Kleine commerciële satellieten spelen een rol bij onderzoeken naar atmosferische deeltjes, volgens recent gepubliceerd proefschriftonderzoek door een onderzoeksmedewerker van het Earth System Science Center van de University of Alabama in Huntsville (UAH), een onderdeel van het University of Alabama-systeem.

Het onderzoek van Jeanné le Roux (M.S., Aardsysteemwetenschap, 2020) is een van de eersten die commerciële kleine satellietgegevens (smallsat) met hoge resolutie gebruikt voor luchtkwaliteitsonderzoeken.

Het peer-reviewed artikel verscheen in Teledetectie en was co-auteur van le Roux, Dr. Sundar Christopher, UAH hoogleraar atmosferische en aardwetenschappen, en Manil Maskey, een onderzoeker bij NASA's Marshall Space Flight Center. Het onderzoek werd ondersteund door een NASA-subsidie ​​voor zijn Commercial Smallsat Data Acquisition-programma.

Le Roux heeft gekeken naar het toepassen van de gegevens van PlanetScope-sensoren aan boord van meer dan 100 Dove-smallsats die door het bedrijf Planet zijn ingezet voor gebruik bij luchtkwaliteitsbeoordelingen van fijne deeltjes. Dove-satellieten zijn smallsats in 3U-configuraties, wat in feite betekent dat elk de grootte heeft van drie kubussatellieten (CubeSats) samengevoegd, afmeting 10 x 10 x 30 centimeter.

"Dit was een eerste onderzoek naar de haalbaarheid van het gebruik van commerciële CubeSat-gegevens met hoge resolutie, " zegt le Roux, die uit Riverside komt, Californië, en werkt ook als onderzoeksmedewerker bij NASA's Interagency Implementation and Advanced Concepts Team (IMPACT).

"Hoewel deze gegevens veelbelovend zijn voor luchtkwaliteitstoepassingen, er zijn bepaalde overwegingen waarmee rekening moet worden gehouden, voornamelijk gerelateerd aan inconsistenties die kunnen ontstaan ​​wanneer gegevens van meer dan 130 afzonderlijke sensoren worden gecombineerd."

Planet was de eerste in de industrie die zo'n groot aantal smallsats in hetzelfde netwerk lanceerde voor het specifieke doel van aardobservatie, maar er zijn veel andere bedrijven die smallsat-netwerken hebben of plannen voor verschillende doeleinden.

Atmosferische wetenschappers gebruiken verschillende satellietgegevens om een ​​groot netwerk van meetstations voor luchtkwaliteit op de grond in de VS en over de hele wereld uit te breiden, zoals het luchtkwaliteitssysteem van de Environmental Protection Agency.

"Het probleem met deze grondnetwerken is dat hoewel ze frequente metingen doen, ze bieden alleen luchtkwaliteitsinformatie op de specifieke puntlocatie van de grondbewakingslocatie, " le Roux zegt. "Satellietgegevens kunnen worden gebruikt om de lacunes op te vullen en de luchtkwaliteitsparameters te schatten over enorme en continue ruimtelijke schalen."

Commerciële ondernemingen hebben een voortrekkersrol gespeeld bij het leveren van satellietbeelden met zeer hoge resolutie die te koop zijn, zegt le Roux.

"Totdat door de overheid gefinancierde satellieten zijn ontworpen om te concurreren, deze commerciële gegevens zullen zeer gewild zijn voor een zeer breed scala aan wetenschappelijke toepassingen, " ze zegt.

"Gegevens van het bedrijf Planet zijn specifiek uniek, in die zin dat het dagelijks een hoge resolutie dekking biedt van het grootste deel van de landmassa van de aarde. De meeste andere commerciële satellieten met hoge resolutie bieden geen wereldwijde dekking op deze frequentie, en hebben de taak om zich te concentreren op specifieke delen van de aarde op basis van verzoeken van klanten."

Hoewel er overheidssatellieten zijn die informatie over de luchtkwaliteit leveren, geen van hen is ontwikkeld om dit te doen met een ruimtelijke resolutie die zo gedetailleerd is als die momenteel wordt aangeboden door commerciële satellieten, zegt le Roux.

"Bijvoorbeeld, NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) kan worden gebruikt om verschillende luchtkwaliteitsparameters af te leiden met een pixelgrootte van slechts 250 meter, maar de pixelgrootte van PlanetScope is nog steeds aanzienlijk kleiner met slechts 3 meter, ' zegt le Roux.

Hoewel het mogelijk is dat de overheid in de toekomst zal investeren in technologie die vergelijkbaar is met het commerciële netwerk van Planet, tot op heden zijn commerciële ondernemingen de pioniers geweest voor deze benadering van het verzamelen van teledetectiebeelden, ze zegt.

Le Roux vond wel enkele nadelen aan het gebruik van smallsats voor onderzoek naar atmosferische deeltjes.

"Het belangrijkste nadeel van deze gegevens zijn mogelijke consistentieproblemen die zich voordoen, aangezien gegevens worden gecombineerd van meer dan 100 afzonderlijke sensoren, " zegt ze. "Hoewel er grote zorg wordt besteed om de beelden van de verschillende sensoren zo consistent mogelijk te maken, problemen met de kwaliteit van geometrische en radiometrische kalibratie zijn naar voren gebracht in eerdere onderzoeken."

Ook, CubeSats hebben een beperkt aantal banden om de aarde te bekijken, ze zegt. Terwijl de MODIS 36 kanalen heeft, commerciële sensoren hebben drie tot vier banden, typisch in het zichtbare tot het nabij-infrarode deel van het spectrum. Dat is een nadeel voor studies die meer dekking nodig hebben in het elektromagnetische spectrum.

"Een van de eerste dingen die we moeten begrijpen, is de kwaliteit van de metingen met behulp van kalibratieconcepten. Vervolgens moeten we de geolocatienauwkeurigheden beoordelen, " zegt le Roux. "Ons werk biedt het kader en de methoden om deze nauwkeurigheden te beoordelen."

De technologie die wordt gebruikt in Planet's constellatie van smallsats blijft verbeteren, dus de kwaliteit van de gegevens moet in toekomstige studies worden geëvalueerd, zegt le Roux.

"De voordelen van het hebben van deze frequente beelden met een hoge resolutie wegen vaak op tegen enkele van de zorgen over de gegevenskwaliteit."