Эта статья входит в число добротных статей

Second Generation GLobal Imager (Second Generation GLobal Imager)

Перейти к навигации Перейти к поиску
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 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

[править | править код]

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

[править | править код]
Прибор SGLI во время испытаний

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].

Каналы наблюдения SGLI
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

[править | править код]
Внешние изображения
Один из трёх NP-каналов 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[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

[править | править код]
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 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
Схема телескопа прибора IRS

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

[править | править код]
  1. ↑ англ. Visible and Near Infrared Radiometer — радиометр видимого и ближнего инфракрасного излучения
  2. ↑ англ. Infrared Scanner — инфракрасный сканер
  3. ↑ англ. Short-wavelength infrared — коротко-волновое инфракрасное излучение
  4. ↑ англ. Thermal infrared — тепловое инфракрасное излучение
  5. ↑ Индий+Галлий+Мышьяк
  6. ↑ Ртуть+Кадмий+Теллур

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Herbert J. Kramer Climate 1.
  2. ↑ SGLI (англ.). CEOS. Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 26 марта 2018 года.
  3. ↑ Global Change Observation Mission - Climate «SHIKISAI» (GCOM-C) (англ.). Satellites and Spacecraft. JAXA. Дата обращения: 9 марта 2018. Архивировано 9 марта 2018 года.
  4. ↑ ADEOS-II (Advanced Satellite Observing Satellite-II) / Midori-II. Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 14 июля 2017 года.
  5. ↑ Рыжков, 2018, с. 36.
  6. ↑ 1 2 3 4 GCOM-C1 Satellite. spaceflight101.com. Дата обращения: 11 марта 2018. Архивировано 31 декабря 2017 года.
  7. ↑ Kazuhiro Tanaka, 2009, pp. 5—7.
  8. ↑ Kazuhiro Tanaka, 2010, pp. 9—10.
  9. ↑ Yoshihiko Okamura, 2008.
  10. ↑ 1 2 3 Kazuhiro Tanaka. The development status of Second Generation Global Imager (SGLI), Infrared Scanning Radiometer (IRS). SPIE (14 октября 2014). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.
  11. ↑ Kazuhiro Tanaka, Yoshihiko Okamura, Takahiro Amano, Masaru Hiramatsu, Koichi Shiratama. Operation Concept of the Second eneration Global Imager (SGLI) (англ.). SPIE (13 октября 2010). Дата обращения: 18 марта 2018. Архивировано 18 марта 2018 года.

Ссылки

[править | править код]

Литература

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Second_Generation_GLobal_Imager&oldid=141516835