Figyelemmel követve a Földmegfigyelő-hírszerző műholdas indításokat, feltűnt, hogy megemelkedett az új generációs SAR műholdak felbocsájtàsa, ráadásul Kína idén pár igazán különleges egységet is szolgálatba állított, amire korábban még nem volt példa.

Igazából ezek az új típusú Kína műholdak kapcsán kezdtem lelkes amatőrként a témával behatóbban foglalkozni, és nagyon hamar rádöbbentem, hogy mennyire komplex és egyúttal lenyűző a technológia, és mennyire kiterjedt, sokrétű az alkalmazása. Kutatásom során jellemzően csak tankönyv szerinti technológia leírást, rész-terület specifikus több oldalas száraz elemzéseket találtam, de egyúttal szert tettem annyi ismeretre amivel már megkísérlem úgy bemutatni a technológiát, hogy lehetőleg egy laikus számára is érthető legyen, ez a sok tekintetben rendkívüli rádió-elektronikus eljárás működési elvét, gyakorlati alkalmazását, különös tekintettel a legújabb SAR műholdakra. Előre bocsájtom, hogy némi tankönyvi ismeretre is mindenképp szükség lesz. Vágjunk is bele, és ismerkedjünk meg az alapokkal!

Kezdjük azzal, hogy mi is a SAR?

Röviden, a Szintetikus Apertúra Radar rövidítése. Bővebben, a SAR olyan kép-alkotó módszer, az aktív adatgyűjtés egyik fajtája, ahol légi járművön / műholdon elhelyezett, oldalvást néző radar berendezés mikrohullámú energia impulzussal, a földfelszínről való visszaverődését rögzítve, matematikailag egy holografikus jel-feldolgozási módszert alkalmazva reflexiós képet készít. 

 A szintetikus apertúrájú radar története 1951 datálódik, amikor is a Goodyear Aircraft Company-nál egy Carl A. Wiley nevű matematikus, az Atlas ICBM program inerciális vezérlő-rendszerén dolgozott, mellékesen pedig feltalálta az eljárást. A fejlesztések már korai szakaszában felismerték, hogy a űrbeli alkalmazása a vákuum miatti sima keringés okán még ideálisabb lehet a SAR rendszer működéshez. A korai műholdas tapasztalatok azt is kimutatták, hogy az ionoszférán és az atmoszférán áthaladó jelek Doppler-frekvencia eltolódása elég megbízhatóan kalkulálható ahhoz, hogy akár több száz kilométeres ható távolságban is nagyon finom felbontást lehessen elérni. A Földről első űrben készített SAR-felvételeket a Quill nevű kísérleti műholdal végezték, ami a titkos Corona program akkori archtektújára épült és 1964-ben mindösszesen egyszer repült, a koncepciót igazoló technológia demonstrátor küldetés keretében. Az első rendszeresített SAR műholdat Amerika 1978-ban állította pályára, és azóta egyre sűrűbben szerepet kap a tudományos feladatokban, sok területen pedig mára már nélkülözhetetlen a radar műholdak nyújtotta szolgáltatás.

A legismertebb tudományos misszió a Magellán küldetés volt, ami nélkül ma nem lenne áfogó ismeretünk a Vénusz felszínéről. Az 1989-ben az űrsiklóval indított Magellan SAR rendszere, képes volt áthatolni a bolygó vastag felhőrétegén, és domborzati térképet készített a felszínről. Ide kapcsolódó èrdekesség, hogy ezeket a több mint 30 éves adatokat napjainkban elemezve, találtak geológiai bizonyítékot aktív vulkanikus tevékenységre.

De mi a frász karika Szintetikus egy radarban?

Nos, a radar-adatok hagyományos értelemben vett felbontása közvetlenül összefügg az érzékelő hullámhosszának és a szenzor antennája hosszának arányával. Vagyis adott hullámhosszon minél hosszabb az antenna, annál nagyobb a térbeli felbontás. Egy az űrben dolgozó, körülbelül 5 centiméteres hullámhosszon működő műholdnak (C-sávú radar) ahhoz, hogy 10 méteres térbeli felbontású képet adjon, körülbelül 4250 m hosszú radar-antennára lenne szüksége. Nyilvánvaló, hogy ekkora antenna nem praktikus.

 Egy ügyes mérnöki megoldással azonban létrehozható – a szintetikus rekesz (Synthetic Aperture). A koncepció, hogy egy rövidebb antennából származó felvételek sorozatát kombinálják, egy sokkal nagyobb antennát szimulálva, így nagyobb felbontású adatok nyerhetők. Egy relatív kis SAR műhold 700km pályán másodpercenként 7900 métert tesz meg, vagyis egy mindössze 10 másodperces adatgyűjtési periódus alatt 79 kilométeres apertúrát képes szintetizálni! Nem rossz ugye?

Mitől is akkora nagy truvájság a SAR technológia?

Ezt érzékelni vegyünk egy Föld körül 700km magasan keringő műhold mikrohullámú impulzus sugarát. Amint elindul az antennától azonnal elkezd szétterülni a térben, ráadásul az egységnyi területre jutó teljesítménye vagy teljesítménysűrűsége a távolság négyzetével gyengül. Vagyis még egy nagy teljesítményű 3000 watt kisugárzású impulzus is mire eléri a Földet elhalványul, annak csak egy kis hányada verődik vissza az antenna felé, továbbá visszafelé tartva ismét kiszélesedik és mèg tovább gyengül, mígnem ennek a tágra nyílt, elgyengült hullámnak csak egy töredékét fogja be a kis antenna.

És, hogy mekkora is ez a viszhang jel erőssége a kiindulási 3000 watt-hoz képest?

Körülbelül 0,00000000000000001 watt!!!

Ezt a tíz a mínusz tizenhetediken "erejű" mikroszkopikusan halk suttogást kell észlelni, felerősíteni és feldolgozni a rádió-elektronikus műholdaknak. Amíg optikai spektrumú kép-alkotás nagyon hasonló egy pillanat-kép készítéséhez, a SAR-adatok másfajta gondolkodást igényelnek, mivel a visszavert jelet befolyásolja a felület jellemzői, annak szerkezetre de akár a felület nedvesség tartalma is.

Képalkotási módok és sugárkalibráció

A Szintetikus Apertúrájú Radar besugárzó antennája segítségével alakíthatja és irányíthatja a radarnyalábot.  A műhold feladatától függően különböző  szélességű sávok rögzítéséhez sokféle sugárszélesség áll rendelkezésre, 8-100 m felbontási tartományban 10-60 fokos beesési szöggel.

A dolog komplexitását mutatja, hogy a radar-jel geometrián túlmenően a végeredményre befojással van a jel frekvenciája és hullámhossza annak polarizációja a doppler eltolódás  valamint az alkalmazott kép-alkotó algoritmus.  

Vegyük sorra az alkalmazott jel tulajdonságait, mi a szerepe frekvenciának és a hullámhossznak?

Az optikai érzékelők az elektromágneses spektrum látható, közeli infravörös és rövidhullámú-infravörös spektrumán gyűjtenek adatokat. A radar-szenzorok ezzel szemben a centimétertől méterig terjedő skálán a hosszabb hullámokathasználják . Ezek egyik különleges tulajdonsága például, hogy képes átlátni a felhőkön. A SAR különböző hullámhosszait sávoknak nevezik, olyan betűjelekkel, mint az X, C, S, L és P. Az alábbi táblázat tartalmazza a sávot a kapcsolódó frekvenciával, hullámhosszal és az adott sávra

 Az alkalmazott hullámhossz fontos jellemző, mivel ez határozza meg, hogy a radarjel hogyan lép kölcsönhatásba a felülettel, és milyen mértékben hatol be a közegbe. Például egy X-sávú radar, amely körülbelül 3 cm-es hullámhosszon működik kevéssé képes behatolni egy széleslevelű erdőbe, így többnyire a fa lomb korona tetején lévő levelek már visszaverik. Ezzel szemben az L-sávú jel hullámhossza körülbelül 23 cm, így mélyebben képes behatolni az erdőbe, ezért alkalmas akár a vegetáció, vagy jégtakaró mérésére, de bányászati, talajtani, de akár régészeti feladatokra is használják.

Hogy még tovább bonyolódjon a dolog, szerepet kap a jel Polarizációja is.

A polarimetria módszertana a visszaszórt jel amplitúdójának, amplitúdó arányának, relatív fázisszög, polarimetrikus koherencia megállapítása révén a felületi durvaságra, a felszín lejtésére, a talaj nedvességtartalmára, illetve a biomasszára, a vegetáció magasságára, a fák fajtájára vagy akár a hó monitorozására, a jégvastagság megállapítására is alkalmas.

 A radar különböző polarizációjú jeleket is képes gyűjteni az elemzett polarizáció szabályozásával mind az adási, mind a vételi útvonalon. A polarizáció annak a síknak az orientációját jelenti, amelyben az átvitt elektromágneses hullám oszcillál. Míg a tájolás bármilyen szögben történhet, a SAR-érzékelők általában lineárisan polarizáltan sugároznak. A vízszintes polarizációt H betű, a függőleges polarizációt V betű jelzik.

 A radarszenzorok előnye, hogy a jel polarizációja adáskor és vételkor is pontosan szabályozható. A függőleges (V) és vízszintes (H) polarizációban vett jeleket VH jelzi. Alternatív megoldásként a vízszintesen kibocsátott (H) és vízszintesen (H) vett jelet HH jelöli, és így tovább. Főbb alkalmazási területei felszínboritás vizsgálat, mezőgazdaság (termésosztályozás, nedvességtartalom becslés, precizíós gazdálkodás, kárfelmérés), erdészet (biomassza becslés, lombtalanítás, magasság becslés, újraerdõsítés monitorozás), óceánográfia (hajófelderítés, olajkiömlés monitorozása), topográfia.

 Nem könnyű szó következik; Interferogram 

A SAR adatok vizsgálatának másik jelentős ága az interferometriának vagy az InSAR-nak nevezett elemzési módszer. Ilyenkor a feldolgozás során két vagy több felvétel közötti relatív fáziskülönbségből származtatható az ún. interferogram, majd ebből számítható a felszín és műhold közötti (Line of sight – LOS) felszíndeformáció mértéke és sebessége. Több felvétel esetén ezek idősoros vizsgálata az adott felszínelem deformációtörténetét is feltárja. A vizsgált felszíndeformációk lehetnek antropogén eredetűek (bányaművelés alatt álló területek, mélyépítési munkálatok által indukált felszínváltozások, folyadék-, például víz- vagy olajkivétel monitorozása stb.), vagy szeizmogenikus, vulkanikus valamint geomorfológiai folyamat által vezéreltek, ahol a deformáció mértéke a centiméterestől akár a 0,1 mm-es nagyságrendben is kimutatható. Ráadásul ezzel már egy ideje idehaza is foglalkoznak. Bővebben erről a Geodézia a világűrből cikkben olvasható.

Utolsó lépésként pedig jöjjön a szoftveres kép-alkotás.

Több fajta algoritmus kép-alkotó eljárást is megkülönböztethetünk, a leggyakrabban használt az Autofókusz. Egy ilyen feldolgozás esetén a pálya egyes pontjain felvett mérési eredmények kerülnek fázishelyes összegzésre, ezt nevezik az adott pontra történő fókuszálásnak. A SAR kép pixeleinek előállításához ismerni kell a pálya egyes pontjainak távolságát az adott pixelektől, hogy elvégezhető legyen a hullámszám (alkalmazott frekvencia) ismeretében a szükséges fáziskorrektúra. Az autofókusz algoritmusok lényegében a fázishibákat próbálják minimalizálni, úgy, hogy egy választott paramétert / paramétereket minimalizálnak. A fáziskorrekciókat minden esetben a frekvenciatartományba transzformált képen végzik el, azonban a paraméter minimalizálásra már a normál, időtartománybeli tartományon kerül sor. A fáziskorrekciós paraméterek és a minőséget jellemző paraméter(ek) közötti csatolás miatt nem adható meg analitikus megoldás, ezért minden esetben iterációs közelítést használnak; emiatt az autofókusz algoritmusok meglehetősen számításigényesek az iterációnkénti oda-vissza transzformációk következtében.

 Ez az eljárás is mutatja, hogy a begyüjtött adat èrtelmezéséhez szorosan kapcsolódik maga az adatgyűjtés technológiája is, ezért fontos szerep jut a szoftveres képalkotó algoritmusnak. A nyers adat ugyanis egyfajta adat-csomagkégként áll össze. Ez az adat csomag még önmagán nem vizuális. A kisebb antennával szerelt műholdak a jobb felbontás érdekében jellemzően nagyobb apertúrával dolgoznak, így egy adott területen akár 30 másodperces pásztázást végeznek. Hogy némi fogalmunk legyen mekkora adat mennyiségről is van szó az UmbraSpace magán vállalatt egy konkrét példája jól èrzékelteti. A cég a kategóriájaban kicsi mindössze 65kg tömegű műholdját használva 11.2másodperces adatgyűjtést végzett London felett. A műhold ekkor kb 500 km magasságon keringett 7580m/s sebességgel, vagyis az adatgyűjtés 11.2s alatt közel 85km tett meg ezáltal ekkora apertúrát szintetizát. Ez pedig 7.7GB nyers adatot eredményezett amiből az alkalmazott algoritmus keszített 1.2TB hamisszínes képet 16cm felbontással.

 A technológia ezen kép-alkotó szoftveres-algoritmus részét még közel sem bontottuk ki teljesen, de a területen mélyebbre merülni már igen magas műveleti matematikai ismeretek szükségeltetnek. Úgy gondolom, azért így is érzékelhető a modern SAR eljárások nagy mennyiségű adat feldololgozási számítási és tárolàsi kapacitás igénye.

Ez a nagy mértékű adat-mozgatás-feldolgozás igény pedig választ ad arra, hogy miért csak az utóbbi években vált egyre jobban elterjedté a SAR műholdak rendszeresitèse. A technológia fejlettség a miniatűrizálás valamint a számítási ès tárolási kapacitás mára megvalósíthatóvá teszi a kis méretű, de számosabb flottával rendelkező konstellációk telepítését. Az egyre feljebb algoritmusok pedig nem csak a kép-alkotásban, hanem azok elemzésében is növekvő szerepet kapnak. Például AI algoritmusokkal nagy pontossággal lehetséges azonosítani katonai járműveket akár típus szerint. Részben ezért is telepítik ezen műholdakat poláris pályára aminek nyomán lehetőség van adott felszín rendszeres és állandó betekintési szögű, és energia irányú adat gyűjtésère. Az így készült adat csomagok elemzése pedig egyszerűbb, automatizált kiértekelő-algoritmusokkal akár nagy területekre is elvégezhető.

Körülbelül ez lett volna a technológia alapja szigorúan dióhejban! Itz az ideje megismerni magát a Hardvert!

A SAR műholdak felépítése két tipikus irányt követ. A kompaktabb műholdak jellemzően kihajtogatós antennával szereltek. Ez a valamivel egyszerűbb mechanikus megoldás egyúttal nagyobb biztonságot jelent az antenna nyitásra, mint a komplex teleszkóp-esernyős rácsos reflektor antenna. Az persze a könnyebb és a komplexebb szerkezet lévén nagyobb felület is érhető el, de az ilyen finom mechanika hajlamos a meghibásodásra. Idén például egy 700 millió dolláros Viasat GEO kommunikációs műhold lett használhatatlan a hasonló esernyős antenna nyitás sikertelensége miatt.

Hogyan kategorizálhatóak a Radar műholdak?

Természetesen az alkalmazási területet célzó hullám-sáv egy ilyen magától értetődő kategorizálás, de mivel működésüket tekintve nincs érdemi különbség a különböző sávon dolgozó berendezések között, inkább méretük illetve súlyuk után osztanàm három kategóriába a SAR műholdakat. Persze lehet átmenet ezen kategóriák között, de elég jól alkalmazható a legtöbb esetben.

100kg-ig kis műholdas SAR

Jellemzően ilyenekkel dolgoznak a kereskedelmi szolgáltatók. Ezek a 100kg alatti műholdak egyik előnye a számosságukban rejlik, ami révén rugalmasabb hozzáférést biztosíthatnak egy adott területhez vagyis katonai-hírszerző feladatokhoz is jól alkalmazhatóak. Az egyik ilyen szereplő például a Finn ICEYE akik egyetemi programokból nőtték ki magukat, és mára Ukrajnának és a Brazil hadseregnek szolgáltatnak műholdas képességet, Ausztráliával és legutóbb Lengyelországgal pedig stratégiai együttműködési megállapodást kötöttek. A kis műholdak élettartama jellemzőén 5 év körül mozog, ami nem valami sok, de ezt az olcsóbb előállítás és a lényegesen olcsóbb pályára állítási költségek ellensúlyozzák. Nem mellesleg a kis műholdakkal egy újabb technológi fejlesztés is hamarabb alkalmazàsba kerülhet. A kis méretből adódóan ezeket többnyire költséghatékony Rideshare hordozó-rakéta küldetéssel állítják pályára, több másik műholdal egyetemben.

500kg-ig közepes méretű SAR

Ez a kategória a leggyakrabban alkalmazott SAR műholdas szegmens. Az összes lehetséges radarsávra épített különböző alkalmazású eszköz méretben és tervezésben is nagy változatosságban itt van jelen. Több ország SAR műholdjait is ebben a kategóriában találhatjuk. Saját fejlesztésű és építésű SAR hardverrel a Amerika, Oroszország, Kína, mellett Japán, Németország, Franciaország, Olaszország, Dél-Korea, Izrael, India, Kanada is rendelkezik. Ezen kategória műholdjai szinte minden esetben dedikált kisebb hordozórakéta küldetéssel juttatják pályára.

500kg felett nagy SAR műholdak

Ebbe a besorolásba már az igazán nagy és drága állami, sok esetben katonai-hírszerző célú eszközöket, illetve a Űrügynökségek tudományos programjainak műholdjai esnek. Ezek szinte kizárólag multi-funkciós, több sávos letapogatásra tervezett hosszú (10+ év) élettartamú műholdak. A költségek miatt ezeket már csak a gazdagabb államok engedhetik meg maguknak. Csak közelmúltban Németország, és Japán mellett Kína állított pályára ilyen több tonnás monstrumokat ráadásul többet is. Az Európai Űrügynökség a Copernicus program keretében üzemeltet SAR műholdat. A NASA korábban több tudományos programot is vitt amikkel bolygóközi missziókat is teljesített. Csak az űrsikló programban 3 radar misszió és egy Radar műhold indítása kapott szerepet. A tervek szerint jövőre pedig az Indiai ISRO-val együttműködve indul a NISAR műhold a Föld teljes nagyrészletessegű domborzati feltérképezésére. Az ilyen műholdak indítása már dedikált nagyobb teljesítményű hordozórakétával történik.

Mennyibe is kerülhet egy ilyen eszköz?

Nagyon ritkán nyílik lehetőség hiteles információhoz jutni a felderítő műholdak árát illetően, aminek persze több oka is van. A kereskedelmi SAR konstellációt üzemeltető cégek a szolgáltatást értékesítik, és ugyan már méretük okán is ezek lehetnek a legolcsóbbak pontos árról nehéz beszélni. A másik ok, hogy sok esetben a hardver csomagban kerül leszerződésre. Műhold + Földi kiszolgáló létesítmények vagy műhold + hordozórakéta pályára állítás. Sok esetben pedig egyszerűen csak nem kötik a kíváncsiskodók orrára. 

Egyik ritka eset volt amikor idén kihirdették, hogy a TalesAlenia építi meg az Olaszok új felderítő konstellációját. A közleményben hat SAR műholdra vonatkozó szerződés 112 millió Euró érték szerepelt, és opciót tartalmazva további négy műholdból álló második csoportra 75 millió euró értékben. (Az egy optikai műhold értéke 30 millió euró, amiben opció van egy másodikra 19 millió euróért. de ez most minket nem érdekel ) Ez alapján a TalesAlenia egy Szintetikus Apertúrájú Radar műholdára €18.7 Milliós árcédula akasztható. Ezt az helyezi perspektivába, hogy a moduláris NIMBUS (New Italian Micro Bus) platformra építik, hagyományos szerkezeti elrendezéssel, valamint a műhold súlya körülbelül 170 kg, tervezett működési élettartama pedig akár 10év, azaz már egy komolyabb, messze nem belépő szintű hardverről van szó!

A legtöbb esetben csak becslések vannak a műholdak árairól, és azok Igen széles spektumon mozognak. A pár milliótól a pár száz millió dollárig bezárólag. 

De térjünk végre a lényegre, és nézzük azokat az új típusú Kínai SAR műholdakat! Az első GEO-SAR;

Kína idén Augusztus 12-én állította pályára első LuDiTanCe-4-01 L-sávú SAR műholdját egy Hosszú Menetelés CZ-3B rakétával Xichang-ból.

A műholdról megjelent hivatalos közleményből sokat nem tudni meg. A szokásos propaganda szövegből csak az derül ki, hogy műholdat az állami China Aerospace Science and Technology Corporation "CASC" fejlesztette és építette Illetve, hogy kategóriájában egyedül álló, mert ez az első olyan multifunkcionális SAR eszköz ami Geoszinkron pályán dolgozik annak minden előnyével, mint amilyen az állandó rálátás Kína területeire. Kiemelten említik a katasztrófa elhárítást illetve egyéb polgári alkalmazásokat, de érdemes alaposabban megvizsgálni a műhold pályáját, és az eszköz képességének némileg utána számolva, hogy képet kapjunk mi is annak tényleges potenciája és korlátja, ami pedig el vezethet minket a valódi feladatához.

A szintetikus apertúrájú radar Geoszinkron pályán való használata igen aktív kutatási területnek számít, amivel koncepció szinten 1978-ban Amerikában állt elő egy Japán származású Tomiyasu nevű mérnök a NASA-tett ajánlásában. Az ezredforduló táján pedig már több megvalósíthatósági tanulmány is született a technológiához. Európàban az olaszországi Politecnico di Milano (POLIMI) és a Spanyol Universitat Politcnica de Catalunya (UPC) végez előrehaladott kutatásokat a területen. A Kínai Akadémia (CAST) tudósai és a pekingi technológiai Intézet (BIT) 2007 óta közösen tanulmányozták a GEO SAR-t. Az ilyen kutatások nyomán megjelent tanulmányok számításaiból van információnk a GEO-SAR műholdak működéséhez szükséges paraméterekről, mint a legálább 30 méteres antennára ès szükséges 15kW kalkulát teljesítmény. A konkrét LuDiTanCe-4-01 hardver esetében ezek nem publikus információk, a reflektor antenna kapcsán annyi azonban kiderült, hogy a felülete körülbelül teniszpálya méretű. A műhold súlyára pedig hordozó-rakéta CZ-3B geoszinkron képességéből kalkulálhatunk ami ez alapján maximum 5 tonna lehet, és ennek úgy fele-kétharmada az üzemanyag. A rakéta harmadik, záró fokozata GTO pályára állította a holdat ami ezt követően a saját meghajtását használva három pálya korrekciós manőverrel foglalta el végleges pozícióját.

A műhold a Geoszinkron pálya különlegességéből adódóan élvezi annak előnyét az állandó rálátást a Kínai területekre, de meg kell küzdeni annak minden hátrányával is, -és bizony akad abból nem kevés! A fix egyenlítői sík-ponton álló Geostacionárius műholdak a mozgás hiányában nem alkalmasak SAR képalkotásra, mivel nem jöhet létre a szintetikus apertúra. Ezért is választották a hasonló, Geoszinkron pályát, mert az lényegében a Geostacionárius pàlya csak megdöntve. Többféle geoszinkron pálya is lehetséges, a LuDiTanCe-4-01 esetben a pálya 16° szöggel metszi az egyenlítői síkot. Ugyan olyan ütemben kerüli meg a Földet, a pálya döntèse miatt +16°/-16° kitér az egyenlítői síkból. Egy nap alatt így a keleti 89.2 szélességi fok felett egy 8-as figurát ír le, miközben 35772 km x 35803 km kör pályán kering. Ennek eredménye képen a felszínhez viszonyított relatív sebessége nem állandó 0.12km/s és 0.9km/s között változik.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy bár a műhold állandó fix pozícióban van, relatív sebessége mégsem állandó és elmozdulása, orientációja sem egyenletes. Ez számokra lefordítva úgy néz ki, hogy egy hosszabb mondjuk 30 másodperces adatgyűjtési periódus alatt átlagos 0.6km/s sebességgel kalkulálva a műhold mindössze 18km tesz meg, tehát antennájával ekkora apertúrát képes szintetizálni. Összehasonlítva egy 560 km keringő SAR műholdnál ez az érték kb 230km azaz több mint tízszerese. Persze lehetőség van hosszabb ideig végezni az adatgyűjtést figyelembe véve a műhold relatív távolságát betekintési szögét, orientációját és sebességét a vizsgált terület függvényében, de ennek is van egy gyakorlati maximuma, mert a legkisebb pontatlanság is torzuláshoz vezet, aminek esélye az idő előrehaladtával nő. A már említett tanulmány is több száz másodperces akár 15 perc időtartamú adatgyüjtèssel kalkulál. Minél hosszabb az adatgyűjtés egyre nagyobb a dekollaràciós tényező. Ilyen faktor az apály-dagály jelenség, az ionoszférán és troposzféràban jelentkező pretruberanciák-örvènyek, amik fázis eltolódást, ezáltal minőség romlást eredményeznek, de ilyen a műhold pálya-ív görbülete, valamint a mindig jelen lévő mikrohullámú háttérsugárzás okozta "zaj" mértéke a hosszú idejű pásztázással egyaránt nő.

További tényező a vizsgálható területekre vonatkozó korlátozott rálátás, ugyanis annak ellenére, hogy a víz felszín jól reflektálja az alkalmazott rádió hullámokat ‒ túl lapos betekintési szögnél a radar berendezés irányába szinte egyáltalán nem verődik vissza rádió-jel (eltükrözi a síkhullámokat) túl éles szögnél a rádió-jelek viszont egyszerre érnek vissza igy pont a részletek észlelése válik lehetetlenné, azaz lehet némi vakfoltja a berendezések. közvetlen pozíciója a keleti 89.2°-on. Ezért is "néznek" oldalra a SAR képalkotáskor a berendezéssel. A +/-16° észak-déli kitèrésnél a Föld görbülete miatt az ellentétes oldalra való ideális betekintési szög időtartama is rövidül. Ezeket figyelembe véve nem véletlenül került a műhold pozíciója meghatározva, mert így Kína keleti partvidéke (Taivan) tökéletesen beleesik a fókuszba, ahol a hozzáférés gyakorlatilag 24 órás. Ez ugyanakkor aligha jelenthet 24 órás üzemet, lévén a becsült 15kW teljesítményt csak korlátozott ideig lehet képes leadni a műhold akkumulátor csomagja. Kína ezt a LuDiTanCe GEO-SAR flotta bővítésével azok munka terület átfedésével nyilván megoldja majd. Egy másik nehézség az alacsony pályán dolgozó műholdakkal szemben, hogy a műhold relatív pálya síkja sem párhuzamos, és ekkora távolságból a jelnek már 0.25 másodpercig tart az út mire visszatér, vagyis a jel doppler eltolódásával is számolni kell.

A sok nehezitő körülmény ellenére a műhold a hivatalos adatok szerint így is 20méteres felbontással képes dolgozni, ami ugyan nem rossz de ennél az alacsony pályás jellemzően Poláris műholdak sokkal jobb felbontásra képesek, nem mellesleg pedig ezekből is komoly flottát üzemeltet Kína a kisebbektől a több tonnás monstrumokon át az összes hullám sávban. Vagyis csak ezért aligha kell nekik GEO-SAR. Amire igazán alkalmas lehet az a hajók észlelése, azok helyzetének megállapítására és követèse. A vázoltak miatt az apertúra szintézise azonban tovább tart minden jel szerint több percet is igényelhet, de ez is elégséges a nem túl fürge hajók kiváltképp katonai hadihajók követésére. Akárhogy is nézzük mindenképp egy ravasz eszköz, ami új képességet biztosít Kínának, és egyúttal jele az technológiai innovációnak, és annak gyakorlati alkalmazásának.

A műholdról utolsó gondolatként azèrt megjegyezném, hogy igencsak elgondolkodtató az ilyen nagy, több tonnás, és drága műhold alkalmazása, mondjuk egy számosabb 30-40 db 100kg-os alacsony pályás konstellációval szemben, ami költségben nagyjából egyenértékű lehet egy darab GEO-SAR műholdal, és ekkora számnál már az adott területhez körülbelül 15 perces hozzáférést, és sokkal jobb felbontást képes biztosítani, ráadásul azt akár a teljes bolygó felszínre kiterjedően.

Egy másik érdekes kínai fejlesztès az FF-inSAR

Március 30-án állították pályára az első, négy műholdból álló PIESAT-1 X-InSAR műhold csoportot. A PIESAT-1, a tervezett 38 műholdból álló Nuwa-1 SAR konstelláció első csoportja. (Nuwa, a kínai mitológia anyaistennője) Az alakzatban keringő - Flying Formation SAR műhold (FF SAR) csoport a maga nemében egyedülálló. A formáció közepén egy X-sávos 320kg központi jel-adó egység "Zhongyuan-1" és vele alakzatban keringő három 270kg vevő-műholdból áll "Hebi-01/02/03".

A küldetésről megjelent videó anyag.

Az FF SAR azonban teljesen új koncepció. Az egyik talán kevésbé ismert Űrsikló küldetés során már használtak hasonló inSAR technológiát. Az űrsikló STS-99 Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 2000-ben 8nap alatt végrehajtott küldetése során a rakterébe szerelt szerkezetből egy mechanikus 60 méterre kinyúló antennával sztereo InSAR felvételeket készítettek, amiből létrejött a Föld 80%-át lefedő nagyrészletessegű domborzati térképe.

Az SRTM egy rögzített alapvonalú interferometriai küldetés volt. Az SRTM küldetés során az űrsikló fedélzetén lévő fő antenna, valamint a 60 méteres árboc végén található külső antenna gyűjtötte a radar adatokat. A küldetés ezen szakasza 222 óra, 23 perc alatt összesen 332 nagy sűrűségű szalagot töltöttek meg adattal, ami körülbelül 20 000 kompakt lemeznek feleltettek meg ami ma már nem tűnhet olyan soknak de 2000-ben hatalmas mennyiségű nyers adatot jelentett.

Hasonló küldetés Európàban a Német légiközlekedési központ (DLR) és az EADS Astrium (jelenleg Airbus Defense and Space) keretében 2010-ben valósult meg az első valóban, önállóan formációban repülő programban. Az első műholdat TerraSAR-X követő második, majdnem teljesen azonos műholdja a TanDEM-X amiről a küldetés a nevét is kapta. A két eszközt szorosan ellenőrzött alakzatban 250 m és 500 m közötti távolságban tartották így készítve nagy pontosságú és magas felbontású felvételeket.

A Kínai műholdak is dedikált InSAR tèrképészeti feladatokat látnak el, még az alkalmazott hullámsáv is egyezik, de a számosságukból adódóan milliméteres pontossággal. A formáció fázisszinkronizálást és műholdak közötti kommunikációs kapcsolatokat használ a pontos pályaszabályozás érdekében, biztosítva ezzel a térbeli stabilitását. Ehhez elengedhetetlen, hogy minden egység nagy pontosságú szinkronizált órával kell szerelve legyen, valamint egymáshoz viszonyított pozíciójukat is ugyancsak nagy pontossággal fenntartani képes navigációs és pálya korrekciós rendszerrel. Az adó műholddal a középen és a három vevő segédműholddal egyenletesen távolságban azonos pályáján keringenek.

A GalaxySpace szerint ez a fajta formáció kialakítása a hagyományos interferometrikus műholdrendszerekhez képest a viszonylag stabil formáció-konfiguráció, a többszörös interferencia-alapvonal és a nagy leképezési hatékonyság előnyeivel rendelkezik. Vagyis a műhold csoport lényegében egy nagyprecíziós térképészeti műszer. Nehéz megítélni valódi hasznosságát, látva az egyszerűbb rendszerekkel is elérhető pontosságot, ez kicsit a dolog túlbonyolításának tűnik.

Végszó

A Szintetikus Apertúrájú Radar műholdas technológiával megismerkedni számomra azt a tipikus élményt adta, mint amikor egyre többet tanulva a dologról, egyre inkább rádöbben az ember mennyire keveset is tud róla. Az itt vázolt technológia leírás és az adat-elemzési módszer is csak karcolja a felszínt. Azt azonban nagy bizonyossággal kijelenthető, hogy jelentős potenciál rejlik a SAR alkalmazásában. A Katonai stratégiai felderítés csak egy szeglete a számos területnek ami profitàlhat a használatából. A katasztrófa elhárítas árvíz vagy Földrengéses szituációban, a mezőgazdaságban termés hozam becsléshez, az ipar a bányászatban, de még a régészet is hasznát veheti feltárásoknál.

Ezért is fájó hogy nem hallani aktív Magyar kutatás-fejlesztésről. Pedig a rádió-elektronikus területen folytak már kutatások. 2015 előtti időszakban kisrepülőgépes radar-felvételeket kèszített a BME-HVT tanszéke a BHE által kifejlesztett kisméretű SAR eszközzel, ami kapcsán volt minimum entrópiás autófókusz algoritmus fejlesztés is.

Talán az új Magyar űrhajós két hetes röptetésére elköltött $100 milliót lehetett volna egyetemi kutatás-fejlesztésre is fordítani, miközben kényelmesen vásárolhattunk volna hozzá egy SAR műholdat is indítással, Földi kiszolgáló létesítményekkel együtt, hogy a saját hardver fejlesztési programmal párhuzamosan az üzemeltetés gyakorolható az adatgyűjtés-elemzés pedig fejleszthető, tanulható lett volna. Mindez persze a hazai űrszektor szereplőivel együttműködve.

Aki bővebb betekintést szeretne, annak mindenképp ajánlom a forrás hivatkozások áttekintését, amik között van technológiai leírás, videó interjú a terület szakértőjével, oktató jellegű előadás, valamint publikációk is. A cikkel kapcsolatos kérdéseket, észrevételeket a HTKA  haditechnikai Fórum Kémműholdas Topikjában van mód megejteni. 

Felhasznált anyagok;

 https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20190002563/downloads/20190002563.pdf

 https://youtu.be/4IEp1L7re1A?si=pbfeQDHkTD2dJZz1

 https://youtu.be/WaY8e7YqaWI

https://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/radarsat1/components.asp

https://mp.weixin.qq.com/s/o4UWf575k24Rq0KFaK5u6Q

https://mp.weixin.qq.com/s/y5np6DPIJ2V3uE42V6eUdw

https://www2.jpl.nasa.gov/srtm/instrumentinterferometry.html

https://www.capellaspace.com/sar-101-an-introduction-to-synthetic-aperture-radar/

https://sas2.elte.hu/urfiz_hullamkiserletek_1HU.html

http://sas2.elte.hu/radar.html

https://lechnerkozpont.hu/cikk/mi-is-az-az-insar-technologia

https://nisar.jpl.nasa.gov/mission/get-to-know-sar/interferometry/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325821000674

https://www.earthdata.nasa.gov/learn/backgrounders/what-is-sar