A NASA műholdrendszerei

Amerikában a 60-as évek közepén merült fel az ottani belügyminisztériumban (Department of Interior) a polgári célú földi erőforrás-kutató műhold gondolata. A NASA (National Aeronau-tics and Space Administration – Nemzeti Légi- és Űrközpont) csatlakozott a javaslathoz, és kifejlesztették az első földmegfigyelő műholdat a földtudományi és erőforrás-gazdálkodó szakemberek számára. Az Amerikai Geológiai Szolgálat (USGS – United States Geological Survey) a 70-es évek elején csatlakozott a programhoz az adatok archiválásával és terjesztésé-vel. 1972. július 23-án a NASA fellőtte az első ilyen műholdat. A műhold neve akkoriban még ERTS-A (Earth Resources Technology Satellite-A) volt, majd amikor elérte működési pályáját, akkor átnevezték ERTS-1-re. A család második tagját 1975. január 22-én állították pályára, ERTS-B néven. Később a NASA Landsat 2-re (Land Resources Satellite – szárazföl-dierőforrás-műhold) nevezte át, és az ERTS-1-et Landsat 1-re, amely jobban kifejezi az elsőd-leges felhasználást. További három műholdat lőttek fel Landsat 3, 4 és 5 néven az 1978, 1982 és az 1984-es évben (V. táblázat).

V. táblázat: A Landsat műholdrendszer fontosabb jellemzői

Műhold Érzékelő Felbontás

geometriai spektrális időbeni

neve fellövés leállás neve Típusa

m sáv nap

MSS MS 80 4 18

Landsat 1 1972.07.23. 1978.01.02.

RBV MS 80 3 18

MSS MS 80 4 18

Landsat 2 1975.01.22. 1982.02.25.

RBV MS 80 3 18

MSS MS 80 4 18

Landsat 3 1978.03.05. 1983.03.31.

RBV MS 80 3 18

Landsat 6 1993.10.05. 1993.10.05.

MSS MS 80 4

ETM+ MS 30 7 16

Landsat 7 1999.04.15. (2003.05.31.)

ETM+ P 15 1 16

A Landsat műholdak első tagjain (1-3) két érzékelőt helyeztek el, az RBV (Return Beam Vidicon), valamint az MSS (Multi Spectral Scanner) eszközöket. Az RBV érzékelő egy

tele-vízió-felvevőhöz volt hasonlatos. A következő generációkba (4-5) az RBV érzékelők helyett egy új fejlesztésű érzékelőt, a Thematic Mapper-t (TM) építették be. Az ezen érzékelő által készített felvételek a világon az eddigi legelterjedtebb távérzékelési felvételek. A következő generációba (6-7) a TM egy továbbfejlesztett változatát, az ún. Enhanced Thematic Mapper-t (ETM, ill. ETM+) alkalmazták. Sajnos a Landsat 6 műholdat nem sikerült pályára állítani. A fontosabb Landsat-érzékelők (MSS, TM, ETM+) radiometriai felbontása 8 bit, a geometriai, spektrális és időbeni felbontásról a V. táblázat ad áttekintést. A Landsat-érzékelők spektrális sávkiosztását és geometriai felbontását mutatja be a 17. ábra.

0

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Hullámhossz (nm)

17. ábra: A Landsat-érzékelők sávkiosztása és geometriai felbontása egy lombos erdő spektrális reflektanciagörbéjével

A Landsat ETM+ érzékelő pásztakorrekciója (Scan Line Corrector – SLC), amely a műhold haladását kompenzálta, 2003. május 31-én elromlott. A hibát többszöri próbálkozásra sem si-került kijavítani, így 2003. július 14-étől az érzékelő kikapcsolt pásztakorrekcióval működik.

Ezáltal a felvételek szélein hézagok, illetve kettős beolvasások találhatók. Számos cikk jelent meg az adatok használhatóságáról, valamint arról, hogy hogyan lehet a hiányzó adatokat in-terpolálni. A NASA megjelentetett egy összefoglaló tanulmányt, amelyben számos tudós ér-tékeli a problémát [57. NASA (2003)].

A NASA 1991-ben indította el az EOS (Earth Observing System) programot. A tudósok fel-ismerték, hogy a Földön olyan megfordíthatatlan változások indultak meg, amelyeknek meg-értéséhez globális megfigyelési rendszerekre van szükség. Ezeknek az egyik leghatékonyabb módja a távérzékelés. A program keretén belül olyan műholdakat és érzékelőket fejlesztettek ki, amelyek segítik megérteni a Földön (a szárazföldön, az óceánokban és a légkörben) vég-benő folyamatokat, és kapcsolatukat egymással, valamint az élettel. A program során pályára állított műholdak és érzékelők áttekintését segíti a VI. táblázat.

A program három fő összetevője a következő: műholdak a Föld megfigyelésére; fejlett adat-kezelés; kutatók, akik elemzik az adatokat. A kutatások főbb célterületei a következők: fel-hők, víz- és energia-körforgás, óceánok, légkörkémia, szárazföldek, víz- és ökoszisztéma-folyamatok, gleccserek és sarki jegek, a Föld szilárd kérge.

VI. táblázat: Az EOS program műholdjai és érzékelői

Műhold Fellövés Érzékelők

OrbView-2 1997.08.01 SeaWiFS

TRMM 1997.11.27 CERES, LIS, VIRS, TMI, PR (JP)

Landsat 7 1999.04.15 ETM+

QuikScat 1999.06.19 SeaWinds

EOS Terra (AM) 1999.12.18 CERES, MISR, MODIS, ASTER (JP), MOPITT (CA)

ACRIMSAT 1999.12.20 ACRIM III

NMP/EO-1 2000.11.21 ALI, Hyperion, AC

QuikTOMS 2001.09.21 TOMS

Jason-1 2001.12.07 JMR, TRSR, LRA, Poseidon 2, DORIS (FR) METEOR 3M-1 2001.12.10 SAGE III

ESSP/GRACE 2002.03.17 KBR, GPS, SuperStar (US/FR)

EOS Aqua (PM) 2002.05.04 AIRS, AMSU-A, CERES, MODIS, HSB (BR), AMSR-E (JP) ADEOS II 2002.12.13 SeaWinds, AMSR, GLI, ILAS-2 (JP), POLDER (FR)

ICESat 2003.01.12 GLAS, GPS

SORCE 2003.01.25 TIM, SIM, SOLSTICE, XPS

EOS Aura (CHEM) 2004.07.15 MLS, TES, HIRDLS (UK/US), OMI(NL/FL)

Az EOS programban a műholdak és érzékelők kifejlesztése csak az első lépés volt. Jelentős forrásokat különítettek el az adatok feldolgozásának, szolgáltatásának, valamint a különböző távérzékelési kutatásoknak is. Az adatok feldolgozására és szolgáltatására a teljes keretösszeg több mint felét szánták. Ez mutatja a jelentős szemléletváltást is.

Az EOS program fontos lépése volt, amikor az első műholdját, a Terrát (eredetileg AM-1) 1999. december 18-án állították pályára, amely 2000 februárjában kezdte meg az adatszolgál-tatást. A Terrán lévő érzékelők közül az erdészeti szempontból fontosabbak részletes adatait tartalmazza a VII. táblázat.

VII. táblázat: Az EOS Terrán lévő optikai érzékelők tulajdonságai

Felbontás

geometria spektrális időbeni Pászta Érzékelő neve

Ezek közül a MODIS érzékelő adatainak elérésére létrehoztak egy ún. gyorsreagálású rend-szert (MODIS Rapid Response System – http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/) elsősorban a 250 m-es színkompozitok szolgáltatására, valamint a tűzérzékelő rendszerek számára.

Az ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection radiometer) érzékelő ki-fejlesztését a japán Gazdasági és Ipari Minisztérium (Ministry of Economy Trade and Industry – METI) irányította. Az optikai érzékelő a látható fénytől az termális infravörös tartományig 14 sávban érzékel. Három, egymástól jól elkülönülő sugárzásmérőből áll, a látható és közeli infravörös (VNIR), a középső infra (SWIR), valamint a termális infra tartományra (TIR).

Ezek közül az első érzékelő három sávban érzékel, a látható zöld, vörös, valamint közeli inf-ravörös tartományban, ugyanakkor az eszköz kiegészül egy hátrafelé néző teleszkóppal, amelynek segítségével a pályán belüli 0,6 B/H viszonyú sztereófelvétel rögzítésére nyílik le-hetőség (18. ábra). Az ASTER által készített adatok kutatási célra hozzáférhetők, én is fel-használtam őket.

18. ábra: Az ASTER érzékelő VNIR egysége

A NASA – számos kutatóintézettel együttműködve – 1996-ban kezdte meg az ún. Új Évezred Programot (New Millennium Program – NMP), mivel a tudósok és mérnökök felismerték, hogy olyan űrprogramokra van szükség, amelyek alkalmasak az új eszközök és technológiák sokkal költséghatékonyabb kipróbálására, mint amilyen például – az amúgy sikeres – Land-sat-program volt.

A NASA által 2000. november 19-én pályára állított EO-1 (Earth Observing-1) műhold volt az első tagja ennek az Új Évezred Programnak. A küldetés elsődleges célja az volt, hogy újabb technológiákat próbáljanak ki. A műholdon 3 teljesen új típusú érzékelő található. Az egyik az ALI (Advanced Land Imager), amely a Landsat-érzékelőkkel teljesen kompatibilis, ugyanakkor továbbfejlesztett érzékelő. A másik a Hyperion, amely az első hiperspektrális ér-zékelő, amely műholdon található. A harmadik eszköz pedig a LEISA/AC (Linear Etalon Im-aging Spectrometer Array/Atmospheric Corrector). Ez az eszköz az atmoszférát figyeli, an-nak is elsősorban a víztartalmát, és így a műhold valós időben képes a többi érzékelő által ké-szített felvételen az atmoszféra kedvezőtlen hatását csökkenteni. Az EO-1-en található érzéke-lők áttekintését nyújtja a VIII. táblázat.

VIII. táblázat: Az EO-1 műholdon található érzékelők áttekintő táblázata

Érzékelő Felbontás

geometriai spektrális radiometriai időbeni

Neve Típusa Landsatet, lehetővé téve így az érzékelők jobb összehasonlítását és kalibrálását.