¿Cómo “toman fotografías” de la Tierra los satélites?

Cuando se trata de tomar fotografías, naturalmente pensamos en cámaras y persianas. Es común pensar en apuntar la cámara a lo que se necesita capturar y tan pronto como presiona el obturador, puede obtener una imagen. Esta imagen contendrá datos con los tres colores primarios en píxeles 2D. Sin embargo, el caso es bastante diferente cuando se trata de la observación de la tierra (superficie/atmósfera). El principio de las imágenes específicas de satélite es un poco más complejo.

método de escaneo

Los satélites se pueden dividir en órbita geoestacionaria y polar. Esta división se basa en sus órbitas. Sabemos que la velocidad angular de rotación de la tierra es fija. Si se usa un satélite para monitorear constantemente la tierra, la altura de la órbita del satélite es fija. Este es un satélite fijo. La altura del satélite fijo es de 36.000 km y el radio de la tierra es de unos 6.371 km. Es concebible que el ángulo de visión de la Tierra desde el satélite sea de solo 18°. ¿Cómo puede ser bueno el efecto de la imagen directa? Queremos tener imágenes de muy alta resolución y tenemos que usar el método de “escaneo”.

En particular, el “escaneo” consiste en obtener datos ajustando el ángulo de la herramienta de observación. Por lo tanto, será necesario apuntarlo en diferentes posiciones en la tierra. Por ejemplo, en el satélite meteorológico Fengyun 2, él mismo gira alrededor de su eje principal. Por lo tanto, el sensor puede escanear los datos de observación en forma de cinturón en la tierra. Luego ajuste la actitud del satélite e inclínelo hacia arriba y hacia abajo para escanear los datos “paralelos” en la tierra.

Por supuesto, diferentes satélites pueden usar diferentes métodos de ajuste de actitud para mejorar la tasa de utilización de la observación. En Fengyun 2, hay una rotación de 360 ​​° del propio satélite. Sin embargo, solo unas pocas decenas de grados miran hacia la tierra. Además, su tasa de utilización obviamente no es alta. Sin embargo, para el Fengyun 4, se adopta un método de estabilización de tres ejes. Controla activamente la orientación del satélite, de modo que el detector siempre mire hacia la tierra durante el proceso de rotación. Con este diseño, la eficiencia de observación es obviamente mucho mejor.

¿Por qué no el método de estabilización de tres ejes?

Entonces, algunas personas no pueden evitar preguntarse, ¿por qué el método de estabilización de tres ejes no verificó la orientación del satélite antes? Porque el método de estabilización de tres ejes no es tan simple. El método de estabilización de giro puede estabilizar fácilmente su actitud a medida que el satélite se mueve alrededor de la tierra. El punto clave es que el propio satélite es axisimétrico con respecto a su eje principal. Por el contrario, el método de estabilización de tres ejes quiere mantener la sonda siempre apuntando hacia el suelo. La actitud del satélite y cómo estabilizarlo es un gran problema.

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En segundo lugar, la radiación solar del satélite rotatorio estabilizado es uniforme. Sin embargo, la opción estable de tres ejes siempre tiene un lado hacia el suelo. La diferencia en la cantidad de radiación solar a cada lado del satélite hará que se deforme. El desarrollo y uso de materiales y la disposición de herramientas requieren una cuidadosa consideración. Obtener imágenes de la tierra desde tales distancias no es nada fácil.

en órbita polar

Porque la opción geoestacionaria está lejos de la tierra y la precisión de la observación seguramente será limitada. Si queremos obtener datos de observación más precisos, necesitamos satélites en órbita polar. Los satélites de órbita polar (también llamados satélites heliosíncronos) tienen una órbita más baja que los satélites geoestacionarios. Miden unos 840 km y orbitan alrededor de los polos norte y sur de la tierra. Su método de observación puede considerarse como un escaneo durante la TC. Dondequiera que se mueva el instrumento/satélite, captura el lugar donde se mueve. Así, la órbita del satélite y la longitud y latitud de los datos de observación pueden compararse directamente. Los científicos planetarios a menudo llaman a esto “datos de seguimiento”. Por ejemplo, el satélite CloudSat desapareció de la Tierra en un día en una estación se muestra a continuación.

Podemos ver que la cobertura es relativamente pequeña. Por supuesto, también hay satélites viajeros. Esto agregará la herramienta de topografía a la oscilación perpendicular a la dirección orbital. Esto ayudará al equipo a detectar datos de superficie. Por ejemplo, la imagen de la izquierda es la precipitación superficial medida por el satélite GPM. Si dibuja un perfil en la línea roja, puede obtener el perfil de la tasa de precipitación en la línea roja (foto de la derecha).

Problema de lapso de tiempo

Por simple que parezca, el proceso es bastante complejo. Obviamente, hay una diferencia de tiempo en los datos observados de cada órbita. El período del satélite en órbita alrededor de la tierra es de unos 84 minutos. Cuando seleccionamos una pista para el análisis de datos, en realidad es difícil decir que estos 84 minutos de datos son al mismo tiempo. La diferencia horaria también debe tenerse en cuenta al seleccionar un determinado período de análisis de datos.

Un análisis de datos global o regional considerará muchos días de conjuntos de datos. Estos datos se trazarán en un gráfico y esto podría representar el estado promedio a largo plazo. Los datos del “estado promedio” no son el promedio de un largo período de observación continua. En realidad, es el punto observado nuevamente después de mucho tiempo. Esto se debe a que la observación obtiene menos que “datos concurrentes”. El promedio de diferentes puntos en el mapa es en realidad el promedio de diferentes tiempos. Es un poco confuso. Sin embargo, además de la resolución espacial, mejorar la precisión del tiempo también es algo muy importante.