W znaczącym kroku dla globalnej obserwacji Ziemi, siedemnaście dni po wystrzeleniu satelity NISAR z południowo-wschodnich Indii, kluczowy sprzęt naukowy został pomyślnie rozwinięty na orbicie. Chodzi o gigantyczny reflektor antenowy o imponującej średnicy 12 metrów, który jest częścią misji NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar), wspólnego przedsięwzięcia amerykańskiej agencji kosmicznej NASA i Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych (ISRO).

Ten bębnowaty reflektor, który do tej pory był starannie złożony jak parasol, pomyślnie rozłożył się na niskiej orbicie okołoziemskiej po tym, jak 9-metrowy wysięgnik, na którym jest zamontowany, został ustawiony i zamocowany. Wystrzelony 30 lipca z indyjskiego Centrum Kosmicznego Satish Dhawan na południowo-wschodnim wybrzeżu Indii, satelita NISAR stanowi rewolucyjne narzędzie do monitorowania szeregu kluczowych zmian geofizycznych i ekologicznych na naszej planecie. Jego główne zadanie obejmuje precyzyjne mierzenie ruchu pokryw lodowych i lodowców, deformacji lądu spowodowanych trzęsieniami ziemi, aktywnością wulkaniczną i osuwiskami, oraz zmian w ekosystemach leśnych i bagiennych, z dokładnością do ułamka centymetra. Gromadzone dane będą miały nieocenione znaczenie dla decydentów w różnych sektorach, od reagowania na klęski żywiołowe i monitorowania infrastruktury po rolnictwo i zarządzanie zasobami.

Karen St. Germain, dyrektor Wydziału Nauk o Ziemi w siedzibie NASA w Waszyngtonie, podkreśliła znaczenie tego osiągnięcia. "Pomyślne rozwinięcie reflektora NISAR stanowi znaczący kamień milowy w możliwościach satelity. Od innowacyjnej technologii, przez badania i modelowanie, po dostarczanie danych naukowych, które pomagają w podejmowaniu decyzji, dane, które NISAR zbierze, będą miały ogromny wpływ na to, jak globalne społeczności i interesariusze ulepszają infrastrukturę, przygotowują się i odradzają po klęskach żywiołowych oraz utrzymują bezpieczeństwo żywnościowe" – oświadczyła St. Germain.

Cud techniki na orbicie: Jak działa radar NISAR

Zespół misji NISAR w Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA, we współpracy z kolegami z Indii, przeprowadził rozwinięcie reflektora anteny radarowej satelity 15 sierpnia 2025 roku. Ten reflektor o średnicy około 12 metrów jest kluczowy do kierowania impulsów mikrofalowych z dwóch radarów NISAR w kierunku Ziemi i odbierania sygnałów zwrotnych. Misja niesie najbardziej zaawansowane systemy radarowe, jakie kiedykolwiek wystrzelono w ramach misji NASA, co stanowi znaczący krok naprzód w technologii obserwacji Ziemi.

Po raz pierwszy satelita łączy dwa systemy radaru o syntetycznej aperturze (SAR): system w paśmie L i system w paśmie S. System w paśmie L, o dłuższych falach, ma zdolność przenikania przez chmury i gęste korony drzew, co czyni go idealnym do monitorowania zmian w roślinności, biomasie leśnej i grubości lodu. Z drugiej strony, system w paśmie S, choć również przenika przez chmury, jest bardziej wrażliwy na lekką roślinność i wilgoć w śniegu, dostarczając bardziej szczegółowych informacji o zmianach powierzchniowych i wilgotności gleby. Reflektor odgrywa kluczową rolę dla obu systemów, dlatego jego pomyślne rozwinięcie jest tak ważnym kamieniem milowym dla całej misji.

Phil Barela, kierownik projektu NISAR w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Południowej Kalifornii, który zarządzał amerykańską częścią misji i dostarczył jeden z dwóch systemów radarowych na NISAR, podkreślił złożoność i znaczenie tego osiągnięcia. "To największy reflektor antenowy, jaki kiedykolwiek został rozwinięty w ramach misji NASA, i oczywiście z niecierpliwością oczekiwaliśmy, że rozwinięcie przebiegnie pomyślnie. Jest to kluczowa część misji naukowej NISAR dotyczącej Ziemi, a jego projektowanie, rozwój i testowanie zajęło lata, aby był gotowy na ten wielki dzień" – powiedział Barela. "Teraz, gdy już wystartowaliśmy, skupiamy się na jego precyzyjnym dostrojeniu, aby zacząć dostarczać przełomowe dane naukowe do późnej jesieni tego roku."

Proces "kwitnienia" anteny: Inżynieryjny wyczyn

Proces rozwijania reflektora, zwany "kwitnieniem" (bloom), stanowił wyjątkowy wyczyn inżynieryjny. Reflektor, ważący około 64 kilogramów, składa się z cylindrycznej ramy wykonanej ze 123 kompozytowych prętów nośnych i pozłacanej siatki drucianej. 9 sierpnia wysięgnik satelity, który był mocno przymocowany do głównego korpusu satelity, zaczął się rozwijać przegub po przegubie, aż około cztery dni później całkowicie się wyprostował. Zespół reflektora został zamontowany na końcu tego wysięgnika.

Następnie, 15 sierpnia, aktywowano małe śruby wybuchowe, które utrzymywały zespół reflektora na miejscu, pozwalając antenie rozpocząć proces "kwitnienia" – jej rozkładanie poprzez uwolnienie napięcia zmagazynowanego w jej elastycznej ramie, gdy była złożona jak parasol. Późniejsza aktywacja silników i kabli pociągnęła antenę do jej ostatecznej, ustalonej pozycji. Zespoły NISAR w JPL, wraz z kolegami w placówkach ISRO w Indiach, nadzorowały cały proces. Reflektor rozłożył się z początkowych 0,6 metra w konfiguracji złożonej do pełnego rozmiaru 12 metrów w zaledwie 37 minut, co świadczy o precyzji i niezawodności projektu inżynieryjnego.

Aby zobrazować powierzchnię Ziemi z rozdzielczością piksela około 10 metrów, reflektor został zaprojektowany o średnicy zbliżonej do długości autobusu szkolnego. Wykorzystując przetwarzanie SAR, reflektor NISAR symuluje tradycyjną antenę radarową, która dla instrumentu w paśmie L musiałaby mieć 19 kilometrów długości, aby osiągnąć tę samą rozdzielczość. Technika ta pozwala na osiągnięcie wyjątkowo wysokiej rozdzielczości przy stosunkowo małej fizycznej antenie w kosmosie.

Radar o syntetycznej aperturze (SAR): Okno na zmiany Ziemi

Paul Rosen, naukowiec projektu NISAR w JPL, wyjaśnił zasadę działania radaru o syntetycznej aperturze. "Radar o syntetycznej aperturze w zasadzie działa jak soczewka aparatu fotograficznego, która skupia światło, aby stworzyć ostry obraz. Rozmiar soczewki, zwany aperturą, określa ostrość obrazu" – powiedział Rosen. "Bez SAR radary kosmiczne mogłyby generować dane, ale rozdzielczość byłaby zbyt niska, aby była użyteczna. Dzięki SAR, NISAR będzie w stanie generować obrazy o wysokiej rozdzielczości. Wykorzystując specjalne techniki interferometryczne, które porównują obrazy w czasie, NISAR pozwala badaczom i użytkownikom danych tworzyć trójwymiarowe 'filmy' zmian zachodzących na powierzchni Ziemi."

Ta zdolność do śledzenia subtelnych zmian w trzech wymiarach jest kluczowa dla zrozumienia złożonych procesów geologicznych. Na przykład NISAR będzie w stanie wykrywać milimetrowe przemieszczenia gruntu przed i po trzęsieniach ziemi, monitorować deformacje kopuł wulkanicznych, które mogą wskazywać na nadchodzące erupcje, oraz mapować osuwiska i osiadanie terenu spowodowane czerpaniem wód podziemnych lub topnieniem wiecznej zmarzliny. Takie dane są nieocenione do oceny ryzyka i planowania środków ochronnych.

Oprócz zastosowań geologicznych, NISAR dostarczy bezprecedensowych wglądów w globalny cykl wody i węgla. Śledząc zmiany w biomasie leśnej, satelita pomoże w ocenie magazynowania węgla i wpływu wylesiania. Mierząc wilgotność gleby i zmiany na obszarach podmokłych, przyczyni się do lepszego zrozumienia procesów hydrologicznych i wpływu zmian klimatu na zasoby wodne. Jego zdolność do przenikania przez chmury i roślinność zapewnia ciągłe gromadzenie danych, niezależnie od warunków pogodowych, co jest kluczowe do monitorowania dynamicznych procesów.

Dziesięciolecia rozwoju i współpraca międzynarodowa

Satelita NISAR stanowi zwieńczenie dziesięcioleci rozwoju kosmicznych systemów radarowych w JPL. Począwszy od lat 70., JPL zarządzał pierwszym satelitą SAR do obserwacji Ziemi, Seasat, wystrzelonym w 1978 roku, a także misją Magellan, która w latach 90. wykorzystywała SAR do mapowania pokrytej chmurami powierzchni Wenus. Ta bogata historia i doświadczenie w rozwoju technologii radarowej w kosmosie położyły podwaliny pod ambitną misję NISAR.

Misja NISAR jest partnerstwem między NASA a ISRO, które obejmuje lata współpracy technicznej i programowej. Pomyślne wystrzelenie i rozwinięcie NISAR opiera się na silnym dziedzictwie współpracy między Stanami Zjednoczonymi a Indiami w kosmosie. Dane, które zostaną wygenerowane przez dwa systemy radarowe NISAR, z których jeden dostarczyła NASA, a drugi ISRO, będą świadectwem tego, co można osiągnąć, gdy kraje jednoczą się wokół wspólnej wizji innowacji i odkryć. Ta współpraca jest nie tylko imponująca technicznie, ale także znacząca dyplomatycznie, pokazując, jak badania naukowe mogą przekraczać granice i wspierać globalną współpracę dla dobra całej ludzkości.

Centrum Zastosowań Kosmicznych (Space Applications Centre) ISRO dostarczyło SAR w paśmie S dla misji, podczas gdy Centrum Satelitarne U R Rao (U R Rao Satellite Centre) dostarczyło platformę satelitarną. Usługi startowe zostały zapewnione przez Centrum Kosmiczne Satish Dhawan. Po starcie kluczowe operacje, w tym rozwinięcie wysięgnika i reflektora anteny radarowej, są wykonywane i monitorowane przez globalny system stacji naziemnych sieci telemetrii, śledzenia i dowodzenia (Telemetry, Tracking and Command Network) ISRO.

JPL, zarządzane przez Caltech w Pasadenie, prowadzi amerykański komponent projektu. Oprócz SAR w paśmie L, reflektora i wysięgnika, JPL dostarczyło również podsystem szybkiej komunikacji danych naukowych, rejestrator danych na nośniku stałym oraz podsystem danych ładunku użytecznego. Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt, Maryland, zarządza siecią Near Space Network, która odbiera dane NISAR w paśmie L. Ten podział obowiązków i wiedzy specjalistycznej między dwiema wiodącymi agencjami kosmicznymi zapewnia solidność i sukces misji, obiecując obfitość nowych danych, które pomogą nam lepiej zrozumieć i chronić naszą planetę.

Oczekuje się, że dane z NISAR będą miały szeroki zakres zastosowań. W obszarze klęsk żywiołowych umożliwią szybką ocenę szkód po trzęsieniach ziemi, powodziach i erupcjach wulkanów, pomagając w działaniach humanitarnych i planowaniu odbudowy. W przypadku infrastruktury będą w stanie wykrywać subtelne osiadania mostów, zapór i rurociągów, umożliwiając konserwację zapobiegawczą i unikanie katastrof. W rolnictwie dane o wilgotności gleby i zdrowiu upraw pomogą rolnikom optymalizować nawadnianie i nawożenie, zwiększając plony i zmniejszając marnotrawstwo zasobów. Wreszcie, NISAR będzie kluczowym narzędziem w globalnych wysiłkach na rzecz monitorowania i łagodzenia zmian klimatu, dostarczając precyzyjnych danych o zmianach w lodowcach, poziomie mórz i ekosystemach, które są niezbędne do modelowania przyszłych scenariuszy i opracowywania strategii adaptacyjnych.