20 декабря Главагроном сообщил о первом отечественном гиперспектрометре для наноспутников формата CubeSat (кубсат), разработанным учеными Самарского университета им. Королёва и Института систем обработки изображений (ИСОИ) РАН, который в ходе испытаний в космосе успешно решил поставленные задачи, показав свои возможности по получению данных, используемых в сфере умного земледелия.
Как отметил профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета им. Королёва Роман Скиданов: «В ходе летных испытаний, проходящих сейчас на борту наноспутника SXC3-219 ИСОИ (формат наноспутника 3U, U=10х10х10), наш гиперспектрометр продемонстрировал свой потенциал по перспективному применению в сфере умного земледелия, это означает, что гиперспектральные камеры подобных размеров и данной конструкции можно будет эффективно использовать в интересах сельскохозяйственной отрасли. Конечно, в силу компактности наноспутника передача данных на Землю ведется в УКВ-диапазоне, что существенно снижает объем и детализацию получаемых данных в отличие от больших спутников. Тем не менее, результаты четырех месяцев эксперимента на орбите подтверждают, что данный гиперспектрометр позволяет нам получать данные, которых вполне достаточно для определения спектральных вегетационных индексов, применяемых в сельском хозяйстве для решения задач умного земледелия».
Вегетационные индексы – всего их более 150 – высчитываются 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 мульти- или 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 словам Романа Скиданова, снимки, полученные в ходе эксперимента с самарского гиперспектрометра, позволили, например, определить участки озимых посевов с наибольшей зеленой массой, с высоким количеством хлорофилла, а также проверить сельхозугодья, попавшие в объектив гиперспектрометра, на наличие проблемных посевов. Данные показали уровень запасов влаги в растениях и помогли рассчитать вегетационный индекс, моделирующий будущую продуктивность растений, то есть, дающий предварительный прогноз урожайности.
Еще один рассчитанный индекс оценил 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.
Несмотря на то, что спутник запущен в рамках научно-образовательного проекта Space-Pi ("Space π"), установленный на нем гиперспектрометр является полноценным исследовательским прибором, позволяющим проводить гиперспектральное дистанционное зондирование Земли, т.е., осуществлять экомониторинг, следить за состоянием лесов и сельскохозяйственных посевов, отслеживать возникновение лесных пожаров и выполнять другие задачи.
Ранее гиперспектрометры на отечественных космических аппаратах такого класса – наноспутниках формата кубсат 3U – не устанавливались из-за сложностей создания компактного прибора с характеристиками, необходимыми для гиперспектральной съемки из космоса. Миниатюрные гиперспектрометры, применяемые, например, для съемки с беспилотников, по своим характеристикам не подходят для съемок с орбиты, поэтому космические гиперспектрометры обычно устанавливаются на относительно больших спутниках дистанционного зондирования Земли.
Гиперспектрометр разработан на основе схемы Оффнера. Снимает прибор в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Количество спектральных каналов – от 150 до 300, спектральное разрешение от 2 до 4 нм. Масса гиперспектрометра – 1,6 кг, размеры – 13х9,4х9,4 см, то есть, он занимает менее половины внутреннего пространства наноспутника формата кубсат 3U размерами 10х10х30 см.
