Interested Article - Second Generation GLobal Imager

Официальный патч миссии «Сикисай», несущей на борту комплект приборов SGLI

Second Generation GLobal Imager ( SGLI ; с англ. — «Глобальный создатель изображений второго поколения») — комплект оптических многоканальных радиометрических приборов, являющихся единственным научным инструментом японского метеорологического спутника « Сикисай ». Инструмент создавался в рамках реализации проекта , реализуемого Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA), и предназначен для наблюдения за изменениями оптических показателей атмосферы Земли, океанов, растительного и ледового покрова в течение длительного промежутка времени . Первый комплект приборов SGLI был запущен в космос 23 декабря 2017 года в рамках миссии GCOM-C1 («Сикисай»). Планируется запуск второго и третьего комплекта аппаратуры в рамках миссий GCOM-C2 и GCOM-C3 в 2021 и 2025 годах .

История создания

Работы над инструментом SGLI проводились в рамках проекта GCOM ( англ. Global Change Observation Mission ). Инструмент проектировался с целью использования на серии космических аппаратов GCOM-C, первый из которых получил имя «Сикисай» («Shikisai», яп. しきさい ) или GCOM-C1. Эскизное проектирование SGLI началось в июне 2009 года. Финансирование программы GCOM-C1 было одобрено Комиссией по космической деятельности Японии в декабре 2009 года. В марте 2010 года после успешной защиты проекта началось производство SGLI. В декабре 2013 года проект программы GCOM-C1 прошёл этап критической защиты ( англ. Critical Design Review ), после чего началось производство космического аппарата. 23 декабря 2017 года «Сикисай» был успешно выведен на орбиту и начался трёхмесячный этап ввода в встрой систем космического аппарата и полезной нагрузки. 12 января 2018 года JAXA опубликовала первые фотографии, сделанные приборами инструмента SGLI. На них были изображены район Канто (Япония) (снимок сделан в 10:30 JST 6 января 2018 года), устье Ганга (снимок сделан в 11:40 JST 3 января 2018 года) и Охотское море , Сахалин и Японский архипелаг (снимок сделан в 10:20 JST 6 января 2018 года) .

Инструмент SGLI является дальнейшим развитием инструмента GLobal Imager (GLI), который успешно работал на японском спутнике « Мидори-2 » с 14 декабря 2002 по 24 октября 2003 года. Спутник вышел из строя, но инструмент GLI зарекомендовал себя с лучшей стороны . Ключевое отличие SGLI от GLI состоит в том, что более старый инструмент работал с шестью каналами, а более поздний с одиннадцатью, при одинаковом разрешении 250 м.

Состав и функционирование

Основным разработчиком и изготовителем SGLI являлась японская компания . Инфракрасные детекторы были изготовлены французской компанией .

SGLI состоит из двух приборов: англ. Visible and Near Infrared Radiometer (VNR) и англ. Infrared Scanner (IRS). Радиометр VNR измеряет неполяризованное излучение в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне в 11 каналах (от 0,38 до 865,5 мкм) и поляризованное излучение в двух каналах (673,5 и 868,5 нм). Инфракрасный сканер IRS измеряет ближнее инфракрасное излучение в четырёх каналах (1,05, 1,38, 1,63 и 2,21 мкм) и среднее ИК-излучение (10,8 и 12,0 мкм) .

Каналы наблюдения SGLI
приборы		канал	длина волны	разрешение	объекты наблюдения
VNR	канал не поляризованного излучения	VN1	380 нм	250 м	аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда
		VN2	412 нм		растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, океанические взвеси, снег и лёд
		VN3	443 нм		растительный покров, аэрозоли, океанические взвеси, снег и лёд
		VN4	490 нм		цвет океана (хлорофилл-содержащие водоросли и взвеси)
		VN5	530 нм		растительный покров, цвет океана (хлорофилл-содержащие водоросли)
		VN6	565 нм		цвет океана (хлорофилл-содержащие водоросли, взвешенные вещества, красящие органические вещества)
		VN7	673,5 нм		растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана
		VN8	673,5 нм
		VN9	763 нм	1000 м	толщина и геометрия облачного покрова
		VN10	868,5 нм	250 м	растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда
		VN11	868,5 нм	250 м
	канал поляризованного излучения	P1	673,5 нм	1000 м	растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда
	канал поляризованного излучения	P2	868,5 нм	1000 м	растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда
IRS	SWIR	SW1	1050 нм	1000 м	толщина и геометрия облачного покрова, размер частиц
		SW2	1380 нм	1000 м	облака над ледовым и снежным покровом
		SW3	1630 нм	250 м	облака над ледовым и снежным покровом
		SW4	2210 нм	1000 м	толщина и геометрия облачного покрова, размер частиц
	TIR	T1	10,8 мкм	250 м	температура поверхности Земли, океана, снега и льда, обнаружение пожаров и изменения водной растительности
	TIR	T2	12,0 мкм	250 м

Visible and Near Infrared Radiometer

Различие изображения без учёта поляризации (слева) и с учётом поляризации (справа)

Радиометр англ. Visible and Near Infrared Radiometer (VNR, VNIR) имеет размеры 1,3 м на 1,7 м, вес 290 кг и максимальную потребляемую мощность 400 Вт . VNR позволяет получать информацию по одиннадцати неполяризованным каналам (NP) и трём поляризованным (PL). NP-каналы объединены в три телескопа рефрактора с фокусным расстоянием 24 см. Телескопы расположены поперёк движения спутника для обеспечения угла обзора 70°. Такой широкий угол позволяет охватывать на поверхности Земли полосу шириной 1150 км. В каждом телескопе изображение проецируется на 12-битную 11-канальную ПЗС-матрицу . Разделение изображения для каждого из каналов обеспечивается полосовыми фильтрами . Разрешение системы составляет 250 м . Каждый из NP-детекторов сделан на основе 2000-пиксельной ПЗС-матрицы .

Три поляризационных канала работают с углами поляризации 0°, 60° и 120°. Для наблюдения за аэрозолями в атмосфере Земли телескопы поляризационных каналов могут отклоняться на ±45° вокруг оси Y ориентации орбитальной платформы. Наблюдаемый угол рассеивания отражённого аэрозолями излучения рассчитывается исходя из положения спутника на орбите, положения Солнца относительно Земли и угла наблюдения . Каждый из PL-детекторов сделан на основе 1000-пиксельной ПЗС-матрицы .

Для поддержания стабильного уровня получаемых данных прибор VNR регулярно проводит калибровку оборудования. Для этого используется спектралоновый диффузор солнечного света и бортовой светодиодный эталонный источник света. Кроме этого раз в 29 дней проводится манёвр спутника для калибровки прибора по Луне .

Infrared Scanner

Иллюстрация надирной ориентации прибора относительно поверхности Земли

При реализации прибора англ. Infrared Scanner (IRS) была использована схема англ. Whiskbroom — небольшое количество детекторов и сканирующее зеркало, передающее излучение на детекторную матрицу. Детекторы инфракрасного излучения были изготовлены компанией Sofradir на основе -матрицы .

Инфракрасный сканер работает в четырёх каналах SWIR и двух каналах TIR :

Канал	Длина волны λ	Δ _λ	Разрешение
SWIR1	1,05 мкм	0.02 мкм	1000 м
SWIR2	1,38 мкм	0.02 мкм	1000 м
SWIR3	1,63 мкм	0.2 мкм	250 м
SWIR4	2,21 мкм	0,05 мкм	1000 м
TIR1	10.8 мкм	0,74 мкм	500 м
TIR2	12,0 мкм	0,74 мкм	500 м

Вектор наблюдения прибора направлен в надир относительно ориентации спутника. Зеркало прибора колеблется в диапазоне ± 45° с частотой 81 колебание в минуту. Это обеспечивает угол обзора прибора 80°, что даёт ширину обзора на поверхности Земли 1400 км. В каждом цикле сканирования существует этап сканирования калибратора состоящего из чёрного тела, рассеивателя солнечного излучения и внутреннего источника света. Подобное решение повышает точность детекторов. Излучение фокусируется на фокальную плоскость телескопом созданный по схеме Ричи — Кретьена . Апертура телескопа 170 мм, фокусное расстояние 448 мм, диафрагма F/2.64 .

Во всех четырёх каналах SWIR используются детекторы на основе InGaAs -матрицы, охлаждённых до −30 °C элементами Пельтье . Для каналов TIR используются HgCdTe -матрица, охлаждённая до −218 °C с помощью холодильника работающего по циклу Стирлинга . Одним из важных условий штатного функционирования IRS является калибровка прибора. Калибратор для каналов SWIR состоит из солнечного рассеивателя, светодиодного и галогенового источников света, а также « чёрного тела ». Рассеиватель изготовлен из . В положении TIR-«калибровка» отслеживается температура чёрного тела с коэффициентом поглощения 0,98 и температура открытого космоса. В положении SWIR-«калибровка» отслеживаются показатели рассеянного солнечного излучения, излучение светодиодного и галогенового источников излучения, а также температура открытого космоса. Эти калибровки проводятся еженедельно. Раз в 29 дней проводится калибровка по Луне и раз в год по Солнцу. Для этих калибровок космический аппарат «Сикисай» разворачивается соответствующим образом, для чего имеет на борту 135 килограммов топлива .

Зеркало прибора, весом 1,1 кг, изготовлено из алюминия и имеет восьмигранную форму. Отражающая поверхность имеет коэффициент отражения более 84 % и коэффициент поляризации менее 1,4 % .

Габариты прибора IRS 0,6 на 1,4 м , вес 193 кг и максимальная потребляемая мощность 400 Вт .

англ. Visible and Near Infrared Radiometer — радиометр видимого и ближнего инфракрасного излучения
англ. Infrared Scanner — инфракрасный сканер
англ. Short-wavelength infrared — коротко-волновое инфракрасное излучение
англ. Thermal infrared — тепловое инфракрасное излучение
Индий + Галлий + Мышьяк
Ртуть + Кадмий + Теллур

Примечания

↑ .
(англ.) . CEOS. Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
(англ.) . Satellites and Spacecraft . JAXA. Дата обращения: 9 марта 2018. 9 марта 2018 года.
. Дата обращения: 18 марта 2018. 14 июля 2017 года.
, с. 36.
↑ . spaceflight101.com. Дата обращения: 11 марта 2018. 31 декабря 2017 года.
, pp. 5—7.
, pp. 9—10.
.
↑ Kazuhiro Tanaka. . SPIE (14 октября 2014). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsu, Koichi Shiratama. (англ.) . SPIE (13 октября 2010). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.

Ссылки

Herbert J. Kramer. (англ.) . eoPortal.org. Дата обращения: 11 марта 2018. 11 марта 2018 года.
Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsub, Koichi Shiratama. (англ.) . SPIE (2 сентября 2009). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsub, Koichi Shiratama. (англ.) . GCOM PI Workshop (13 января 2010). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2017 года.
(англ.) . International Ocean-Colour Coordinating Group. Дата обращения: 14 марта 2018. 10 марта 2018 года.
Tamiki Hosokawa, Kazuhiro Tanakab, Yoshihiko Okamurab, Takahiro Amanoa, Masaru Hiramatsu. . SPIE (1 ноября 2012). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Atsuo Kurokawa, Yasuhiro Nakajima, Shinji Kimura, Hiroshi Atake. (англ.) . Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Kazuhiro Tanaka. (англ.) . Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Tatsuya Uchikata, Kazuhiro Tanakab, Yoshihiko Okamurab, Shunji Tsuidaa, Takahiro Amano. (англ.) . SPIE (14 октября 2014). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Kazuhiro Tanaka. (англ.) . SPIE (4 апреля 2016). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
T. Sakashita, S. Tsuida, T. Amano, K. Shiratama, K. Tanaka. (англ.) . SPIE (6 апреля 2016). Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Taichiro Hashiguchi, Yoshihiko Okamura, Kazuhiro Tanaka, Yukinori Nakajima. (англ.) . SPIE. Дата обращения: 18 марта 2018. 18 марта 2018 года.
Yoshihiko Okamura, Kazuhiro Tanaka, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsu, Koichi Shiratama. (англ.) . Дата обращения: 18 марта 2018.

Литература

Е. Рыжков. «Окраска» для прогнозирования климата земли и технологический демонстратор «Ласточка» // Новости космонавтики : журнал. — 2018. — Февраль ( № 2 (421) ). — С. 35—37 .
Yoshihiko Okamura, Kazuhiro Tanaka, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsu, Koichi Shiratama. (англ.) // International Conference on Space Optics — ICSO 2008. — 2008. — doi : . 27 марта 2018 года.