Самарский университет им. Королёва и частная космическая компания "СПУТНИКС" (входит в Sitronics Group) создали наноспутник с рекордной остротой гиперспектрального "зрения", позволяющего увидеть из космоса на поверхности Земли то, что нельзя обнаружить с помощью обычной оптики. Гиперспектральное "зрение" позволяет увидеть 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 "СПУТНИКС". 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 — 7 метров на пиксель — это 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 "СПУТНИКС" 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.

Как отметил Владислав Иваненко, частная космическая компания "СПУТНИКС" в 2023 году создала более 100 космических аппаратов, часть из которых в текущем году были выведены на орбиту и пополнили частную российскую группировку спутников для дистанционного зондирования Земли и автоматической идентификации судов Sitronics Group.

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.