столь острым гиперспектральным "зрением" ранее в России не создавали.

«Ученые нашего университета разработали и собрали компактный гиперспектрометр с высоким показателем пространственного разрешения - всего 7 метров на пиксель. Это можно по праву назвать рекордным показателем для такого компактного прибора, и это примерно в десятки раз выше аналогичного показателя первого отечественного гиперспектрометра для наноспутников, который ранее также был разработан у нас в университете и успешно прошел испытания в космосе. Даже у многих больших спутников, весящих сотни или тысячи килограммов, величина пространственного разрешения гиперспектральной аппаратуры и, соответственно, объем и качество передаваемых гиперспектральных данных порой оказываются в разы хуже, чем у этого "малыша". Если же говорить о наноспутниках, оснащенных гиперспектрометром, то аппаратов с подобным или лучшим гиперспектральным "зрением" в России пока еще не было» - рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. Королёва, доктор физико-математических наук Роман Скиданов.

Гиперспектрометр оснащен мощным длиннофокусным объективом отечественного производства и предназначен для работы в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (так называемом VNIR-диапазоне, от 400 до 1000 нм).

Количество спектральных каналов - от 150 до 300. Длина гиперспектрометра вместе с объективом - всего порядка 30 см. Прибор уже успешно прошел стендовые испытания в лаборатории и готов к работе на орбите.

Проект реализуется при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках научно-образовательного проекта Space-Pi программы "Дежурный по планете". Планируется, что на основе данных, которые будет передавать с орбиты наноспутник с гиперспектрометром, ученые Самарского университета им. Королёва будут обучать команды российских школьников основам анализа и обработки гиперспектральных изображений.

«Нам интересен данный проект не только с точки зрения поддержки развития аэрокосмического образования, но и в плане самой перспективы создания космического аппарата с новой гиперспектральной съемочной системой. Новой в глобальном смысле, поскольку до сих пор ни одной такой сверхчувствительной системы в интеграции с кубсатом на орбите не испытывалось. Это может открыть новые возможности для развития сферы частного космоса, в чем мы сами заинтересованы в первую очередь как лидеры этого рынка» - подчеркнул генеральный директор "СПУТНИКС" Владислав Иваненко.

О пользе гиперспектрального "зрения"

По словам профессора Романа Скиданова, с помощью нового гиперспектрометра для наноспутников можно будет решать гораздо больше сложных задач, получая более точные данные об объектах на поверхности Земли. Новая аппаратура сможет, например, более качественно и точно следить за состоянием сельскохозяйственных посевов, вычислять вегетационные индексы, применяемые для решения задач умного земледелия, и выявлять из космоса проблемы и стресс у растений.

Вегетационные индексы рассчитываются 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 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 гиперспектральным данным можно, например, определить участки озимых посевов с наибольшей зеленой массой, с высоким количеством хлорофилла, узнать уровень запасов влаги в растениях и спрогнозировать будущую урожайность.

Гиперспектрометр также помогает оценить 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.