Сверхвысокое разрешение для изучения динамики растительности и наземного испарения

Появление миниатюрных спутников CubeSat, собирающих высокодетальные данные, знаменует переломный момент в дистанционном зондировании Земли и окружающей среды из космоса. Эти небольшие специализированные спутники трансформируют нашу способность отслеживать поверхность планеты и влияние человеческой деятельности. Ученые из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) разрабатывают новые исследовательские методики на основе данных CubeSat, отмечая их особый потенциал для гидрологии и точного земледелия.

Традиционные спутниковые данные, собираемые в основном государственными космическими агентствами, имеют ограничения: либо высокое пространственное разрешение при низкой частоте съемки (например, детальные снимки раз в две недели), либо частые снимки с низким разрешением, пропускающие важные детали. CubeSat меняют эту парадигму, ежедневно собирая данные с детализацией на уровне метров по всей суше Земли. Их небольшой размер и низкая стоимость позволяют запускать целые «созвездия» (констелляции) таких аппаратов, создавая конвейер по получению множества высокодетальных изображений с высокой периодичностью.

Гидролог Мэттью Маккейб из KAUST отмечает, что такая высокая разрешающая способность и частота съемки из космоса ранее были недоступны. Это может революционизировать такие области, как управление стихийными бедствиями (мониторинг и координация спасательных работ) или отслеживание экологических изменений (например, выявление незаконных вырубок в Амазонии). Команда Маккейба уже реализует проект в рамках саудовской программы «Видение 2030», используя данные CubeSat и других спутников для мониторинга водной и продовольственной безопасности. Анализируя состояние посевов и нормы орошения, ученые помогают составить точную картину водопользования в стране, что будет способствовать выработке будущей политики водной безопасности.

Аналогично, данные CubeSat можно использовать для глобального анализа продовольственной безопасности. Как показали исследователи, теперь возможно ежедневно получать высококачественные изображения отдельных полей с разрешением до трех метров. С помощью машинного обучения на этих снимках оценивают здоровье и состояние культур по таким показателям, как индекс листовой поверхности и скорость транспирации. Это позволяет точнее прогнозировать урожайность, выявлять проблемы на ранней стадии и помогать фермерам принимать меры. Кроме того, технология помогает определить, какие именно культуры выращиваются в том или ином месте, что особенно актуально для стран Африки с их множеством мелких хозяйств без четкого учета.

В настоящее время CubeSat в основном создаются и запускаются коммерческими компаниями, хотя такие агентства, как NASA и ESA, также финансируют некоторые подобные инициативы. Маккейб активно сотрудничает с компанией Planet, чьи данные доступны ученым из разных областей. Хотя большинство CubeSat не оснащены дорогими научными компонентами, что создает проблемы с калибровкой, исследователи работают над инновационными методами машинного обучения и моделирования, чтобы получать данные исследовательского качества для наблюдения за Землей. Помимо предоставления новых знаний в экологических науках, CubeSat служат платформой для испытания новых датчиков и технологий в космосе, что может помочь в решении глобальных проблем в сфере продовольствия, воды и окружающей среды.