I ricercatori Skoltech Alessandro Golkar e Ksenia Osipova, e l'ex studente del Massachusetts Institute of Technology (MIT) Giuseppe Cataldo (che ora lavora al Goddard Space Flight Center della NASA) hanno sviluppato, nell'ambito di una collaborazione Skoltech-MIT, un modello per aiutare gli ingegneri a creare e selezionare i progetti concettuali più promettenti di sistemi radar satellitari. Ottimizzando il design di questi strumenti in rapida evoluzione, il modello promuove la loro introduzione più rapida ed efficiente in termini di costi, portando a mappe migliori e tempeste, alluvione, e monitoraggio delle frane. Lo studio è uscito in Acta Astronautica .

L'imaging satellitare della Terra viene utilizzato per monitorare l'uso del suolo agricolo, copertura di ghiaccio dell'oceano, cambiamento costiero, ed eventi meteorologici ostili. Queste osservazioni sono fatte in diverse bande dello spettro elettromagnetico, comprese le onde radio. A differenza degli imager ottici o a infrarossi, i radar osservano i bersagli indipendentemente dalla loro illuminazione, aggirare le nuvole, e generalmente funzionano bene in qualsiasi condizione atmosferica.

Però, per fornire la stessa risoluzione di uno strumento a lunghezza d'onda più corta, il radar deve essere fisicamente più grande, rendendo difficile l'adattamento a un satellite. Un modo per aggirare questo problema è usare radar ad apertura sintetica. La SARS raggiunge l'alta risoluzione aumentando artificialmente la loro apertura, o "dimensione" dell'antenna. Montato su un satellite, un SAR emette un impulso radar e percorre una certa distanza prima che l'impulso ritorni e viene rilevato in una posizione diversa. La distanza percorsa quindi fattori nella dimensione virtuale dell'antenna, come se fosse molto più grande, che si traduce in una migliore qualità dell'immagine con un'antenna relativamente piccola.

Nonostante questo trucco di gonfiaggio dell'apertura, La SARS è stata storicamente trasportata su satelliti grandi e costosi, perché i radar erano ancora abbastanza ingombranti e consumavano molta energia. Questo è cambiato con l'avvento della SARS più piccola e leggera. Questi sono nelle prime fasi di sviluppo ma si stanno evolvendo rapidamente, già assumendo compiti come il rilevamento e la sorveglianza delle fuoriuscite di petrolio.

Poiché il numero di satelliti sempre più piccoli in orbita sta crescendo, Gli ingegneri SAR si chiedono quali di loro siano vettori fattibili per i radar miniaturizzanti. Ciò è particolarmente rilevante in quanto ricerche recenti suggeriscono che dozzine di cosiddetti SARS basati su micro o nanosatelliti che lavorano insieme potrebbero superare di gran lunga le prestazioni delle grandi missioni SAR convenzionali, se si tiene conto dell'efficienza dei costi nell'equazione.

Con la gamma di opzioni ampliata, sta diventando sempre più difficile bilanciare le caratteristiche delle prestazioni del radar con altri parametri di una missione di lancio SAR. Alcune delle variabili coinvolte sono le orbite disponibili, modelli radar e satellitari, con le loro dimensioni fisiche e una serie di caratteristiche, come la velocità dei dati e il consumo di energia. Questa complessità richiede un approccio computazionale per supportare la progettazione di future missioni di osservazione della Terra basate su SAR.

Per affrontare questo, un recente studio condotto da Skoltech presenta un modello matematico per la creazione di progetti concettuali SAR ottimali. Il modello ottimizza le caratteristiche SAR con un metodo chiamato esplorazione dello spazio commerciale. Questo termine, che è una combinazione di "compromesso" e "spazio di gioco, " implica che il modello aiuterà i progettisti in fase iniziale ad analizzare i numerosi compromessi coinvolti nel processo, valutare rapidamente molte alternative progettuali e individuare soluzioni ottimali da perseguire.

Il documento dimostra l'utilità del modello esaminando gli strumenti radar su un'ampia gamma di piccole piattaforme satellitari:1, 265 progetti radar realizzabili sono ridotti a meno di 44 modelli ottimali per diverse frequenze radio. I ricercatori concludono che i piccoli satelliti sono una piattaforma fattibile per i radar ad alta frequenza da 8-12 GHz e 4-8 GHz, ma non per la banda 1-2 GHz. Vengono discusse le condizioni per rendere fattibile quest'ultimo tipo di SARS, insieme ai limiti di fattibilità e ai vincoli tecnici sugli strumenti associati e sui requisiti dei veicoli spaziali. La frequenza di ripetizione degli impulsi emerge come il principale vincolo limitante sullo spazio commerciale SAR. In altre parole, questa caratteristica è il fattore più potente:prima del consumo di energia, dimensione dell'antenna, velocità dati, ecc.-per restringere le configurazioni radar a un insieme limitato di progetti fattibili.

In un'analisi separata, il team prende in considerazione i radar per la piattaforma 3U CubeSat molto piccola, individuando 44 progetti ottimali su circa 13, 000 candidati possibili. Lo studio esplora i vincoli operativi richiesti per lo sviluppo di tali innovativi radar miniaturizzati. Gli autori concludono che SARS per CubeSats sono fattibili da una prospettiva a livello di strumento e propongono che i loro progetti siano ora considerati a livello di missione, insieme alle implicazioni per la progettazione di veicoli spaziali.

Il modello presentato nello studio si applica ai sistemi radar montati su un singolo satellite. Potrebbe, però, essere esteso in futuro per tenere conto dei modi di combinare i satelliti SAR in costellazioni.