Yeni NASA ve Hindistan Dünya Uydusu NISAR Dünya’yı nasıl görecek

NASA ve Hindistan Uzay Araştırma Örgütü’nün (ISRO) yeni Dünya uydusu NISAR (NASA-ISRO Sentetik Açıklıklı Radar) önümüzdeki aylarda fırlatıldığında, Dünya yüzeyinin görüntülerini o kadar ayrıntılı yakalayacak ki, ne kadar küçük kara ve buz parçalarının hareket ettiğini gösterecekler. , bir inçin kesirlerine kadar.

Dünyanın katı yüzeylerinin neredeyse tamamını 12 günde iki kez görüntüleyen cihaz, deprem gibi doğal afetlerden önce ve sonra yer kabuğunun esnekliğini görecek; buzulların ve buz tabakalarının hareketini izleyecek; orman büyümesi ve ormansızlaşma da dahil olmak üzere ekosistem değişikliklerini izleyecek.

Misyonun olağanüstü yetenekleri, adında belirtilen teknikten geliyor: sentetik açıklıklı radar (SAR). Uzayda kullanım için NASA’nın öncülüğünü yaptığı SAR, aşağıdaki sahneyi keskinleştirmek için radarın yukarıda uçması sırasında alınan birden fazla ölçümü birleştiriyor. Uzak yüzeyleri ve nesneleri tespit etmek için mikrodalgaları kullanan, ancak özellikleri ve karakteristikleri yüksek çözünürlükte ortaya çıkarmak için veri işlemeyi hızlandıran geleneksel radar gibi çalışır.

SAR olmadan böyle bir ayrıntıyı elde etmek için, radar uydularının çalıştırılması şöyle dursun, fırlatılamayacak kadar büyük antenlere ihtiyacı olacaktır. Konuşlandırıldığında 39 fit (12 metre) genişliğinde olan NISAR’ın radar anten reflektörü, bir şehir otobüsünün uzunluğu kadar geniştir. Ancak misyonun L-band cihazının, geleneksel radar tekniklerini kullanarak, Dünya’nın piksellerini 10 metreye (30 feet) kadar görüntüleyebilmesi için çapının 12 mil (19 kilometre) olması gerekir.

2001’den 2016’ya kadar Güney Kaliforniya’daki NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nın direktörlüğünü yapmadan önce NASA’nın uzaydaki SAR görevlerini yöneten Charles Elachi, sentetik açıklıklı radarın “işleri çok hassas bir şekilde hassaslaştırmamıza olanak sağladığını” söyledi. “NISAR misyonu tamamen yeni bir alan açacak Dinamik bir sistem olarak gezegenimiz hakkında bilgi edinmek.”

SAR nasıl çalışır?

Elachi, Caltech’ten mezun olduktan sonra 1971’de JPL’ye geldi ve Venüs’ün yüzeyini incelemek için bir radar geliştiren bir grup mühendise katıldı. Şimdi olduğu gibi o zaman da radarın çekiciliği basitti: Gece gündüz ölçüm yapabiliyor ve bulutların arkasını görebiliyordu. Ekibin çalışması, 1989’da Magellan’ın Venüs misyonuna ve birkaç NASA uzay mekiği radar görevine yol açtı.

Yörüngedeki bir radar, bir havaalanındaki uçakları takip etmeyle aynı prensiplerle çalışır. Uzaydaki anten Dünya’ya doğru mikrodalga darbeleri yayar. Darbeler bir şeye (örneğin volkanik bir koniye) çarptığında dağılırlar. Anten, cihaza yansıyan sinyalleri alır; bu sinyallerin gücünü, frekanstaki değişimi, geri dönmelerinin ne kadar sürdüğünü ve binalar gibi birden fazla yüzeyden yansıyıp yansımadığını ölçer.

Bu bilgi bir nesnenin veya yüzeyin varlığını, uzaklığını ve hızını tespit etmeye yardımcı olabilir, ancak çözünürlük net bir resim oluşturmak için çok düşüktür. İlk olarak 1952 yılında Goodyear Aircraft Corp.’ta tasarlanan SAR, bu konuyu ele alıyor.

NISAR’ın JPL’deki proje bilimcisi Paul Rosen, “Bu, düşük çözünürlüklü bir sistemden yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmaya yönelik bir tekniktir” dedi.

Radar ilerledikçe anteni sürekli olarak mikrodalgalar yayar ve yüzeyden yankılar alır. Cihaz Dünya’ya göre hareket ettiğinden, dönüş sinyallerinde frekansta küçük değişiklikler olur. Doppler kayması olarak adlandırılan bu etki, bir itfaiye aracı yaklaşırken sirenin sesinin yükselmesine ve uzaklaşırken azalmasına neden olan etkinin aynısıdır.

Bu sinyallerin bilgisayarda işlenmesi, keskin bir fotoğraf üretmek için ışığı yönlendiren ve odaklayan bir kamera merceği gibidir. SAR ile, uzay aracının yolu “merceği” oluşturur ve işleme, Doppler kaymalarına göre ayarlanarak yankıların tek, odaklanmış bir görüntüde toplanmasına olanak tanır.

SAR’ı kullanma

SAR tabanlı görselleştirmenin bir türü, yankıların gecikmesindeki değişimi ölçerek farklılıkları ortaya çıkaran, farklı zamanlarda alınan iki görüntünün birleşimi olan bir interferogramdır. Eğitimsiz bir göze modern sanat eseri gibi görünseler de, çok renkli eşmerkezli interferogram bantları, kara yüzeylerinin ne kadar uzağa hareket ettiğini gösteriyor: Bantlar ne kadar yakınsa, hareket o kadar büyük olur. Sismologlar bu görselleştirmeleri depremlerden kaynaklanan arazi deformasyonunu ölçmek için kullanırlar.

Polarimetri adı verilen başka bir SAR analizi türü, geri dönen dalgaların iletilen sinyallere göre dikey veya yatay yönelimini ölçer. Binalar gibi doğrusal yapılardan seken dalgalar aynı yönde geri dönme eğilimindeyken, ağaç gölgelikleri gibi düzensiz özelliklerden seken dalgalar farklı bir yönde geri dönüyor. Araştırmacılar, geri dönüş sinyallerinin farklılıklarını ve gücünü haritalandırarak bir bölgenin arazi örtüsünü belirleyebilir ve bu da ormansızlaşma ve su baskınlarını incelemek için faydalıdır.

Bu tür analizler, NISAR’ın araştırmacıların milyarlarca yaşamı etkileyen süreçleri daha iyi anlamalarına yardımcı olacağı yolların örnekleridir.

Hindistan’ın Ahmedabad kentindeki Uzay Uygulamaları Merkezi’ndeki ISRO bilim ekibinin eşbaşkanlarından Deepak Putrevu, “Bu görev, değişen gezegenimizi ve doğal tehlikelerin etkilerini incelemek gibi ortak bir hedefe yönelik geniş bir bilim yelpazesini bir araya getiriyor” dedi.