Tre år med Proba – den ”smarta” satelliten som sköter sig själv

"Det är fantastiskt hur mycket Proba, vår första mikrosatellit, har gett oss," säger Frederic Teston, ESA:s projektledare för Proba. "Uppdraget har framgångsrikt demonstrerat en rad sofistikerade tekniker samt nya sätt att hantera konstruktion och drift av rymdfartyg."

"Den har till 100 procent levt upp till sitt fullständiga namn Project for On-Board Autonomy (Projekt för autonomi ombord) – varje dag under de senaste tre åren har fartyget ombord skött saker som styrning, navigering, fly-by-beräkningar av mål och att ta bilder. Alla funktionerna måste skötas från marken för större farkoster."

"Vi ger bara latitud, longitud och altitud för målet och sedan sköter Proba resten. Datorn ombord styr fartyget till rätt position, vinklar det rätt, tar och skickar sedan bilden."

Tanken bakom Proba är att väldefinierade uppdrag kan levereras inom en kort tid vilket är användbart för forskare – tiden från den första idéen till uppskjutning och drift kan reduceras betydligt.

För att förenkla konstruktionen – samt för att minska kostnaderna – utformades Proba så långt det var möjligt med komponenter som redan fanns att tillgå i handeln, snarare än specialtillverkade rymdhärdade delar som vanligtvis används för satelliter. Den riktigt goda nyheten är att de här systemen fortfarande fungerar bra efter Probas 1096 dagar i rymden.

I en polär bana 600 kilometer ovan Jorden tar Proba varje månad omkring 300 bilder av ungefär 60 olika platser. Rymdfartyget har fram tills idag tagit fler än 10 000 bilder med de bildinstrument den har ombord: Den kompakta högupplösande avbildande spektrometern (Compact High Resolution Imaging Spectrometer – CHRIS) och den svartvita högupplösningskameran (High Resolution Camera – HRC).

Se världen från ett hyperspektralt perspektiv

CHRIS är en kompakt hyperspektral kamera som kan ge detaljerade uppgifter om Jordens yta. Den har en upplösning på ned till 18 meter, i en kombination av upp till 19 av totalt 62 spektrala band för att ge ytterligare information om miljön. Samma plats kan dessutom ses från olika vinklar eftersom Proba kan manövreras för att utföra kontrollerade dykningar och rullningar.

Förmågan att hämta in hyperspektrala data och samtidigt data från flera vinklar gör den särskilt användbar för att studera växtligheten på land. Den är också användbar när man studerar atmosfären och vattenmassor. Ungefär 60 forskarteam världen över använder nu data från CHRIS.

Probas höga spatiala upplösning gör att dess data är speciellt användbara som en brygga mellan resultat från satellitinstrument såsom Envisats medelupplösande avbildande spektrometer (Medium Resolution Imaging Spectrometer – MERIS) och fotografering från luften.

CHRIS data används för att uppnå mer korrekta bilder av våtmarker som en del av ESA:s Globwetland-projekt, där den ger information om miljöns tillstånd i dessa områden med stor biologisk mångfald, för att stödja den internationella Ramsar-konventionen om våtmarker.

Bilder från instrumentet används i projekt för ESA-China Dragon-programmet, bland annat i studien av områden med hög risk för översvämningar. CHRIS-bilder används för att skapa referenskartor som jämförs med katastrofuppgifter för att kunna skilja översvämmade områden från permanenta vatten. Kinesiska forskare har angett att de är intresserade av andra tillämpningar av den hyperspektrala kameran, som till exempel mineralprospektering.

CHRIS data samkörs med data från den tyska brandövervakningssatelliten BIRD – Bi-Spectral Infrared Detection (Bispektral infraröd detektion). CHRIS har dokumenterat skogsbrandsplatser som tidigare hade detekterats av BIRD för att ta reda på hur stort det brända området är och avgöra om det finns någon återväxt av vegetationen, med syftet att studera långsiktliga effekter av bränderna.

Inom närliggande forskningsområden har CHRIS-bilder också använts av International Charter for Space and Major Disasters (Internationella stadgar om rymden och stora naturkatastrofer), ett internationellt avtal för att göra rymdresurser tillgängliga för civila hjälporganisationer som arbetar med naturkatastrofer.

Kommande år planeras nya vetenskapliga tillämpningar av CHRIS-data, bland annat inom forskning i precisionsjordbruk i Tyskland, studier av spektral reflektans hos skörderester och mark i Frankrike, övervakning av biologisk mångfald i Afrika, kustområdeskartor i södra Chile och arkeologiprojekt i Spanien.

Probas andra nyttolast

Den andra kameran ombord på Proba är den kompakta HRC, som har en ännu högre spatial upplösning på fem meter. Det är en kamera som kan ta monokromatiska bilder med en räckvidd på 25 kvadratkilometer.

Utöver att studera Jorden kan rymdfarkosten även skicka data om sin egen närmiljö. Ombord finns också en strålningsdetektor som kallas Kontrollenhet för normal strålningsmiljö (Standard Radiation Environment Monitor – SREM). Den används för att undersöka de energipartiklar som ger upphov till polernas norr- och sydsken. Detta har under de tre senaste åren gjort det möjligt att övervaka strålningsmiljön runt jorden bättre.

Ett annat instrument i dess nyttolast är Mätinstrumentet för rymdskrot i kretsbanan (Debris In-orbit Evaluator – DEBIE) som övervakar små mikrometeroider eller rymdskrot mellan en centimeter och en millimeter i diameter.

Om Proba

Proba är en mikrosatellit utvecklad av ESA:s Allmänna forsknings- och teknikprogram (General Support Technology Programme – GSTP). Den är byggd av ett industrikonsortium som leds av det belgiska företaget Verhaert. Den sändes upp från Indien den 22 Oktober 2001 och styrs från ESA:s Redu Ground Station i Belgien. Dess CHRIS-instrument, bekostat av Brittiska rymdorganisationen (British National Space Centre – BNSC), byggdes av det brittiska företaget SIRA Space.

Proba avsågs att användas för en teknikdemonstration som skulle fungera i ett år, men har sedan fått förlängd livstid för att användas för observationsuppdrag för Jorden.

Probas unika funktioner gör den också till en användbar resurs i utvecklingen av ESA:s projekt för ytprocesser och ekosystemsförändringar genom responsanalys (Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis – SPECTRA), ett utforskningsfartyg för att studera Jordens vegetation över världen största biologiska samhällen. Om den väljs för utveckling kommer SPECTRA skjutas upp omkring 2012.

En uppföljningsdemonstration, med namnet Proba-2, kommer att utvecklas av ESA för att vara klar mot slutet av 2007. Precis som dess föregångare kommer det nya projektet att demonstrera nya tekniker och nya produkter i rymden.

Systemet som byggs runt dessa utvecklingar avses klara en observation av solen och ett plasmamätningsuppdrag. En ny typ av spektrometer för solmätningar tillsammans med välutvecklad prestanda för rymdfartyg kommer ge oss de första bilderna av solen med hög datakvot.