Специалисты Геоскана и Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева отладили гиперспектральную съемку, которую проводит малый космический аппарат Colibri-S. Благодаря стабильной ориентации кубсата в пространстве удалось получить качественные изображения поверхности Земли: с околоземной орбиты «рассмотрели» растительность, песчаные участки, снежный покров и горные массивы.
Colibri-S разработан на базе усовершенствованной платформы «Геоскан 3U». МКА отправился на орбиту 5 ноября 2024 года вместе с еще четырьмя спутниками, спроектированными Геосканом для университетов-партнеров по проекту Space-π (Спейс-пи) Фонда содействия инновациям. Для компании спутники запуска стали первыми с активной системой ориентации в пространстве. Такая система позволяет МКА быстро перейти от неуправляемого вращения к точному позиционированию.
На Colibri-S установлена гиперспектральная камера для дистанционного зондирования Земли. Для сбора максимально корректных данных важно развернуть спутник так, чтобы гиперспектрометр был направлен в надир — точно в подспутниковую точку, под траекторию полета МКА. Такое положение обеспечивает система ориентации кубсата в пространстве. Также она позволяет направлять антенны на наземную станцию и поддерживать качественную связь со спутниками.
В течение нескольких месяцев команда Геоскана вместе с сотрудниками университета тестировала работу системы ориентации, в том числе маховики, и полезную нагрузку МКА. За это время провели около 30 сеансов съемки. Специалисты настроили сканирование данных с повышенной частотой кадров в режиме биннинга 2×2 — технологии объединения соседних пикселей в группы. Решение увеличило частоту кадров на одноплатном бортовом компьютере более чем втрое и повысило устойчивость съемки при большой скорости полета аппарата, сохранив высокую информативность данных.
«Для нас выход на орбиту МКА Colibri-S вместе с еще четырьмя наноспутниками научно-образовательного проекта Space-π Фонда содействия инновациям был большим шагом: впервые Геоскан вывел и взял на управление несколько кубсатов за один запуск. Мы использовали модернизированную спутниковую платформу. Она оснащена новой системой ориентации и стабилизации, а также улучшенной системой связи, в том числе благодаря разработанному нашими инженерами высокоскоростному передатчику с пропускной способностью 250 Мбит/с. Устройство работает на частотах 10,45–10,5 ГГц и обеспечивает однонаправленный канал связи по линии “космос–Земля”», — рассказал руководитель отдела проектов МКА компании «Геоскан» Александр Хохлов.
После преобразования видеопотока специалисты сформировали гиперспектральный куб со 120 каналами в диапазоне 400–1000 нм. Это трехмерный массив данных, полученный в результате гиперспектральной съемки. Каждый пиксель содержит информацию о двух пространственных измерениях (x и y) и о спектре электромагнитного излучения, отражающегося от поверхности Земли в точке съемки (измерение z). Спектральные данные для каждой координаты снимали в 120 узких отрезках диапазона.
На основе куба получили цветосинтезированное RGB-изображение. На нем запечатлена полоса поверхности Земли шириной 20 км и длиной 145 км. Для повышения точности выполнили пространственную коррекцию изображения с учетом скорости и траектории полета кубсата, углов ориентации сканирования и характерных текстурных признаков поверхности. Такая обработка снизила геометрические искажения, возникающие при съемке на большой скорости. После цветокоррекции на изображении стали хорошо различимы растительность, песчаные участки, снежный покров и горные массивы.
RGB-реконструкция, полученная с помощью гиперспектральной камеры спутника Colibri-S и корректировки по цвету. Источник: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
«В Самарском университете давно разрабатывают гиперспектральные камеры высокого разрешения. Изначально их предполагалось ставить на малые спутники массой несколько сотен килограммов с высокоточной системой ориентации и стабилизации. Для примера, при разрешении по поверхности Земли 30 м/пикс необходимо, чтобы колебания оси объектива камеры не превышали 10 угловых секунд. Установка таких камер на кубсаты, особенно небольшие, как Colibri-S, усложняет получение гиперспектральных снимков высокого разрешения: столь малые космические аппараты намного труднее стабилизировать. Специалисты команды Геоскана успешно справились с этой задачей», — отметил профессор кафедры киберфотоники Самарского университета Роман Скиданов.
В дальнейшем специалисты планируют испытать новые режимы ориентации кубсата с управлением по тангажу — аппарат будет компенсировать скорость движения по орбите за счет управляемого поворота против направления полета. Такой подход уменьшит скорость сканирования поверхности Земли относительно движения спутника в два–четыре раза и повысит четкость гиперспектральных данных.
Материалы гиперспектральной съемки применяют в сельском хозяйстве и при экологическом мониторинге. Они позволяют оценивать состояние растительности, выявлять признаки засухи, болезней и дефицита питательных веществ. Такие данные помогают отслеживать развитие сельскохозяйственных культур, прогнозировать урожайность, контролировать состояние почв и водоемов, следить за изменениями окружающей среды.
Технологию гиперспектральной съемки также отрабатывают на кубсате «Лобачевский», разработанном Университетом Лобачевского и Геосканом на базе спутниковой платформы «Геоскан 16U». МКА предназначен для агроэкологических исследований — на его борту установлены гиперспектральная камера разработки Самарского университета и мультиспектральная камера производства НПО «Лептон». После завершения летных испытаний школьники Нижегородской области и студенты аграрных вузов, сотрудничающих с Университетом Лобачевского, смогут работать со спектральными данными космической съемки.
Colibri-S не только проводит гиперспектральную съемку для специалистов, но и участвует в радиолюбительских программах: МКА транслирует фотографии, детские рисунки и картинки. Галерея принятых со спутника материалов доступна на сайте сети наземных станций «СОНИКС».
