ОБЗОР ОСНОВНЫХ СОВРЕМЕННЫХ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЗЗ

Целью данного исследования является обзор самых востребованных гиперспектральных систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

EPICHyper 1, 2, 3

Компания AAC Clyde Space спроектировала и построила EPIC CubeSat форм-фактора 6U, известный как EPICHyper. Космический аппарат будет получать гиперспектральные данные исключительно для ее канадского партнера компании Wyvern Inc. Эти спутники известны как Dragonette от Wyvern.

Спутники EPIC VIEW, предназначенные для Wyvern, имеют конструкцию, ориентированную на конкретное применение, имеют улучшенную передачу данных и расширенные возможности управления, а также будут получать гиперспектральные данные — метод съемки Земли в большом количестве узких спектральных полос, что позволяет получить гораздо больше информации, чем стандартный набор из трех или четырех спектральных каналов, которые улавливает человеческий глаз.

AAC Clyde Space производит, эксплуатирует и владеет спутниками EPIC с гиперспектральной полезной нагрузкой в рамках соглашения «Космические данные как услуга», а Wyvern Inc. Занимается обработкой и дистрибуцией. Wyvern в первую очередь будет предоставлять данные и аналитику для сельскохозяйственной отрасли, где они помогут оптимизировать технологии выращивания сх растений и выявить вредителей, инвазивные растения и изменения в составе почвы.

Первый спутник Wyvern был запущен помощью спутниковой платформы ION-SCV 010 в апреле 2023 года. Позже будут запущены еще два аналогичных космических аппарата.

Gaofen (GF) 5

Gaofen (GF) — это серия китайских гражданских спутников дистанционного зондирования Земли для спонсируемой государством программы China High-Definition Earth Observation System (CHEOS).

GF 5-01A представляет собой модифицированную версию спутников Gaofen 5 и 5-02, оснащенных тремя типами полезной нагрузки, включая инфракрасный сканер с шириной полосы обзора 1500 км, коротковолновый инфракрасный гиперспектральный сканер со спектральным разрешением 2,5 нм и дифференциальный абсорбционный гиперспектральный тепловизор - спектрометр для выявления примесей атмосферных газов. Спутник создан на базе платформы SAST-5000B, расчетный срок службы 8 лет.

GF 5 оснащен шестью типами полезной нагрузки, включая гиперспектральную камеру видимого и коротковолнового диапазона, спектральный формирователь изображений, детектор парниковых газов, инфракрасный детектор атмосферной среды с очень высоким спектральным разрешением, спектрометр дифференциального поглощения атмосферных газовых примесей и мульти- детектор угловой поляризации, расчетный срок службы 8 лет. Спутник создан на базе шины SAST-5000B.

Инструменты:

• Усовершенствованный гиперспектральный сканер (AHSI)

• Визуальный и инфракрасный мультиспектральный датчик (VIMS).

• Прибор мониторинга парниковых газов (GMI).

• Атмосферный инфракрасный ультраспектральный анализатор (AIUS)

• Инструмент мониторинга окружающей среды (EMI)

• Камера направленной поляризации (DPC)

Gaofen 5 был запущен в 2018 году. Второй, Gaofen 5-02, был запущен в сентябре 2021 года. Оба спутника были выведены орбиту с помощью РН CZ-4C.

Модифицированная версия Gaofen 5-01A была запущена в эксплуатацию в декабре 2022 года.

GHGSat C9–C15

Спутники GHGSat C9–C11 (спутник для анализа парниковых газов) представляют собой микроспутники, созданные, принадлежащие и эксплуатируемые компанией Spire (SFL) для GHGSat Inc. по соглашению о предоставлении данных как услуги в качестве спутников для мониторинга парниковых газов.

Спутники построены на основе шины CubeSat (16U) компании Spire и содержат инструменты мониторинга парниковых газов GHGSats.

GHOSt 1-6

GHOSt (Глобальный спутник гиперспектрального наблюдения) — это планируемая группировка наблюдения Земли компанией Orbital Sidekick (OSK).

Группировка состоит из шести гиперспектральных спутников класса ESPA массой 85 кг, разработанных и изготовленных Astro Digital, при этом Maverick Space Systems предоставляет услуги по интеграции и управлению миссиями для запусков на Falcon 9 компании SpaceX. Специальную полезную нагрузку для формирования гиперспектральных изображений предоставляет компания OSK, она создана на основе прототипа, запущенного на спутнике Aurora.

GHOST использует предыдущий опыт OSK по сбору и анализу гиперспектральных данных в своей миссии HEIST на Международной космической станции в 2019 году. Специальная полезная нагрузка будет получать гиперспектральные изображения самого высокого разрешения коммерчески доступные на сегодняшний день, с GSD примерно 8 метров. Полезная нагрузка будет интегрирована в спутниковую платформу Corvus-XL от Astro Digital и будет использовать возможности нисходящей передачи данных в Ka-диапазоне.

GHOSt будет регистрировать более 400 спектральных каналов в видимом и коротковолновом инфракрасном диапазоне 400–2500 нм для использования в платформе OSK Spectral Intelligence Global Monitoring Application (SIGMATM).

Первые два спутника GHOSt оснащены датчиками, почти идентичными сенсорам Aurora, но соединены с гораздо более крупными телескопами. Следующие четыре спутника GHOST будут иметь немного более совершенную решетку в фокальной плоскости для достижения более высоких характеристик.

GISAT 1, 2 (EOS 03, 05)

GISAT 1 (GEO Imaging Satellite) — это индийский спутник наблюдения за Землей, работающий с геостационарной орбиты для обеспечения непрерывного наблюдения за Индийским субконтинентом, быстрого мониторинга стихийных бедствий и стихийных бедствий.

GISAT несет в себе полезную нагрузку для получения изображений, состоящую из мультиспектральных (видимый, ближний инфракрасный и тепловой) изображений с мультиразрешением от 50 м до 1,5 км.

GISAT будет предоставлять снимки больших территорий страны практически в реальном времени в безоблачных условиях через определенные промежутки времени. То есть выбранное изображение каждые 5 минут и изображение всей суши Индии каждые 30 минут с пространственным разрешением 50 м.

Полезная нагрузка GISAT состоит из:

700-мм телескоп Ричи-Кретьена на основе конструкции Cartosat 2

Матричные детекторы в диапазонах VNIR, SWIR и LWIR

Многоспектральный VNIR высокого разрешения (HRMX - VNIR): разрешение 50 м.

Мультиспектральный режим высокого разрешения (HRMX - LWIR): разрешение 1,5 км.

Гиперспектральный VNIR: разрешение 320 м и 192 м.

Гиперспектральный SWIR: разрешение 320 м и 192 м.

Электроника камеры и система обработки данных

Передающая антенная система с электронным управлением

Платформа с высокой маневренностью, удовлетворяющая требованиям к рулевому управлению с большой полезной нагрузкой.

ГИСАТ построен на базе модифицированного автобуса И-2К (И-2000), который планируется запускать на ракете-носителе GSLV Mk.2A.

Спутник будет работать на орбитальной позиции около 93,5 ° восточной долготы, совмещенной с Insat 3A, Insat 4B и GSat 15. Запуск в августе 2021 года не удался.

Планируется, что второй спутник, GISAT 2, станет повторением первого спутника.

HJ 1A, 1B (SMMS 1)

Спутники HJ 1A и 1B (Huan Jing = Environment) — это небольшие китайские спутники наблюдения Земли, эксплуатируемые Китайским центром данных и применения спутников дистанционного зондирования (CRESDA). Спутниковая группировка состоит из ряда небольших спутников, наземной системы и прикладной системы. Он обеспечит получение изображений с разрешением от 3 до 100 метров. Группировка спутников Huan Jing состоит из двух небольших оптических спутников HJ-1A и HJ-1B и одного радиолокационного спутника HJ-1C.

Бортовой прибор полезной нагрузки включает ПЗС-камеру (на обоих КА), гиперспектральную камеру (на HJ 1A) или инфракрасную камеру (на HJ 1B).

HJ 1A также является малым многоцелевым спутником (SMMS) Азиатско-Тихоокеанской организации космического сотрудничества (APSCO) и станет важным источником данных для космического применения APSCO. SMMS — это совместное предприятие Китая, Ирана, Южной Кореи, Монголии, Пакистана, Таиланда и Бангладеш в рамках Азиатско-Тихоокеанской организации.

HyperSat 1-6

HyperSat — серия из шести гиперспектральных спутников на низкой околоземной орбите американской компании HyperSat.

QinetiQ возглавит команду специализированных инженерных и технологических организаций по всей территории США, в которую входят Redwire, Millennium Engineering and Integration, LLC и Brandywine Photonics. Команда выбрала Virgin Orbit в качестве поставщика услуг запуска отчасти из-за беспрецедентной маневренности, мобильности и оперативности, обеспечиваемых воздушным запуском, который позволяет сократить время и разработать более гибкое планирование для клиентов, а также прямой вывод в точную цель орбиты.

Каждый спутник будет обладать очень высоким разрешением, предлагая гиперспектральную визуализацию – способность получать и обрабатывать изображение на длинах волн во всем спектре отражения от видимого света до длинноволнового инфракрасного, пиксель за пикселем. Это позволяет с высокой точностью идентифицировать объекты на изображении, будь то замаскированный автомобиль; больные посевы в пределах урожая; или утечка газов из трубопровода.

Первый спутник, который будет запущен в начале 2024 года, будет иметь 500 спектральных диапазонов в видимом и коротковолновом инфракрасном диапазоне и разрешение 6 м – почти вдвое больше, чем у существующих гиперспектральных спутников ДЗЗ. Следующие пять спутников будут получать длинноволновые инфракрасные изображения и еще больше возможностей в коротковолновом инфракрасном диапазоне.

Космический корабль должен был быть запущен на борту ракет LauncherOne, построенных Virgin Orbit. После закрытия Virign Orbit до сих пор не выбран альтернативный поставщик услуг запуска.

Jilin-1 Guanpu-01, 02 (Jilin-1 Spectrum-01, 02)

Спутники Jilin-1 Spectrum-01, 02 — это серия китайских коммерческих спутников дистанционного зондирования Земли для получения гиперспектральных изображений в группировке спутников Jilin, разработанных и принадлежащих компании Chang Guang Satellite Technology Co.

Эти спутники оснащены гиперспектральным формирователем изображений, который обеспечивает наземное разрешение 5 м и ширину съемки 150 км в 26 спектральных каналах.

Пара была запущена в январе 2019 года на ракете CZ-11.

Pixxel

С миссией стать монитором здоровья планеты Земля, Pixxel планирует запустить в общей сложности 24 спутника к 2026 году, 6 в 2024 году и 18 в 2025 году. Первая фаза развёртывания группировки спутников Firefly и Honeybee начнется в 2024 году. К 2025 году планируется запустить вторую фазу. Всего будет 18 Firefly и 6 Honeybee.

Fireflies — это группировка спутников, которые будут оснащены камерами высокого разрешения с возможностью получать большие объемы данных, рассчитанные на срок эксплуатации 10 лет.

Honeybees — еще одна группировка спутников, которая увеличит разрешение снимков и спектральный диапазон спутников Pixxel.

Группировка будет стремиться обеспечивать глобальный охват каждые 24 часа и помогать обнаруживать, отслеживать и прогнозировать глобальные явления в сельском хозяйстве, горнодобывающей промышленности, окружающей среде и энергетике. У Pixxel уже есть три гиперспектральных спутника в космосе со сроком службы три года, включая Pixxel TD 1 Anand и TD 2 Shakuntala.

Спутник Pixxel TD 1 или Anand — это прототип спутника для индийской группировки ДЗЗ, созданный одноименной компанией Pixxel.

Pixxel TD 2 или Shakuntala — это спутник-демонстратор технологий CubeSat размером 6U l.

При весе менее 15 кг TD-2 способен получать данные в более чем 150 каналах видимого и инфракрасного спектра с разрешением 10 метров на пиксель.

PRISMA

PRISMA (Precursore Iperspettrale della Missione Applicativa) — это система наблюдения Земли Итальянского космического агентства (ASI) с инновационными электрооптическими приборами, сочетающими в себе гиперспектральный датчик и панхроматическую камеру среднего разрешения. Это продолжение отмененной миссии HypSEO.

Преимущества этой комбинации заключаются в том, что помимо классической возможности наблюдения, основанной на распознавании геометрических характеристик, существует возможность гиперспектральных датчиков, способных определять химико-физический состав объектов, присутствующих на снимке.

Это предлагает научному сообществу и пользователям множество приложений в области мониторинга окружающей среды, управления ресурсами, классификации сельскохозяйственных культур, контроля загрязнения и т. д.

PRISMA — небольшая итальянская миссия демонстрационно-технологического и предоперационного характера. Основными целями, в соответствии с PASN 2006-2008, являются следующие

Разработать небольшую миссию полностью в Италии для мониторинга природных ресурсов и характеристик атмосферы, используя предыдущие разработки, проведенные ASI.

Сделать доступными в короткие сроки данные, необходимые научному сообществу для разработки новых приложений по управлению экологическими рисками и наблюдению за территорией на основе спектральных изображений высокого разрешения.

Гиперспектральная/панхроматическая полезная нагрузка получена из HypSEO и обновлена, как и для миссии JHM. Он имеет пространственное разрешение 20–30 м (гиперспектральный режим) и 2,5–5 м (панхроматический режим) с шириной съемки 30–60 км. Датчик работает в спектральном диапазоне 0,4–2,5 мкм (Hyp) или 0,4–0,7 мкм (PAN) и обеспечивает непрерывный охват спектральных диапазонов с полосой 10 нм.

Спутник PRISMA создан на базе усовершенствованного автобуса MITA от Carlo Gavazzi Space SpA.

Sentinel 3A, 3B, 3C, 3D

ЕКА и Thales Alenia Space подписали в апреле 2008 года контракт на сумму 305 миллионов евро на спутник наблюдения за Землей Sentinel-3 14 апреля 2008 года. Sentinel-3 будет посвящен океанографии и мониторингу наземной растительности в рамках европейской программы GMES. В качестве генерального подрядчика компания Thales Alenia Space отвечает за проектирование, разработку и интеграцию спутника.

Sentinel-3 будет определять такие параметры, как топография морских территорий, температура поверхности моря/суши, цвет океана и цвет суши с высочайшей точностью. Для этой цели на нем имеется усовершенствованный радиолокационный высотомер и многоканальный оптический прибор для формирования изображений.

Для достижения почти глобального покрытия и удовлетворения всех научных требований Sentinel-3 будет размещен на солнечно-синхронной полярной орбите с высоким наклонением. Обработка и доставка данных в режиме, близком к реальному времени, позволит оперативным службам постоянно получать данные.

ЕКА завершило этап проектирования Sentinel-3 в 2005/6 году, опираясь на промышленный консорциум во главе с Thales Alenia Space. Этап реализации начался осенью 2007 года, а запуск первого спутника Sentinel-3 запланирован на 2012 год.

Спутник, рассчитанный на минимальный срок службы 7 лет, несет полезную нагрузку, состоящую из:

Инструмент цвета океана и суши (OLCI), имеющий богатое наследие от инструмента MERIS на Envisat, предназначен для мониторинга состояния океана (течений, морской жизни и т. д.) и прибрежных зон (загрязнение, течения и т. д.) для обеспечения более точного прогнозирования изменений. в этих условиях и лучшее управление ресурсами.

Радиометр температуры поверхности моря и суши (SLSTR), являющийся дальнейшим техническим развитием инструмента AATSR на Envisat, будет отслеживать влияние изменений климата на температуру океанов, а также поверхности суши, а также улучшать метеорологические прогнозы, способствуя лучшему пониманию взаимоотношений океанов и атмосферы.

Радиолокационный высотомер SAR (SRAL) – продолжение и развитие аппаратуры Cryosat – и микроволновой радиометр (MWR), используемый для измерения топографии поверхности океана, с качеством, равным данным, предоставляемым высотомерами на Envisat. Миссия также будет изучать топографию поверхности океана вблизи прибрежных зон и ледяных массивов. Эти измерения позволят нам лучше отслеживать влияние изменений климата (таяние льдов, повышение уровня моря и т. д.), повысить безопасность на море и улучшить метеорологическую точность за счет лучшего понимания взаимосвязи между океанами и атмосферой.

Пакет точного определения орбиты, включающий: приемник GNSS, зеркало лазерного слежения и приемник Doris.

Инструменты OCLI и SLSTR также объединят свои данные для глобальной миссии по мониторингу растительности, чтобы определить состояние растительности и лучше управлять ее развитием. Эта миссия была стала продолжением системы Vegetation, разработанной Thales Alenia Space в 1990-х годах.

Sentinel-3 представляет собой стабилизированный по 3 осям спутник на солнечно-синхронной орбите, с циклом повторения орбиты более 20 дней, что требуется для топографической миссии, и местным временем в нисходящей фазе между 10:00 и 10:30 часов, сохраняя при этом преемственность с миссиями Envisat/ERS/SPOT. При массе 1200 кг и потребляемой мощности 1,1 кВт «Сентинел-3» соответствует базовой РН «Вега» с резервным «Рокот-КМ».

В декабре 2009 года ЕКА подписало контракт на дублирование второго космического корабля под названием Sentinel 3B. В январе 2016 года было приказано запустить еще два спутника, Sentinel 3C и Sentinel 3D, начиная с 2021 года.

ZY-1 02D (Ziyuan-1 02D)

ZY-1 02D (Ziyuan-1 02D) — китайский спутник ДЗЗ, аналогичный китайско-бразильскому CBERS 2B / ZY-1 02B, но оснащенный только китайскими приборами. Основная цель – получение панхроматических, мульти- и гиперспектральных изображений высокого разрешения для изучения земельных ресурсов, мониторинга стихийных бедствий, лесного и экологического мониторинга.

Спутник ZY-1 02D оснащен улучшенными формами изображения по сравнению со своим предшественником.

Он оснащен 9-канальной камерой ближнего инфракрасного диапазона и 166-канальной гиперспектральной камерой.

Видимая NIR-камера имеет разрешение на местности 5 м и ширину обзора 115 км. Спутник будет вращаться по солнечно-синхронной орбите высотой 778 км, а цикл повторного посещения может составлять всего три дня. Изображение с камеры имеет высокую геометрическую точность, а точность позиционирования изображения составляет более 50 метров; Изображение с камеры имеет высокое спектральное разрешение.

Гиперспектральная камера может одновременно регистрировать данные в 166 каналах, что позволяет получать информацию о составе и других характеристиках объектов на Земле. Спутник обеспечивает скорость передачи данных 900 мегабит в секунду и емкость хранения данных 2Т бит. Система высокоскоростной передачи данных и двухлучевые антенны расширяют возможности нисходящей линии связи и помогают спутникам эффективно и стабильно работать на орбите.

Hyperfield-1

Финская компания Kuva Space является единственным в мире поставщиком услуг гиперспектральных данных, присоединившимся к программе Европейской комиссии Copernicus Contributor Missions (CCM), целью которой является предоставление дополнительных данных наблюдения Земли для решения некоторых из наиболее насущных мировых проблем, таких как изменение климата, проверка улавливания углерода и продовольственная безопасность.

Коммерческая микроспутниковая группировка Kuva Space, оснащенная запатентованной гиперспектральной камерой, может собирать данные научного уровня о таких деталях, как типы сельскохозяйственных культур и их здоровье, состояние почвы, биомасса, биоразнообразие и морские химические загрязнители, в масштабе. Используя свою аналитическую платформу на основе искусственного интеллекта, Kuva Space преобразует собранные данные в аналитическую информацию, позволяя пользователям отслеживать, выявлять и прогнозировать изменения и их влияние практически в режиме реального времени.

Kuva Space запустит свой микроспутник Hyperfield-1 в начале 2024 года, а в 2024-2025 годах запустит четыре микроспутника Gen 2. Это ознаменует начальный этап запланированной группировки Kuva Space, целью которой является развертывание до 100 спутников к 2030 году для ежедневного мониторинга, что повысит способность общества решать проблемы климата и безопасности. Имея представительства в Финляндии, Японии, Бельгии, США и Великобритании, Kuva Space привлекла 6,5 млн евро общего финансирования от Reaktor Ventures, Voima Ventures, Nordic Foodtech VC, Центра технических исследований VTT в Финляндии, а также государственное финансирование от ESA Philab и Business Finland.

17 января/ 2024