Через несколько недель учёные в области земных наук запустят спутник, который обеспечит беспрецедентное покрытие с высоким разрешением некоторых из самых отдалённых и быстро меняющихся регионов мира. Спутник NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar (NISAR), созданный в рамках совместной миссии NASA и Индийской организации космических исследований (ISRO), будет сканировать почти всю планету дважды каждые 12 дней, чтобы измерять изменения в экосистемах, криосфере и поверхности Земли.
«На мой взгляд, это волшебство из космоса», — сказал Алекс Гарднер, гляциолог из Лаборатории реактивного движения (JPL) в Пасадене, штат Калифорния, и член криосферной научной группы NISAR. NISAR будет предоставлять радиолокационные изображения высокого разрешения, которые позволят учёным отслеживать ледники и лёд, биоразнообразие, влажность почвы и размещение воды, а также смещения суши в результате таких явлений, как землетрясения и оползни.
«Когда происходит землетрясение, и можно увидеть смещения с высоты 500 километров, которые вы даже не заметили бы, если бы стояли на земле… это волшебство из космоса», — сказал Гарднер.
**Двойной радар**
Запуск NISAR в настоящее время запланирован на 20 мая с космодрома Сатиш Дхаван в Индии. Это будет крупнейший, но не первый совместный проект спутника NASA и ISRO, пояснил Пол Розен, научный сотрудник проекта NISAR в JPL. «У нас были и другие совместные проекты в области планетарных и земных наук, но не такого масштаба», — сказал он.
На спутнике будут установлены две радиолокационные системы с синтетической апертурой (SAR), работающие на разных длинах волн микроволн: одна с более длинной волной (диапазон L, длина волны 24 сантиметра), а другая с более короткой (диапазон S, длина волны 10 сантиметров). SAR — это метод, используемый для создания изображений высокого разрешения с помощью приборов с более низким разрешением. Приборы излучают непрерывные импульсы микроволнового излучения и используют отражённый свет, а также временную задержку для создания изображений обратного рассеяния.
«Мы убедились, что два радара могут работать вместе, — сказал Розен. — Они хорошо синхронизированы, и мы можем включать их вместе или использовать по отдельности».
В отличие от визуализации видимым светом, SAR не ограничен временем суток или погодой, пояснил Дипак Путреву, инженер и соруководитель научной группы NISAR от ISRO в Центре космических приложений в Ахмедабаде, Индия. «Он использует микроволны для визуализации, что позволяет ему проникать сквозь облака и создавать изображения даже в ночное время… Технология SAR позволяет нам получать изображения днём и ночью и в любых погодных условиях».
Орбита NISAR будет проходить над одними и теми же местами каждые 12 дней. Поскольку SAR может картографировать территорию как при приближении (восходящая орбита), так и при удалении (нисходящая орбита), NISAR сможет сканировать каждую территорию дважды каждые 12 дней. Каждое космическое агентство предоставило по одной радиолокационной системе, а также другие компоненты спутника, систему запуска и инфраструктуру управления данными.
«Мы совместно управляем миссией и совместно занимаемся наукой», — добавил Розен.
**Изменения на поверхности Земли**
Одной из основных научных задач NISAR является наблюдение за изменениями криосферы и ледников по всему миру. Это специализация Гарднера.
«Ледники — это просто фантастические живые существа», — сказал он. NISAR будет отслеживать сезонные модели роста и отступления ледников по всему миру, уделяя особое внимание ледникам Западно-Антарктического ледникового покрова, таким как ледник Пайн-Айленд и Твайтс.
23 января от шельфового ледника Бранта в Антарктиде откололся крупный айсберг. Орбита NISAR поможет гляциологам следить за быстро меняющейся криосферой Земли.
«Они имеют такое большое социальное значение, что им будет уделено много внимания», — объяснил Гарднер. В более широком смысле, по его словам, эти сезонные модели могут быть хорошим предиктором долгосрочных изменений в криосфере.
NISAR также сможет наблюдать за вертикальными смещениями ледяных щитов, что, по словам Гарднера, позволит учёным, изучающим криосферу, составить карту места, где плавучие ледяные щиты встречаются с наземным льдом, — границы, называемой линией заземления.
«Это действительно сложно измерить, и это делалось локально, но не в больших масштабах, — сказал он. — Мы можем наблюдать, как со временем меняется положение этой линии заземления, что является индикатором уязвимости» к повышению температуры.
NISAR также будет измерять глобальное биоразнообразие и влажность почвы. Две радиолокационные частотные полосы будут особенно полезны для этого, пояснил Путреву. «При оценке биомассы лесов система диапазона L сможет более чувствительно отображать густые леса. Но когда мы используем систему диапазона S, её можно использовать и для редкой растительности».
Системы SAR смогут видеть сквозь сельскохозяйственные культуры и измерять влажность почвы, добавил Путреву, что предоставит ключевую информацию для фермеров и агробизнеса. Он также подчеркнул важность тщательного мониторинга изменений деформации суши, которые могут указывать на предстоящие землетрясения или оползни.
«Все приложения приносят общественную пользу, — сказал Путреву. — Это приносит большое удовлетворение, поскольку это действительно будет полезно для общества».
NISAR будет составлять карту глобальной биомассы суши на Земле дважды каждые 12 дней.
**Наводнение данными**
После запуска потребуется 90 дней, чтобы спутник провёл комиссионные испытания и вышел на научную орбиту. «Но по мере нашего продвижения мы будем понемногу заглядывать за кулисы, и мы будем в таком восторге, когда увидим, что изображения действительно созревают, и обработка данных совершенствуется, и сбор данных совершенствуется», — пояснил Гарднер. «Будет прогресс от первого светового изображения до готовых к использованию научных данных».
Каждый проход спутника будет предоставлять на порядок больше данных, чем доставляли предыдущие спутники. Большая часть окончательной подготовки перед запуском была связана с разработкой инфраструктуры, необходимой для эффективного приёма, обработки и предоставления таких больших объёмов данных.
«Само по себе огромное количество новых данных, с которыми нам предстоит работать, требует разработки новых инструментов», — сказал Гарднер. «NISAR действительно опирается на облачную архитектуру» для хранения данных, обеспечения их доступности и вычислений, чтобы пользователям не приходилось загружать огромные объёмы данных на отдельные серверы. «Перемещение данных — одно из самых серьёзных ограничений для таких миссий».
«Мы готовились в течение последних нескольких лет, чтобы все наши алгоритмы работали действительно эффективно в облаке, — сказал Гарднер, — чтобы, когда поток данных станет доступным, мы могли подключиться к этому потоку данных и извлечь из него пользу на самом раннем этапе».
Путреву сказал, что учёные и студенты по всей Индии участвуют в семинарах с 2014 года, чтобы научиться получать доступ к данным NISAR, обрабатывать их и использовать для научных целей. «Это показывает, как сообщество готовится к использованию данных, — сказал он. — Все с нетерпением ждут дня запуска».
Поскольку для обработки такого объёма информации требуются новые инструменты, Гарднер предупредил, что может пройти год или два, прежде чем данные NISAR принесут новые научные результаты. Номинальный срок службы миссии составляет 3 года, и как только анализ наберет обороты, открытия, сделанные на основе этих данных, вероятно, будут продолжаться десятилетиями.
«Без сомнения, это будет набор данных, оставленных в наследство, — сказал Гарднер. — Это будет трансформационно».
Добавить комментарий