Мини-спутники для мониторинга сельскохозяйственных угодий смогут дистанционно определять, каким участкам полей необходим полив, а где растениям хватает влаги. Для этого они будут рассчитывать вегетационные индексы растительного покрова. Такие данные помогут фермерам эффективнее использовать воду и повысить продуктивность сельского хозяйства. По оценкам разработчиков, для мониторинга сельхозугодий в России потребуется около 120 таких спутников. Каждый аппарат весит 6 кг, а по габаритам сопоставим с небольшим ведром. Однако для практического применения разработки предстоит наладить ее промышленное производство и вывести на орбиту полноценную спутниковую группировку.
Как спутники измеряют вегетационные индексы
Студенты Московского физико-технического института (МФТИ) разрабатывают самые компактные в России спутники для дистанционного зондирования Земли. Аппараты размером с ведро объемом 3,5 л и массой около 6 кг предназначены для сбора данных, которые можно будет использовать в сельском хозяйстве. Проект реализуется в рамках федерального проекта Минобрнауки «Кадры для космоса».
Демонстрация нового спутника для сельского хозяйства в лабораторном корпусе МФТИ
Как рассказали «Известиям» в вузе, спутниковые данные помогут фермерам и аграрным предприятиям точнее планировать полив с учетом погодных условий, оценивать особенности почвы и состояния растений.
— Сейчас во всём мире активно развивается такое направление, как точное земледелие, при котором цифровые технологии используют для повышения урожайности. Съемка со спутника в разных диапазонах спектра позволяет рассчитывать вегетационные индексы, по которым можно оценить влажность почвы, состояние растений и необходимость внесения удобрений. Исследования, проведенные для стран Африки, показали, что если поливать отдельные участки, ориентируясь на данные космических измерений, можно примерно на 30% эффективнее расходовать воду при достижении того же результата, — рассказала «Известиям» завлабораторией моделирования механических систем и процессов МФТИ Наталья Завьялова.
Вегетационные индексы — это математические показатели, отражающие состояние, густоту и здоровье растительного покрова. Их рассчитывают на основе данных дистанционного зондирования Земли (спутниковых снимков или кадров с дронов), фиксирующих, как растения поглощают и отражают солнечный свет в разных спектральных диапазонах, чаще всего в красном и ближнем инфракрасном.
По расчетам команды, использование новых миниатюрных спутников позволит экономить до 2 млрд куб. м воды в год (около 2 трлн л). При этом технология производства аппаратов не требует редких материалов и отличается относительной дешевизной. Как пояснила Наталья Завьялова, на низких орбитах, где уровень радиации не слишком высок, можно использовать промышленные компоненты, аналогичные тем, что применяются в обычных компьютерах и телефонах. Это позволит снизить затраты и уменьшить размеры спутников.
— Сейчас в России космические аппараты довольно крупные. Классический спутник дистанционного зондирования Земли с характеристиками, близкими к тем, на которые мы ориентируемся, весит около 500 кг. Частные компании пытаются создавать аппараты значительно меньшего размера, но наше решение примерно в четыре раза компактнее, — отметила она.
По расчетам ученых, для полноценного мониторинга сельхозугодий и существенной экономии водных ресурсов потребуется около 120 таких космических аппаратов.
Цифровая стабилизация спутниковой фотосъемки
Несмотря на уменьшение размеров спутника, разработчики стремятся сохранить качество съемки и другие важные характеристики аппарата. Перед сборкой студенты под руководством научных сотрудников создали его цифровую модель. С ее помощью они проверили различные режимы работы, в том числе энергопотребление, нагрев и другие параметры. Это позволило оптимизировать внутреннюю конструкцию и перенести часть функций с аппаратного уровня на программный.
Сейчас специалисты МФТИ собрали макет спутника. Рабочий прототип планируют подготовить в декабре, а первый запуск провести во втором полугодии 2027 года.
Эмулятор CAN-шины в лабораторном корпусе МФТИ
Помимо сельского хозяйства, компактные аппараты намерены использовать для мониторинга чрезвычайных ситуаций. Полученные со спутников данные помогут отслеживать пожары, наводнения, оползни, лавины и другие опасные природные явления.
— Концепция миниатюрных спутников для сельского хозяйства уже известна на мировом рынке. Зарубежные исследования подтверждают перспективность малых аппаратов, призванных снизить стоимость и ускорить проведение космических исследований. Такие спутники будут востребованы российским агробизнесом. Успех проекта МФТИ во многом будет зависеть от того, насколько быстро удастся развернуть полноценную группировку из 120 аппаратов, — рассказал «Известиям» д. т. н., завлабораторией информационно-технического обеспечения цифрового земледелия, главный научный сотрудник Федерального научного агроинженерного центра ВИМ Рашид Курбанов.
Согласно научному обзору, опубликованному в журнале Nature Reviews Earth & Environment, на орошение приходится около 70% мирового забора пресной воды. Таким образом, сельское хозяйство — крупнейший потребитель воды на планете, а в засушливых регионах ее нехватка давно стала одним из главных ограничителей урожайности, рассказал основатель и генеральный директор SkyFarm Ecosystem Никита Румянцев. По его словам, каждый сэкономленный кубометр воды позволяет снизить как затраты хозяйства, так и нагрузку на водные источники.
— По предварительным оценкам, внедрение подобных систем позволит сократить расход воды на полив до 30% без потери урожая. Однако важно понимать, что космические данные необходимо дополнять наземными измерениями, — подчеркнул эксперт.
Научный сотрудник МФТИ Алексей Бычков демонстрирует шкаф-стенд для термоиспытаний в лабораторном корпусе МФТИ
Разработка МФТИ выглядит перспективной, однако пока речь идет лишь о прототипе. Реальные возможности аппарата покажут летные испытания, отметил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев. По его словам, на следующем этапе ключевую роль сыграет наземная инфраструктура: чтобы данные дошли до конкретных хозяйств, потребуются сервисы их обработки и понятные аграриям цифровые инструменты.
— Сама концепция проекта соответствует мировому тренду. Малые спутники, созданные на основе серийной электроники, дешевле производить и запускать, поэтому их можно выводить на орбиту целыми группировками. Для сельского хозяйства это особенно важно: аграриям нужны свежие данные о состоянии полей каждые несколько дней, тогда как разовый снимок высокого разрешения дает гораздо меньше информации. Такую частоту съемки может обеспечить только группировка из десятков аппаратов. При этом сверхкомпактный формат имеет естественные ограничения по детализации снимков и сроку работы на орбите. Поэтому такие спутники, скорее всего, будут дополнять крупные аппараты дистанционного зондирования Земли, а не заменять их, — отметил он.
По словам Артема Богатырева, значение подобных проектов для рынка заключается прежде всего в том, что в России накапливается опыт серийного производства малых спутников и формируется новое поколение инженеров, которые впоследствии смогут работать в космических компаниях.
Комментарии 0