EnMAP – первый немецкий гиперспектральный спутник

С момента своего запуска семь месяцев назад спутник Немецкой программы экологического картирования и анализа (EnMAP) был занят сбором данных. Он выполнил съемку более 11,4 миллиона квадратных километров площади поверхности Земли Европа с высоты около 650 километров, используя свои 242 спектральных канала. Но эти данные не были собраны в научных целях. Они были необходимы для оптимальной настройки прибора Hyperspectral Imager (HSI) для научной работы и проверки качества полученных данных.

«Во время так называемого этапа ввода в эксплуатацию EnMAP предоставил первоклассные снимки нашей планеты в выдающемся качестве», - говорит Вальтер Пельцер, член исполнительного совета DLR и глава Немецкого космического агентства в DLR, которое возглавляет миссию EnMAP от лица Федерального министерства экономики и климатических действий Германии (BMWK).

«Мы рады, что успешно завершили этот этап испытаний в октябре и теперь вступаем в рутинную работу. Мы уже можем с большим нетерпением ждать того, какие новые, захватывающие научные идеи для защиты нашей планеты мы получим от данных EnMAP в ближайшие десятилетия. Одной из областей, которую принесут пользу данные EnMAP, является устойчивое повышение урожайности сельскохозяйственных культур,

На этапе ввода в эксплуатацию различные компоненты спутника EnMAP, включая прибор HSI, должны были пройти различные испытания. На этом деликатном этапе Германский центр космических операций (GSOC) в Оберпфаффенхофене способствовал успешному завершению ввода в эксплуатацию благодаря своему многолетнему опыту и будет по-прежнему доступен для рутинных операций, обеспечивая круглосуточную

Данные со спутника EnMAP принимаются Немецким центром данных дистанционного зондирования DLR (DFD) и Технологическим институтом дистанционного зондирования в Оберпфаффенхофене, которые также калибровали изображения на этапе ввода в эксплуатацию, оптимизировали их для характеристик прибора на орбите и вместе с Исследовательским центом геоданных в Потсдаме (GeoForschungszentrum Potsdam -GFZ) работали над постоянным улучшением качества данных. Данные, которые спутник отправляет на Землю, не могут быть использованы напрямую. Только при их дальнейшей обработке, когда они проходят геометрическую коррекцию, а также корректируются на атмосферные воздействия, пользователи смогут получать основу для дальнейшего анализа.

Теперь исследователи по всему миру могут отправлять свои запросы в DLR. Архивные данные могут быть доступны сразу же бесплатно. Консорциум, возглавляемый Германским космическим агентством в DLR и GFZ, рассмотрит запросы на наблюдение, которые могут включать в себя проекты по анализу воздействий на изменения климата, изменения почвенно-растительного покрова, изучения поверхностных процессов, биоразнообразия и экосистем, доступа к воде и качеству воды, природных ресурсов и борьбы со стихийными бедствиями.

EnMAP также обязуется поставлять данные по запросу для «Международной хартии по космосу и крупным катастрофам» для оказания немедленной чрезвычайной поддержки в случае стихийного бедствия для поддержки усилий по оказанию чрезвычайной помощи во всем мире. Немецкое космическое агентство в DLR придает особое значение долгосрочному мониторингу изменений окружающей среды. Следовательно, этой области исследований уделялось приоритетное внимание в процессе отбора будущих наблюдений, начиная с начала этапа рутинных операций миссии.

На пути к более устойчивому сельскому хозяйству

Сельское хозяйство играет важную роль в нашем обществе для обеспечения продовольствием, а также для снабжения строительными материалами и энергией. EnMAP открывает новые возможности для точного земледелия и сельскохозяйственного мониторинга. Данные, которые получает спутник, имеют высокое спектральное разрешение и содержат важную информацию о состоянии и здоровье сельскохозяйственных культур. 28 июля 2022 года, на этапе ввода в эксплуатацию, EnMAP получил снимки северного района Мюнхена. Используя эффективные алгоритмы и современные методы машинного обучения, исследователи из Департамента географии в Университете Людвига-Максимилиана-Мюнхена (LMU) впервые смогли количественно оценить и отобразить биофизические и биохимические свойства растений на больших площадях. Растущее население мира и одновременное воздействие сельского хозяйства на окружающую среду, например в отношении выбросов парниковых газов, стимулируют спрос на сельскохозяйственное производство. На этом фоне эти новые данные могут быть использованы в системах управления сельским хозяйством для повышения эффективности использования ресурсов и поддержки устойчивости требуемой оптимизации урожайности.

Отслеживание «контрольных» метановых шлейфов с помощью EnMAP

Добыча ископаемого топлива, добыча нефти и газа и добыча угля ответственны за большую долю антропогенных выбросов метана. Они часто появляются как «метановые шлейфы», испускаемые точечными источниками. Эти относительно небольшие поверхностные элементы выделяют относительно большое количество газа, оставляя контрольный след в атмосфере. Если этот след обнаружить быстро, причину можно быстро устранить, тем самым значительно снизив концентрацию парниковых газов в атмосфере. Космические спектрометры, такие как EnMAP, обеспечивают наилучшее средство мониторинга этих выбросов метана в глобальном масштабе и на широкой территории. Потенциал немецкой экологической миссии по картированию этих метановых шлейфов уже был подтвержден первоначальными измерениями, сделанными на этапе ввода в эксплуатацию. 6 октября 2022 года EnMAP обследовал нефтегазодобывающие бассейны на юге Туркменистана. Ученые из Научно-исследовательского института водной и экологической инженерии (IIAMA) Политехнического университета Валенсии обнаружили несколько активных источников метана в этом регионе, используя полученные карты EnMAP, показывающие увеличение концентраций метана.

Взгляд на геологию крупнейшего в мире эрозионного кратера

В израильской пустыне Негев находится самый большой в мире кратер, образованный естественной эрозией- Махтеш Рамон. За последние 220 миллионов лет более мягкие породы, такие как песчаник, размылись из областей более твердых типов, таких как известняк и доломит, смыв их и создав уникальный кратер. Этот национальный парк, который является одним из самых сухих районов на нашей планете, является резервуаром для окаменелостей, первобытных вулканических конусов, магматических трещин и камер, и окаменелых коралловых рифов, но прежде всего огромного разнообразия минералов, которые откладываются там в скале. Исследователи особенно заинтересованы в геологических единицах, включая песчаник, богатые оксидом железа породы, гипс, известняк, доломит, глинистые минералы, такие как филлосиликат каолинит, и плутонические кристаллические породы. Песчаник и плутонические кристаллические породы, которые «мигрировали» на поверхность, видны невооруженным глазом. Но что скрывается под ним? Сколько горных пород и минералов хранится в породе? И как распределяются эти единицы? EnMAP помог исследователям из Лаборатории дистанционного зондирования в Тель-Авивском университете разобраться в этих вопросах. Данные с этапа ввода спутника в эксплуатацию, которые были обработаны и предоставлены наземным сегментом DLR и обработаны совместно с GFZ, дают хорошее представление о высоком качестве данных, которые мы можем ожидать на этапе эксплуатации. Исследователи смогли очень точно различать различные типы пород, такие как доломит и известняк, и минералы, такие как глины и сульфаты, а также вариации в пределах типов минералов в пределах полосы 40 на 7 километров. Это позволило получить более точную картину количества и распределения нанесенных на карту единиц по сравнению с данными, полученными с воздуха и земли. Это знание было бы невозможно без гиперспектральных изображений EnMAP из космоса.

Мониторинг качества воды в Боденском озере из космоса

Боденское озеро является крупнейшим резервуаром питьевой воды в Европе и обеспечивает водой миллионы людей. Но в июле и августе 2022 года озеро достигло низкой точки из-за длительной засухи, характерной для современной эпохи изменения климата. 9 августа 2022 года очень низкий уровень воды - всего в 3,05 метра - был зарегистрирован на четыре сантиметра выше сезонного рекорда. Следствием этого является то, что чем мельче вода, тем быстрее она прогревается. В результате в некоторых местах до поверхности воды были вымыты отложения, а в огромных масштабах образовались ковры из зеленых водорослей. Эти ковры растут особенно быстро там, где много питательных веществ, а вода сильно прогревается. Чтобы получить обзор чрезмерного роста водорослей, EnMAP внимательно изучил Боденское озеро и его концентрацию хлорофилла-а из космоса 1 августа 2022 года, во время фазы ввода в эксплуатацию. Данные об этом важном растительном пигменте, оцененные Институтом Альфреда Вегенера (AWI), предоставляют информацию о фотосинтезе и, следовательно, о росте водорослей. Наборы данных о распределении и продуктивности различных групп фитопланктона, полученные с помощью спутника, чрезвычайно ценны для мониторинга качества внутренних вод и их использования в качестве источника воды и пищи, а также рекреационной зоны.

Спутник EnMAP управляется Немецким космическим агентством в Немецком аэрокосмическом центре (Deutsches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt; DLR) в Бонне от имени Федерального министерства по экономическим вопросам и климатическим действиям (Bundesministerium fur Wirtschaft und Klimaschutz; BMWK). OHB System AG заключила контракт на разработку и строительство спутника и гиперспектральных приборов. Исследовательский центр геоданных в Потсдаме (GeoForschungsZentrum; GFZ) является главным научным исполнителем миссии. Для строительства и эксплуатации наземного сегмента введены в эксплуатацию три института и объекта DLR. Германский центр космических операций в Оберпфаффенхофене будет проводить и контролировать спутниковые операции, а Немецкий центр данных дистанционного зондирования и Технологический институт дистанционного зондирования DLR будут архивировать, обрабатывать и проверять полученные спутниковые данные и предоставлять их научному сообществу. Компании и государственные органы также будут тестировать данные и использовать их для подготовки будущих услуг. Использование гиперспектральных данных EnMAP университетами и научными учреждениями и разработка специальных приложений будут поддерживаться BMWK.