Ответ на вопрос
Second Generation GLobal Imager
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 Global Change Observation Mission, 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[1]. 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[2].
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)[1][3].
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[4]. 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 NEC TOSHIBA Space Systems Ltd. Инфракрасные детекторы были изготовлены французской компанией Sofradir[1].
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)[5].
| приборы | канал | длина волны | разрешение | объекты наблюдения | |
|---|---|---|---|---|---|
| VNR[к 1] | 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 | ||||
| канал поляризованного излучения |
P1 | 673,5 нм | 1000 м | растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда | |
| P2 | 868,5 нм | растительный покров, аэрозоли, состояние атмосферы, цвет океана, снега и льда | |||
| IRS[к 2] | SWIR[к 3] | SW1 | 1050 нм | 1000 м | толщина и геометрия облачного покрова, размер частиц |
| SW2 | 1380 нм | облака над ледовым и снежным покровом | |||
| SW3 | 1630 нм | 250 м | |||
| SW4 | 2210 нм | 1000 м | толщина и геометрия облачного покрова, размер частиц | ||
TIR[к 4] |
T1 | 10,8 мкм | 250 м | температура поверхности Земли, океана, снега и льда, обнаружение пожаров и изменения водной растительности | |
| T2 | 12,0 мкм | ||||
Visible and Near Infrared Radiometer
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[6]. 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[7][8]. Каждый из NP-детекторов сделан на основе 2000-пиксельной ПЗС-матрицы[6].
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[1]. Каждый из PL-детекторов сделан на основе 1000-пиксельной ПЗС-матрицы[6].
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[9].
Infrared Scanner
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 HgCdTe-матрицы[1].
Инфракрасный сканер работает в четырёх каналах SWIR и двух каналах TIR[1]:
| Канал | Длина волны λ | Δλ | 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[1]. Апертура телескопа 170 мм, фокусное расстояние 448 мм, диафрагма F/2.64[10].
Во всех четырёх каналах SWIR используются детекторы на основе InGaAs[к 5]-матрицы, охлаждённых до −30 °C элементами Пельтье. Для каналов TIR используются HgCdTe[к 6]-матрица, охлаждённая до −218 °C с помощью холодильника работающего по циклу Стирлинга[1]. 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 спектралона[1]. 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[11].
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 %[10].
Габариты прибора IRS 0,6 на 1,4 м[6], вес 193 кг и максимальная потребляемая мощность 400 Вт[10].
Комментарии
Примечания
Ссылки
- Herbert J. Kramer. GCOM-C1 (Global Change Observation Mission - Climate 1) Mission/Shikisai (англ.). eoPortal.org. Дата обращения: 11 марта 2018. Архивировано 11 марта 2018 года.
- Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsub, Koichi Shiratama. Development status of the Second-generation Global Imager (SGLI) on GCOM-C1 (англ.). SPIE (2 сентября 2009). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsub, Koichi Shiratama. Development status of the Second-generation Global Imager (SGLI) on GCOM-C1 (англ.). GCOM PI Workshop (13 января 2010). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2017 года.
- SGLI Second-Generation Global Imager on GCOM-C (Japan) (англ.). International Ocean-Colour Coordinating Group. Дата обращения: 14 марта 2018. Архивировано 10 марта 2018 года.
- Tamiki Hosokawa, Kazuhiro Tanakab, Yoshihiko Okamurab, Takahiro Amanoa, Masaru Hiramatsu. Engineering Model testing for SGLI IRS especially TIR radiometric data. SPIE (1 ноября 2012). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Atsuo Kurokawa, Yasuhiro Nakajima, Shinji Kimura, Hiroshi Atake. High-precision narrow-band optical filters for global observation (англ.). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Kazuhiro Tanaka. SGLI hardware status (англ.). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Tatsuya Uchikata, Kazuhiro Tanakab, Yoshihiko Okamurab, Shunji Tsuidaa, Takahiro Amano. Proto Flight Model (PFM) performance and development status of Visible and Near Infrared Radiometer (VNR) on the Second-generation Global Imager (SGLI) (англ.). SPIE (14 октября 2014). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Kazuhiro Tanaka. Early test results of proto-flight test of Second Generation Global Imager, Infrared Scaning Radiometr (англ.). SPIE (4 апреля 2016). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- T. Sakashita, S. Tsuida, T. Amano, K. Shiratama, K. Tanaka. Proto Flight Model (PFM) development status of Visible and Near-Infrared Radiometer (VNR) on the Second-Generation Global Imager (SGLI) (англ.). SPIE (6 апреля 2016). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Taichiro Hashiguchi, Yoshihiko Okamura, Kazuhiro Tanaka, Yukinori Nakajima. Radiometric performance of Second Generation Global Imager (SGLI) using integrating sphere (англ.). SPIE. Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
- Yoshihiko Okamura, Kazuhiro Tanaka, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsu, Koichi Shiratama. Design and breadboarding activities of the second-generation Global imager (SGLI) on GCOM-C (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. Design and breadboarding activities of the second-generation Global imager (SGLI) on GCOM-C (англ.) // International Conference on Space Optics — ICSO 2008. — 2008. — doi:10.1117/12.2308222. Архивировано 27 марта 2018 года.