Первый российский гиперспектрометр для кубсатов прошел испытания в космосе
В Самарском университете имени Королева сообщили об успешном завершении летных испытаний первого отечественного гиперспектрометра для наноспутников формата CubeSat («кубсат»). Это подтверждает работоспособность уникальной конструкции, созданной российскими учеными.
Компактный научно-исследовательский прибор, разработанный учеными Самарского университета им. Королёва и Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН, предназначен для наблюдения за поверхностью Земли в многоканальном спектральном отображении. Это позволяет выявлять на планете объекты и их свойства, незаметные для обычных средств наблюдения. Помимо этого, гиперспектрометры помогают следить за экологической ситуацией, состоянием лесов и сельскохозяйственных посевов, отслеживать лесные пожары.
«Наш гиперспектрометр для кубсатов прошел программу летных испытаний, успешно выполнив поставленные перед ним задачи. За время полета были получены качественные гиперспектральные снимки различных территорий Евразии, Австралии, Африки, Северной Америки. За пределами объектива остались только два континента – Южная Америка и Антарктида. Однако главный итог этих испытаний – не количество сделанных и переданных снимков, а то, что на практике подтверждена работоспособность придуманной нами в 2020 году схемы внутреннего крепления элементов такого гиперспектрометра», – рассказал профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. Королёва, доктор физико-математических наук Роман Скиданов.
Скиданов отметил, что, в отличие от зарубежной схемы компоновки элементов, разработка российских ученых позволяет добиться большей четкости снимков, при этом ее конструкция проще и для ее работы нужно меньше энергии.
Разработанный самарскими учеными гиперспектрометр установлен на борту наноспутника SXC3-219 ИСОИ. Он был выведен на околоземную орбиту в августе 2022 года с помощью ракеты-носителя «Союз-2.1б», стартовавшей с космодрома Байконур. Тогда вместе с ним в космос отправились еще 16 других российских спутников и иранский аппарат «Хайям». До этого гиперспектрометры на российских малых спутниках формата кубсат 3U (аппараты, состоящие из трех «кубиков», каждый размерами 10х10х10 см), не устанавливались, поскольку было сложно создать достаточно компактный прибора с характеристиками, необходимыми для гиперспектральной орбитальной съемки.
Гиперспектрометр разработан на основе схемы Оффнера. Его масса – 1,6 кг, габариты – 13 х 9,4 х 9,4 см – то есть он занимает менее половины внутреннего пространства наноспутника. Он может делать снимки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Количество спектральных каналов – от 150 до 300, а его спектральное разрешение – от 2 до 4 нм.
Российские ученые в своей разработке изменили традиционную схему расположения крепежных элементов оптики гиперспектрометра. Обычно во время работы на орбите гиперспектрометр постоянно сталкивается с колебаниями температуры – спутник то нагревается на Солнце, то охлаждается в тени Земли. Из-за этого конструкция аппарата, в частности материал линз, может деформироваться, и, как следствие, снимки получаются искаженными и менее четкими. Чтобы избежать этого, прибор обычно оборудуют специальной системой термостабилизации, подобной тому, как работает обычный термос.
Однако такая технология занимает много места на спутнике и потребляет много электричества. Самарские ученые решили проблему иначе: они разместили крепежные элементы радиально, что позволило регулировать оптическую систему (в том числе, наводить резкость изображения) с помощью двух компактных шаговых двигателей. Они на порядок легче обычной системы термостабилизации, им нужно меньше места и они потребляют меньше энергии, поскольку включаются только в момент регулировки.
Результаты проведенных ранее экспериментов показали, что гиперспектрометр сможет работать с высокой эффективностью в широком диапазоне температур без использования системы термостабилизации. «Летные испытания нашего гиперспектрометра полностью подтвердили эту идею, и сейчас можно уверенно сказать, что предложенный нами подход является весьма перспективным для использования в космосе и стратосфере», – пояснил Скиданов.
В пресс-службе университета отмечают, что о потенциале технологии говорит и качество снимков, полученных благодаря новому прибору на борту SXC3-219 ИСОИ. Картинка выходит намного четче, по сравнению со снимками зарубежных наноспутников с системой термостабилизации – например, запущенным в том же 2022 году наноспутником NASA NACHOS.
Спутнику SXC3-219 ИСОИ предстоит сгореть в атмосфере Земли в ближайшие год-полтора, поскольку его орбита постепенно снижается. Однако он уже предоставил ученым достаточно данных, испытав новую технологию в космосе. На основе полученной информации будут создаваться новые усовершенствованные компактные гиперспектрометры для решения различных задач.
