Skoltech-forskarna Alessandro Golkar och Ksenia Osipova, och tidigare Massachusetts Institute of Technology (MIT) student Giuseppe Cataldo (nu arbetar vid NASAs Goddard Space Flight Center) har utvecklat, inom ramen för ett Skoltech-MIT-samarbete, en modell som hjälper ingenjörer att skapa och välja de mest lovande konceptuella designerna av satellitradarsystem. Genom att optimera utformningen av dessa snabbt utvecklande instrument, modellen främjar deras snabbare och mer kostnadseffektiva introduktion, leder till bättre kartor och storm, översvämning, och jordskredövervakning. Studien kom ut i Acta Astronautica .

Satellitbilder av jorden används för att övervaka användningen av jordbruksmark, istäcke över havet, kustförändring, och fientliga väderhändelser. Dessa observationer görs i olika band av det elektromagnetiska spektrumet, inklusive radiovågor. Till skillnad från optiska eller infraröda bildapparater, radar observerar mål oberoende av deras belysning, kringgå moln, och fungerar generellt bra i alla väder.

Dock, för att ge samma upplösning som ett instrument med kortare våglängd, radarn måste vara fysiskt större, gör det svårt att få plats på en satellit. Ett sätt att komma runt detta är att använda syntetiska bländarradarer. SARS uppnår hög upplösning genom att artificiellt öka deras bländare, eller antenn "storlek". Monterad på en satellit, en SAR avger en radarpuls och färdas en viss sträcka innan pulsen kommer tillbaka och plockas upp på en annan plats. Avståndet tillryggalagd sedan faktorer i den virtuella storleken på antennen, som om den vore mycket större, vilket ger bättre bildkvalitet med en jämförelsevis liten antenn.

Trots detta bländaruppblåsningstrick, SARS har historiskt flugit på stora och dyra satelliter, eftersom radar fortfarande var ganska skrymmande och förbrukade mycket ström. Detta har förändrats med tillkomsten av mindre och lättare SARS. Dessa är i de tidiga utvecklingsstadierna men utvecklas snabbt, tar redan över sådana uppgifter som upptäckt och övervakning av oljeutsläpp.

När antalet allt mindre satelliter i omloppsbana växer, SAR-ingenjörer undrar vilka av dem som är möjliga bärare för miniatyriseringsradarerna. Detta är särskilt relevant eftersom nyare forskning tyder på att dussintals så kallade mikro- eller nanosatellitbaserade SARS som arbetar tillsammans kan avsevärt överträffa konventionella stora SAR-uppdrag, om kostnadseffektivitet räknas in i ekvationen.

Med utbudet utökat, det blir allt mer utmanande att balansera radarns prestandaegenskaper mot andra parametrar i ett SAR-uppskjutningsuppdrag. Några av de inblandade variablerna är de tillgängliga banorna, radar- och satellitmodeller – med sina fysiska dimensioner och en mängd egenskaper, som datahastighet och strömförbrukning. Denna komplexitet kräver en beräkningsmetod för att stödja utformningen av framtida SAR-baserade jordobservationsuppdrag.

För att ta itu med detta, en nyligen genomförd Skoltech-ledd studie presenterar en matematisk modell för att skapa optimala SAR-konceptuella konstruktioner. Modellen optimerar SAR-egenskaper med en metod som kallas handelsrymdutforskning. Denna term, som är en kombination av "trade-off" och "playspace, " innebär att modellen kommer att hjälpa tidiga designers att analysera de många avvägningar som är involverade i processen, snabbt utvärdera många designalternativ och identifiera optimala lösningar att eftersträva.

Uppsatsen demonstrerar användbarheten av modellen genom att titta på radarinstrument på ett brett utbud av små satellitplattformar:1, 265 möjliga radardesigner har begränsats till mindre än 44 optimala för olika radiofrekvenser. Forskarna drar slutsatsen att små satelliter är en möjlig plattform för högfrekventa 8-12 GHz och 4-8 GHz radar, men inte för 1-2 GHz-bandet. Förutsättningar för att göra den senare typen av SARS genomförbar diskuteras, tillsammans med genomförbarhetsgränserna och tekniska begränsningar för tillhörande instrument- och rymdfarkostskrav. Pulsrepetitionsfrekvens framstår som den främsta begränsande begränsningen för SAR-handelsutrymmet. Med andra ord, denna egenskap är den mest kraftfulla faktorn – före strömförbrukningen, antennstorlek, datahastighet, etc. – för att begränsa radarkonfigurationer till en begränsad uppsättning möjliga konstruktioner.

I en separat analys, teamet överväger radar för den mycket lilla 3U CubeSat-plattformen, identifiera 44 optimala mönster bland cirka 13, 000 genomförbara kandidater. Studien undersöker de operativa begränsningar som krävs för utvecklingen av sådana innovativa miniatyriserade radarer. Författarna drar slutsatsen att SARS för CubeSats är genomförbara ur ett instrumentnivåperspektiv och föreslår att deras design nu övervägs på uppdragsnivå - tillsammans med implikationerna för rymdfarkostdesign.

Modellen som presenteras i studien gäller radarsystem monterade på en enda satellit. Det kunde, dock, utvidgas i framtiden för att ta hänsyn till sätt att kombinera SAR-satelliter i konstellationer.