A disponibilidade de dados de alta resolução coletados por satélites miniaturizados anuncia uma virada na Terra e na detecção ambiental do espaço.

O advento do pequeno, satélites especializados chamados CubeSats estão transformando nossa capacidade de monitorar a superfície da Terra e o impacto da atividade humana no planeta. Cientistas da KAUST são pioneiros em técnicas de pesquisa com base em dados CubeSat e estão entusiasmados com o potencial desses satélites, particularmente para as áreas de hidrologia e agricultura de precisão.

Dados de satélite tradicionais usados ​​para pesquisa, coletados predominantemente por agências espaciais do governo, apresenta certas limitações. Geralmente, ou os dados fornecem alta resolução espacial ocasionalmente - imagens detalhadas tiradas a cada duas semanas - ou os dados fornecem baixa resolução espacial com freqüência. No último cenário, detalhes importantes podem ser perdidos. Os CubeSats estão mudando esse paradigma, coleta de detalhes espaciais em escala de metros sobre as superfícies terrestres da Terra todos os dias.

"Eu certamente não esperava que essas restrições fossem eliminadas tão cedo, "diz o hidrólogo e especialista em sensoriamento remoto, Matthew McCabe, de KAUST. "Normalmente, o projeto de satélites leva anos - pesquisando e desenvolvendo sensores, negociando com uma agência espacial do governo e órgãos de financiamento - antes de ver sua missão escolhida para lançamento. Então, existe a chance de que algo possa dar errado durante o lançamento ou implantação, ou que você simplesmente não obtenha os dados de que precisa. "

Avanços recentes na tecnologia CubeSat podem mudar isso. Esses satélites do tamanho de uma caixa de sapatos são comparativamente baratos para fazer e lançar:eles são construídos a partir de componentes e sensores prontos para uso e enviados para a órbita como carga útil complementar ou em pequenos, foguetes reutilizáveis. Depois de lançado, Os CubeSats orbitam a Terra em alturas de 350 a 500 quilômetros por um período de algumas semanas a mais de um ano, retransmitindo dados para a Terra (antes de finalmente queimar na reentrada na atmosfera).

A grande vantagem de seu pequeno tamanho e custo significa que 'constelações' de CubeSats podem ser lançadas, configurar uma correia transportadora de satélites capturando várias imagens de alta resolução em altas taxas de repetição temporal.

"Este tipo de repetibilidade de alta resolução a partir do espaço nunca esteve disponível antes, "diz McCabe." Tem potencial para transformar campos, tais como gestão de desastres e resposta por meio do monitoramento e direcionamento de esforços de socorro, ou para rastrear mudanças ambientais, identificando o desmatamento ilegal na Amazônia, por exemplo. Se pudermos observar e identificar problemas antes, ou à medida que surgem, podemos agir para resolvê-los. "

A equipe de McCabe lançou recentemente um projeto alinhado com a Visão 2030 do governo da Arábia Saudita que usa dados de CubeSats e outros satélites para ajudar a monitorar questões de segurança alimentar e hídrica. Com a agricultura usando grandes quantidades dos suprimentos limitados de água doce do Reino, a equipe usará esses dados de satélite para monitorar a saúde das colheitas e as taxas de irrigação para construir uma imagem clara do uso de água do país. Este trabalho ajudará a orientar futuras políticas de segurança hídrica.

De forma similar, a situação da segurança alimentar global pode ser analisada usando dados do CubeSats. Como a equipe de McCabe demonstrou recentemente, agora é possível recuperar imagens de alta qualidade de campos individuais diariamente, até uma resolução de três metros. A partir destes, técnicas de aprendizado de máquina podem avaliar a saúde e a condição de safras individuais usando medições, como índice de área foliar e taxas de transpiração. Isso permitirá previsões mais precisas de rendimentos potenciais e pode verificar quando e onde os problemas começam, permitindo que os agricultores tomem as medidas adequadas.

"A tecnologia CubeSat também nos permite interrogar dados para descobrir quais safras estão sendo cultivadas e onde, "acrescenta McCabe." Em países africanos, por exemplo, existem poucos registros mostrando o que cada agricultor cultiva em seu pequeno pedaço de terra. Essas informações podem passar para bancos de dados globalmente relevantes para ajudar a lidar com questões de segurança alimentar, rastreando o fornecimento. "

Atualmente, os CubeSats estão sendo amplamente desenvolvidos e lançados por empresas comerciais, embora as agências espaciais, como NASA e ESA, também estão financiando algumas iniciativas CubeSat e nano-sat.

"Desenvolvi uma forte colaboração com uma empresa CubeSat chamada Planet, "diz McCabe." Os dados de suas missões CubeSat estão disponíveis para cientistas em todos os campos diferentes para análise - é um recurso incrível. Embora a maioria dos CubeSats não sejam caros, componentes de nível de pesquisa, o que significa que a calibração pode ser um problema, estamos trabalhando em uma série de técnicas inovadoras de aprendizado de máquina e modelagem que fornecem dados de qualidade de pesquisa para observação da Terra. "

McCabe vê o potencial do CubeSats em fornecer novos insights em ciências ambientais, mas também em fornecer uma plataforma para a demonstração de novos sensores e tecnologias no espaço. Aproveitando esses sistemas emergentes, estratégias que abordam alguns dos principais desafios globais em alimentos, água e meio ambiente poderão ser implementados em breve.