Сверхлегкие оптические системы дистанционного зондирования Земли, разработанные учеными Самарского университета имени Королёва, пройдут испытания в космосе на борту российских наноспутников Cube SX-HSE и Cube SX Sirius HSE. Запуск этих наноспутников осуществлен с космодрома Байконур в составе кластера полезной нагрузки ракеты-носителя «Союз-2.1а».

Вместе с российскими космическими аппаратами на орбиту отправились спутники из Великобритании, Германии, Италии, Канады, Японии, Саудовской Аравии, ОАЭ, Республики Корея, Израиля, Таиланда, Бразилии, Нидерландов, Аргентины, Венгрии, Испании, Словакии и Туниса.

«Цикл наземных испытаний пройден нормально, но эти испытания касались, в первую очередь, устойчивости к перегрузкам и температурам. Посмотрим теперь, как будет работать оптика на орбите, это будет зависеть в первую очередь, от систем стабилизации спутников», – рассказал ведущий сотрудник Института систем обработки изображений РАН, профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета Роман Скиданов.

Разработка сверхлегкой оптической системы для дистанционного зондирования Земли велась учеными совместно с компанией ООО «Локус» в рамках гранта Фонда содействия инновациям при поддержке правительства и министерства экономического развития и инвестиций Самарской области. В основе системы — созданная в университете плоская дифракционная линза, способная заменить систему линз и зеркал современных телеобъективов и обладающая очень малым весом.

При производстве дифракционной линзы на поверхность кварцевого стекла наносится резист — фоточувствительное вещество толщиной 10 микрометров (для сравнения, толщина человеческого волоса 40–90 микрометров). На резисте с помощью лазерного луча создается 256-уровневый микрорельеф. С его помощью происходит «приближение» объекта, а компенсацию искажений обеспечивает компьютерная обработка получаемых изображений на основе нейронных сетей глубокого обучения.

Ранее оптика на основе дифракционных линз в космосе не использовалась. Летные испытания в космосе должны будут показать возможности подобных оптических систем, выявить возможные направления доработки технологии. По словам разработчиков, кроме малого веса и размера, оптика на дифракционной линзе выгодно отличается и с точки зрения цены: так, например, стандартный зарубежный объектив для кубсата Gecko Imager стоит около 23 тысячи евро, самарская оптическая система на порядок дешевле.

Планируется, что снимки с наноспутников Cube SX-HSE и Cube SX Sirius HSE будут после приема с орбиты передаваться для компьютерной обработки в Самарский университет.

«У нас уже готовы нейросети, обученные под эти камеры на дифракционных линзах. Понятно, что снимки из космоса будут значительно отличаться от тех, на которых проходило обучение на Земле. Опыт покажет, как здесь сработает искусственный интеллект», – отметил старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных исследований, доцент кафедры технической кибернетики Самарского университета Николай Ивлиев.

Как отмечают самарские ученые, миниатюрные оптические системы наноспутников по своей разрешающей способности, безусловно, уступают специализированной оптике, устанавливаемой на больших аппаратах ДЗЗ весом от 500 кг до нескольких тонн. Так, ожидаемое разрешение первых оптических систем составит лишь порядка 100 метров на пиксель.

Однако на основе низкобюджетных наноспутников с компактной оптикой можно будет создавать масштабные орбитальные группировки из сотен подобных космических аппаратов, что позволит вести мониторинг Земли в режиме практически реального времени, оперативно получая изображение необходимого участка земной поверхности и не дожидаясь, когда тот или иной большой спутник ДЗЗ окажется над нужным местом.

Получаемая информация будет важна для оперативного отслеживания, например, ситуации с распространением природных пожаров, паводков, для наблюдения за сельскохозяйственными посевами и в других целях.