Los investigadores de Skoltech Alessandro Golkar y Ksenia Osipova, y el ex alumno del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) Giuseppe Cataldo (ahora trabajando en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA) han desarrollado, en el marco de una colaboración Skoltech-MIT, un modelo para ayudar a los ingenieros a crear y seleccionar los diseños conceptuales más prometedores de sistemas de radar por satélite. Optimizando el diseño de estos instrumentos en rápida evolución, el modelo promueve su introducción más rápida y rentable, conduciendo a mejores mapas y tormentas, inundación, y monitoreo de deslizamientos de tierra. El estudio salió en Acta Astronautica .

Las imágenes satelitales de la Tierra se utilizan para monitorear el uso de la tierra agrícola, capa de hielo oceánico, cambio costero, y eventos climáticos hostiles. Estas observaciones se realizan en diferentes bandas del espectro electromagnético, incluidas las ondas de radio. A diferencia de los generadores de imágenes ópticos o infrarrojos, los radares observan los objetivos independientemente de su iluminación, pasar por alto las nubes, y generalmente funcionan bien en cualquier clima.

Sin embargo, para proporcionar la misma resolución que un instrumento de longitud de onda más corta, el radar tiene que ser físicamente más grande, por lo que es difícil encajar en un satélite. Una forma de evitar esto es usar radares de apertura sintética. El SARS logra una alta resolución aumentando artificialmente su apertura, o "tamaño" de la antena. Montado en un satélite, un SAR emite un pulso de radar y viaja una cierta distancia antes de que el pulso regrese y se detecte en una ubicación diferente. La distancia recorrida influye en el tamaño virtual de la antena, como si fuera mucho más grande, lo que se traduce en una mejor calidad de imagen con una antena comparativamente pequeña.

A pesar de este truco de inflación de la apertura, Históricamente, el SARS se ha volado en satélites grandes y costosos, porque los radares todavía eran bastante voluminosos y consumían mucha energía. Esto ha ido cambiando con la llegada del SARS más pequeño y ligero. Se encuentran en las primeras etapas de desarrollo, pero están evolucionando rápidamente, ya asumiendo tareas como la detección y vigilancia de derrames de hidrocarburos.

A medida que crece el número de satélites cada vez más pequeños en órbita, Los ingenieros de SAR se preguntan cuáles de ellos son portadores viables para los radares miniaturizados. Esto es particularmente relevante ya que investigaciones recientes sugieren que docenas de los llamados SARS basados ​​en micro o nanosatélites que trabajan juntos podrían superar ampliamente a las grandes misiones SAR convencionales. si se tiene en cuenta la rentabilidad en la ecuación.

Con la gama de opciones ampliada, Cada vez es más difícil equilibrar las características de rendimiento del radar con otros parámetros de una misión de lanzamiento SAR. Algunas de las variables involucradas son las órbitas disponibles, modelos de radar y satélite, con sus dimensiones físicas y una serie de características, como la velocidad de datos y el consumo de energía. Esta complejidad requiere un enfoque computacional para respaldar el diseño de futuras misiones de observación de la Tierra basadas en SAR.

Para abordar esto, un estudio reciente dirigido por Skoltech presenta un modelo matemático para crear diseños conceptuales de SAR óptimos. El modelo optimiza las características de SAR con un método llamado exploración espacial comercial. Este término, que es una combinación de "compensación" y "espacio de juego, "implica que el modelo ayudará a los diseñadores en etapa inicial a analizar las numerosas compensaciones involucradas en el proceso, evaluando rápidamente muchas alternativas de diseño e identificando las soluciones óptimas a seguir.

El documento demuestra la utilidad del modelo al observar los instrumentos de radar en una amplia gama de pequeñas plataformas de satélites:1, 265 diseños de radar factibles se reducen a menos de 44 óptimos para diferentes frecuencias de radio. Los investigadores concluyen que los satélites pequeños son una plataforma viable para los radares de alta frecuencia de 8-12 GHz y 4-8 GHz. pero no para la banda de 1-2 GHz. Se discuten las condiciones para hacer viable este último tipo de SRAS, junto con los límites de viabilidad y las limitaciones técnicas de los instrumentos asociados y los requisitos de la nave espacial. La frecuencia de repetición de pulsos surge como la principal restricción limitante en el espacio comercial SAR. En otras palabras, esta característica es el factor más poderoso, por delante del consumo de energía, tamaño de la antena, velocidad de datos, etc., para reducir las configuraciones de radar a un conjunto limitado de diseños factibles.

En un análisis separado, el equipo considera radares para la plataforma CubeSat de 3U muy pequeña, identificando 44 diseños óptimos entre aproximadamente 13, 000 candidatos viables. El estudio explora las limitaciones operativas necesarias para el desarrollo de radares miniaturizados tan innovadores. Los autores concluyen que el SARS para CubeSats es factible desde una perspectiva a nivel de instrumentos y proponen que sus diseños se consideren ahora a nivel de misión, junto con las implicaciones para el diseño de naves espaciales.

El modelo presentado en el estudio se aplica a los sistemas de radar montados en un solo satélite. Podria, sin embargo, ampliarse en el futuro para tener en cuenta las formas de combinar los satélites SAR en constelaciones.