Skoltech-onderzoekers Alessandro Golkar en Ksenia Osipova, en voormalig Massachusetts Institute of Technology (MIT) student Giuseppe Cataldo (nu werkzaam bij NASA's Goddard Space Flight Center) hebben ontwikkeld, in het kader van een samenwerking tussen Skoltech en MIT, een model om ingenieurs te helpen bij het maken en selecteren van de meest veelbelovende conceptuele ontwerpen van satellietradarsystemen. Door het ontwerp van deze snel evoluerende instrumenten te optimaliseren, het model bevordert een snellere en kostenefficiëntere introductie, wat leidt tot betere kaarten en storm, overstroming, en aardverschuivingsbewaking. De studie kwam uit in Acta Astronautica .

Satellietbeelden van de aarde worden gebruikt om het gebruik van landbouwgrond te monitoren, oceaan ijsbedekking, kustverandering, en vijandige weersomstandigheden. Deze waarnemingen worden gedaan in verschillende banden van het elektromagnetische spectrum, inclusief radiogolven. In tegenstelling tot optische of infraroodcamera's, radars observeren doelen onafhankelijk van hun verlichting, omzeil wolken, en werken over het algemeen goed in alle weersomstandigheden.

Echter, om dezelfde resolutie te bieden als een instrument met een kortere golflengte, de radar moet fysiek groter zijn, waardoor het moeilijk is om op een satelliet te passen. Een manier om dit te omzeilen is het gebruik van synthetische apertuurradars. SARS bereiken een hoge resolutie door hun diafragma kunstmatig te vergroten, of antenne "grootte." Gemonteerd op een satelliet, een SAR zendt een radarpuls uit en legt een bepaalde afstand af voordat de puls terugkeert en op een andere locatie wordt opgevangen. De afgelegde afstand is vervolgens van invloed op de virtuele grootte van de antenne, alsof het veel groter was, wat zich vertaalt in een betere beeldkwaliteit met een relatief kleine antenne.

Ondanks deze truc met diafragma-inflatie, SARS is van oudsher gevlogen op grote en dure satellieten, omdat radars nog vrij omvangrijk waren en veel stroom verbruikten. Dit is aan het veranderen met de komst van kleinere en lichtere SARS. Deze bevinden zich in de beginfase van ontwikkeling, maar evolueren snel, taken als het opsporen en bewaken van olielekkages al overnemen.

Naarmate het aantal steeds kleinere satellieten in een baan om de aarde groeit, SAR-ingenieurs vragen zich af welke van hen haalbare dragers zijn voor de miniaturiserende radars. Dit is met name relevant omdat recent onderzoek suggereert dat tientallen zogenaamde op micro- of nanosatelliet gebaseerde SARS die samenwerken, veel beter kunnen presteren dan conventionele grote SAR-missies, als kostenefficiëntie wordt meegewogen in de vergelijking.

Met het scala aan opties uitgebreid, het wordt een steeds grotere uitdaging om de prestatiekenmerken van de radar af te wegen tegen andere parameters van een SAR-lanceringsmissie. Enkele van de betrokken variabelen zijn de beschikbare banen, radar- en satellietmodellen - met hun fysieke afmetingen en een groot aantal kenmerken, zoals datasnelheid en stroomverbruik. Deze complexiteit vereist een computationele benadering ter ondersteuning van het ontwerp van toekomstige op SAR gebaseerde aardobservatiemissies.

Dit behandelen, een recent door Skoltech geleid onderzoek presenteert een wiskundig model voor het creëren van optimale SAR-conceptuele ontwerpen. Het model optimaliseert SAR-kenmerken met een methode die handelsruimteverkenning wordt genoemd. Deze term, wat een combinatie is van "trade-off" en "playspace, " houdt in dat het model ontwerpers in een vroeg stadium zal helpen bij het analyseren van de talrijke afwegingen die bij het proces betrokken zijn, snel veel ontwerpalternatieven evalueren en optimale oplossingen identificeren om na te streven.

Het artikel demonstreert het nut van het model door te kijken naar radarinstrumenten op een breed scala aan kleine satellietplatforms:1, 265 haalbare radarontwerpen zijn teruggebracht tot minder dan 44 optimale ontwerpen voor verschillende radiofrequenties. De onderzoekers concluderen dat kleine satellieten een haalbaar platform zijn voor de hoogfrequente 8-12 GHz en 4-8 GHz radars, maar niet voor de 1-2 GHz-band. Voorwaarden om laatstgenoemd type SARS haalbaar te maken worden besproken, samen met de haalbaarheidsgrenzen en technische beperkingen op de bijbehorende instrument- en ruimtevaartuigvereisten. Pulsherhalingsfrequentie komt naar voren als de belangrijkste beperkende beperking voor de SAR-handelsruimte. Met andere woorden, deze eigenschap is de krachtigste factor—vooruitlopend op het stroomverbruik, antenne grootte, datasnelheid, enz. - voor het beperken van radarconfiguraties tot een beperkt aantal haalbare ontwerpen.

In een aparte analyse het team overweegt radars voor het zeer kleine 3U CubeSat-platform, het identificeren van 44 optimale ontwerpen onder ongeveer 13, 000 haalbare kandidaten. De studie verkent de operationele beperkingen die nodig zijn voor de ontwikkeling van dergelijke innovatieve geminiaturiseerde radars. De auteurs concluderen dat SARS voor CubeSats haalbaar is vanuit een perspectief op instrumentniveau en stellen voor om hun ontwerpen nu op missieniveau te beschouwen, samen met de implicaties voor het ontwerp van ruimtevaartuigen.

Het model dat in de studie wordt gepresenteerd, is van toepassing op radarsystemen die op één enkele satelliet zijn gemonteerd. Het zou kunnen, echter, in de toekomst worden uitgebreid om rekening te houden met manieren om SAR-satellieten in constellaties te combineren.