Aktív, passzív, és lasszózik
(Rovat: Környezetünk védelme, Időjárás és előrejelzése , Amerikai távérzékelő műholdak - 2015.01.16 07:15.)

Ilyen lesz a NASA új földmegfigyelő műholdja, amelyet január végén állíthatnak pályára a talaj nedvességtartalmának feltérképezésére.

A műhold neve SMAP (Soil Moisture Active Passive), és a jelenleg érvényes tervek szerint január 29-én indítják egy Delta-2 hordozórakétával a kaliforniai Vandenberg Légitámaszpontról. Kb. 660-685 km között változó magasságú poláris napszinkron pályára kerül. Feladata, hogy minden eddiginél pontosabban és finomabb térbeli felbontással, globális skálán felmérje bolygónk szárazföldjein a talaj felső rétegének nedvességtartalmát, illetve figyelje annak időbeli változásait. Az adatok segítik majd az időjárás előrejelzését, az árvizek, szárazságok előrejelzését és jobb kezelését, a földcsuszamlások kockázatának megállapítását, a mezőgazdasági termés mennyiségének becslését. A SMAP két-három naponta tudja majd megismételni a teljes Föld feltérképezését.

A fedélzeti műszerek három fő egységre oszthatók. A SMAP magával visz egy radart, egy mikrohullámú sugárzásmérő berendezést (radiométert), és a legnagyobb forgó, fémhálós visszaverő felületű antennát, amely valaha űreszközre került. A műholdas távérzékelő eszközöket akkor nevezzük aktívnak, ha saját maguk kibocsátanak olyan jeleket, amelyeknek azután a felszínről való visszaverődősét, szóródását detektálják. Ilyen a működési elve a radarnak. A műholdon telepített passzív érzékelők a meglevő természetes jeleket fogják fel. A SMAP mindkét típusú mérésre alkalmas lesz.

A NASA Pasadena (Kalifornia) melletti Sugárhajtás Laboratóriumában (Jet Propulsion Laboratory, JPL), ahol az űreszközt tervezték és összeszerelték, egy 6 m átmérőjű antennát terveztek. A starthoz természetesen az antennát összecsukott állapotban kell elhelyezni a hordozórakéta orrkúpja alatt, egy 30 cm × 120 cm-es helyen. A SMAP küldetésének egyik kezdeti kritikus állomása lesz az antenna kinyitása, méghozzá úgy, hogy az a rádióhullámok fókuszálásához szükséges paraboloid felületet legfeljebb néhány milliméteres pontossággal megvalósítsa. Az antenna a műhold fedélzetén percenként 14-es fordulatszámmal forog majd. A forgást egy rúdra szerelve végzi, amit a fejlesztők okkal hasonlítanak egy lasszóhoz.

Így működik majd a SMAP forgó antennája. Az antennatányér beszállítója Northrop Grumman Astro Aerospace, a forgatómotort a Boeing készítette. (Videó: NASA JPL)

A SMAP radarberendezése a JPL-ben épült. Az alkalmazott L-sávú (1,2 GHz frekvenciájú) mikrohullámok behatolnak a talaj felső mintegy 5 cm-es rétegébe. A visszaérkező, többféle polarizációval detektált jelből a talaj víztartalmára tudnak következtetni, sőt arra is, hogy a víz fagyott állapotban van-e. Mivel a műhold a pályája mentén halad, az antennát pedig közben a pályára merőleges irányban is kitérítik (forgatják), az apertúraszintézisnek nevezett technikával el tudják érni, hogy az antenna hatásos méretét megnöveljék. Így a rendszer lényegesen jobb felbontást nyújt, mint amilyen egy „álló” 6 m-es átmérőjű antennával volna lehetséges. A SMAP talajnedvesség-térképeinek felszíni felbontása 1-3 km körül várható.

A passzív műszer, a mikrohullámú radiométer a talajban levő víz természetes kibocsátását detektálja, szintén az L sávban (1,41 GHz). Itt a korábbi talajnedvesség-mérő műholdak (mint például az európai SMOS) esetén is tapasztalt probléma, hogy a gyenge természetes jelet elnyomhatják olyan erős, zavaró hatások, amelyek mesterséges eredetűek. Hiába van nemzetközi szabályozás alapján fenntartva a rádiótartománynak ez a szűk sávja tudományos mérések számára, a szomszédos sávokban működő földi szolgáltatások – például a mobiltelefonos átjátszótornyok, a légi irányítás rendszerei, földi radarok – néha így is zavart okoznak. A NASA Goddard Űrközpont szakemberei, akik a radiométert tervezték, igyekeztek új, a zavaró interferenciák keskeny sávú jeleit kiszűrő adatfeldolgozási eljárást kifejleszteni. A radar és a radiométer adatainak kombinálásától azt várják, hogy egyesíti a két módszer előnyeit, miközben kiküszöböli gyengeségeiket. A mikrohullámú radiométer például pontosabb mérési adatokkal szolgál a talajnedvességről, de felbontása csak kb. 40 km-es, miközben az apertúraszintézissel működő radaré bő egy nagyságrenddel finomabb.