Os pesquisadores da Skoltech Alessandro Golkar e Ksenia Osipova, e o ex-aluno do Massachusetts Institute of Technology (MIT) Giuseppe Cataldo (agora trabalhando no Goddard Space Flight Center da NASA) desenvolveram, dentro da estrutura de uma colaboração Skoltech-MIT, um modelo para ajudar os engenheiros a criar e selecionar os projetos conceituais mais promissores de sistemas de radar por satélite. Ao otimizar o design desses instrumentos em rápida evolução, o modelo promove sua introdução mais rápida e econômica, levando a melhores mapas e tempestade, enchente, e monitoramento de escorregamentos. O estudo saiu em Acta Astronautica .

Imagens de satélite da Terra são usadas para monitorar o uso de terras agrícolas, cobertura de gelo do oceano, mudança costeira, e eventos climáticos hostis. Essas observações são feitas em diferentes bandas do espectro eletromagnético, incluindo ondas de rádio. Ao contrário dos imageadores ópticos ou infravermelhos, radares observam alvos independentemente de sua iluminação, contornar nuvens, e geralmente funcionam bem em qualquer clima.

Contudo, a fim de fornecer a mesma resolução de um instrumento de comprimento de onda mais curto, o radar tem que ser fisicamente maior, dificultando o encaixe em um satélite. Uma maneira de contornar isso é usar radares de abertura sintética. O SARS alcança alta resolução aumentando artificialmente sua abertura, ou antena "tamanho". Montado em um satélite, um SAR emite um pulso de radar e viaja uma certa distância antes de o pulso retornar e ser detectado em um local diferente. A distância percorrida, então, influencia o tamanho virtual da antena, como se fosse muito maior, o que se traduz em melhor qualidade de imagem com uma antena comparativamente pequena.

Apesar deste truque de inflação de abertura, SARS tem sido historicamente usado em satélites grandes e caros, porque os radares ainda eram bastante volumosos e consumiam muita energia. Isso está mudando com o advento de SARS menores e mais leves. Eles estão nos estágios iniciais de desenvolvimento, mas estão evoluindo rapidamente, já assumindo tarefas como detecção e vigilância de derramamento de óleo.

Como o número de satélites cada vez menores em órbita está crescendo, Os engenheiros de SAR se perguntam quais deles são portadores viáveis ​​para a miniaturização de radares. Isso é particularmente relevante, pois pesquisas recentes sugerem que dezenas dos chamados SARS baseados em micro ou nanosatélites trabalhando juntos podem superar amplamente as missões convencionais de SAR grandes, se a eficiência de custos for fatorada na equação.

Com a gama de opções estendida, está se tornando cada vez mais desafiador equilibrar as características de desempenho do radar com outros parâmetros de uma missão de lançamento SAR. Algumas das variáveis ​​envolvidas são as órbitas disponíveis, modelos de radar e satélite - com suas dimensões físicas e uma série de características, como taxa de dados e consumo de energia. Essa complexidade exige uma abordagem computacional para apoiar o projeto de futuras missões de observação da Terra baseadas em SAR.

Para endereçar isto, um estudo recente liderado pela Skoltech apresenta um modelo matemático para a criação de projetos conceituais de SAR otimizados. O modelo otimiza as características do SAR com um método denominado exploração do espaço comercial. Esse termo, que é uma combinação de "trade-off" e "playpace, "implica que o modelo ajudará os designers em estágio inicial a analisar as inúmeras compensações envolvidas no processo, avaliando rapidamente muitas alternativas de design e identificando as soluções ideais a serem buscadas.

O artigo demonstra a utilidade do modelo observando os instrumentos de radar em uma ampla gama de pequenas plataformas de satélite:1, 265 projetos de radar viáveis ​​são reduzidos a menos de 44 ideais para diferentes frequências de rádio. Os pesquisadores concluíram que pequenos satélites são uma plataforma viável para radares de alta frequência de 8-12 GHz e 4-8 GHz, mas não para a banda de 1-2 GHz. As condições para tornar o último tipo de SARS viável são discutidas, juntamente com os limites de viabilidade e restrições técnicas sobre o instrumento associado e os requisitos da espaçonave. A frequência de repetição do pulso surge como a principal limitação do espaço de comércio SAR. Em outras palavras, esta característica é o fator mais poderoso - à frente do consumo de energia, tamanho da antena, taxa de dados, etc. - para reduzir as configurações do radar a um conjunto limitado de projetos viáveis.

Em uma análise separada, a equipe considera radares para a plataforma 3U CubeSat muito pequena, identificar 44 projetos ideais entre cerca de 13, 000 candidatos viáveis. O estudo explora as restrições operacionais necessárias para o desenvolvimento desses radares miniaturizados inovadores. Os autores concluem que SARS para CubeSats são viáveis ​​de uma perspectiva de nível de instrumento e propõem que seus projetos sejam agora considerados em nível de missão - junto com as implicações para o projeto de espaçonaves.

O modelo apresentado no estudo se aplica a sistemas de radar montados em um único satélite. Poderia, Contudo, ser estendido no futuro para considerar maneiras de combinar satélites SAR em constelações.