Проектирование радаров для спутников мониторинга окружающей среды станет проще
Исследователи Сколтеха Алессандро Голкар и Ксения Осипова, а также бывший студент Массачусетского технологического института (MIT), а ныне сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА Джузеппе Каталдо разработали модель, с помощью которой уже на этапе эскизного проектирования можно будет создавать и отбирать наиболее перспективные конфигурации спутниковых радиолокационных систем. Новая модель обеспечит оптимизацию параметров этих быстроразвивающихся радаров, тем самым сокращая сроки и затраты на их внедрение, что в свою очередь позволит повысить качество картографирования и эффективность мониторинга штормов, наводнений, оползней и других стихийных бедствий.
Результаты исследования, проводившегося в рамках сотрудничества между Сколтехом и MIT, опубликованы в журнале Acta Astronautica. Спутниковые изображения Земли используются для наблюдения за использованием сельскохозяйственных угодий, ледяным покровом океанов, изменениями прибрежных территорий и неблагоприятными погодными явлениями.
Наблюдения проводятся в различных диапазонах электромагнитного спектра, включая радиоволны. В отличие от оптических и инфракрасных систем, радиолокация эффективно работает при любой погоде, обеспечивая наблюдение заданного объекта независимо от освещения и наличия облачного покрова.
Однако, чтобы радар мог обеспечить такой же уровень разрешения, как аппаратура, работающая на более коротких волнах, сам он должен быть больше по размеру, что существенно осложняет размещение на спутнике. Один из способов решения этой проблемы — использование радаров с синтезированной апертурой (SAR), которые способны обеспечить высокое разрешение за счет искусственного увеличения апертуры, то есть «размера» антенны.
Если установить SAR на спутнике, он будет излучать импульс, находясь в одной точке орбиты, а принимать его, когда уже переместится в другую точку. Пройденное расстояние увеличивает виртуальный размер антенны так, что он значительно превышает ее физические габариты. В итоге при помощи сравнительно небольшой антенны получается качественное изображение.
Несмотря на возможность искусственного увеличения апертуры радара, SAR оставались достаточно громоздкими и энергозатратными и исторически ставились на большие и, следовательно, дорогостоящие спутники. Ситуация начала меняться, когда появились первые более компактные и легкие SAR, которые пока находятся на ранней стадии разработки, но стремительно развиваются и уже применяются для таких задач, как обнаружение и мониторинг разливов нефти.
С ростом количества малых спутников на орбите создатели SAR все чаще задаются вопросом, на каких аппаратах можно было бы размещать эти системы, учитывая последовательное уменьшение их габаритов. О растущей актуальности этого вопроса говорят и результаты недавних исследований, показавших, что, установив десятки SAR на микро- или наноспутниках, можно обеспечить значительные технические и экономические преимущества по сравнению с SAR на традиционных больших спутниках.
По мере расширения спектра возможных технических решений усложняется и задача выбора оптимального баланса между рабочими характеристиками радара и общими параметрами проекта по запуску спутника с SAR: наличием свободных орбит, типами радаров и спутников, их физическими габаритами и целым рядом других характеристик, таких как скорость передачи данных и энергопотребление. Сложность этой проблемы требует применения эффективного вычислительного подхода при проектировании будущих миссий наблюдения Земли с использованием SAR.
В рамках проведенного недавно в Сколтехе исследования была предложена математическая модель для создания оптимальных эскизных проектов SAR. Для оптимизации характеристик SAR в модели использован так называемый метод trade space exploration, название которого складывается из терминов trade-off («компромиссное решение») и playspace («игровое пространство»). Модель поможет разработчикам на стадиях предварительного проектирования оперативно оценить и сравнить множество вариантов с учетом альтернативных параметров и выбрать оптимальные решения для дальнейшей проработки.
Авторы статьи продемонстрировали возможности модели на примере радиолокационных систем, предназначенных для установки на малые спутники различных типов. В итоге из 1265 возможных вариантов было отобрано 44 оптимальных проектных решения для различных радиочастот. Ученые пришли к выводу, что для высокочастотных радаров (4–8 ГГц и 8–12 ГГц) малые спутники использовать можно, а для радаров диапазона 1–2 ГГц — нет.
В статье обсуждаются условия, при которых можно обеспечить использование низкочастотных радаров на малых спутниках, а также пределы реализуемости и технические ограничения как целевой аппаратуры, так и спутниковой платформы. Отмечается, что основным ограничением при построении пространства возможных вариантов SAR является частота повторения импульсов. Именно этот параметр — наиболее серьезный ограничивающий фактор (даже более значимым, чем энергопотребление, размер антенны или скорость передачи данных) при выборе ограниченного числа реализуемых конфигураций из обширного набора вариантов.
Отдельно ученые проанализировали радары для очень миниатюрной платформы — CubeSat 3U, отобрав из примерно 13 тысяч возможных вариантов 44 оптимальные конфигурации. В ходе исследования были рассмотрены эксплуатационные ограничения, которые необходимо учитывать при создании такого рода инновационных миниатюрных радарных систем.
В работе сделан вывод, что они реализуемы, если изолированно рассматривать сам инструмент, и предлагается в качестве следующего шага рассмотреть их дизайн комплексно, с учетом прочих параметров миссии, в частности характеристик спутника. Представленная в статье модель разработана применительно к радиолокационным системам, устанавливаемым на одном спутнике, однако в перспективе можно рассматривать возможность ее распространения и на спутниковые группировки, оснащенные SAR.
Telegram 
Дзен 
VK Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета уточнили описание вторично морских тихоходок. Удалось доказать существование двух видов организмов в Белом, Баренцевом, Карском морях и море Лаптевых, а также поставить под сомнение, что еще три вида того же семейства представляют собой разные.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно