Компактный космический спектрометр для устойчивого сельского хозяйства

от

Исследователи из Fraunhofer IOF в сотрудничестве с Airbus разработали гиперспектральный спектрометр в рамках проекта «Радуга». Эта технология позволяет создавать цифровые карты полей, которые можно использовать в сельском хозяйстве для точного применения мер, адаптированных к конкретным условиям местоположения.

Как оценить здоровье поля и плодородие почвы?

Для фермеров эти вопросы являются ключевыми, когда речь идёт об устойчивом использовании ресурсов. В будущем на эти вопросы можно будет ответить одним взглядом из космоса. Сочетание наблюдения за Землёй и анализа данных — центральный компонент так называемого интеллектуального сельского хозяйства, которое предоставляет точную информацию для автоматизированного и устойчивого земледелия.

В рамках проекта «Радуга» исследователи из Института прикладной оптики и прецизионных инженерных систем Fraunhofer IOF разработали телескоп для наблюдения за Землёй, который можно использовать для демонстрации концепции спектрометра на чипе. Компактная технология позволяет точно анализировать состояние растений и почвы из космоса.

Основные характеристики системы

* Система предназначена для мелкосерийного производства и обеспечивает пространственное разрешение менее 20 метров в спектральном диапазоне от 400 до 1700 нанометров.
* Несмотря на миниатюризацию, качество изображения остаётся неизменно высоким.
* Центральный технологический подход — концепция спектрометра на чипе. Необходимые спектральные диапазоны отображаются 1:1 на градиентном фильтре, который интегрирован непосредственно перед детектором.

Лукас Зеттлицер, исследователь из отдела прецизионных оптических компонентов и систем и руководитель проекта Rainbow в Fraunhofer IOF, объясняет: «Концепция позволяет нам объединить все основные функции спектрометра на одном чипе. Вместо сложных оптико-механических компонентов оптические фильтры выбирают соответствующие длины волн. Это приводит к созданию компактной, лёгкой и экономически эффективной системы с постоянным качеством измерений».

Оптическая схема в основе системы

В основе системы лежит телескоп Ричи – Кретьена, который создаёт особенно точные изображения с помощью двух асферических зеркал. «Основываясь на оптической схеме, разработанной Airbus, мы занялись разработкой и внедрением телескопа», — объясняет Зеттлицер. «Вместе с нашими коллегами из института мы разработали концепцию интеграции, спроектировали телескоп и реализовали все производственные процессы».

Специально адаптированный градиентный фильтр был изготовлен в Институте Фраунгофера по технологиям поверхностной инженерии и тонких плёнок (IST) на основе разработанной там технологии EOSS. Эта технология позволяет точно настраивать оптические свойства фильтра, позволяя точно определять различные длины волн.

Преимущества системы

Исследователи уделили особое внимание компактному дизайну и минимальным требованиям к настройке — оба условия необходимы для рентабельного производства и миниатюризации. Среди прочего, это основано на металлической оптике, изготовленной в институте. Система подходит для использования в малых спутниках и позволяет гибко и масштабируемо использовать её в будущих космических миссиях.

Спектрометр разбивает входящий свет на узкие полосы длин волн и фиксирует, насколько сильно различные спектральные диапазоны отражаются от растений и почв. Это выявляет даже минимальные различия в растительности и структуре почвы, которые обычные камеры не могут обнаружить.

Собранные данные могут быть обработаны в цифровые карты, которые показывают, например, влажность, содержание питательных веществ или признаки болезней у растений. Это позволяет точно и ресурсоэффективно управлять сельскохозяйственными угодьями.

Помимо преимуществ для сельского хозяйства, устойчивость в космосе также является задачей, которую решают исследователи Fraunhofer. «С помощью наших металлооптических систем для космоса, таких как проект «Радуга», мы поддерживаем усилия Европейского союза и ЕКА по предотвращению создания дополнительного космического мусора», — объясняет Лукас Зеттлицер. «Наша оптика полностью сгорает при входе в атмосферу и не оставляет следов на орбите».

Предоставлено
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте