Vattenvård är ett växande problem globalt, och särskilt för bönder i USA, där årtionden av bevattning av stora fält har tömt livsviktiga resurser av färskt ytvatten och grundvatten. En ESA-avknoppning som kan hjälpa till att bevara vattentillförseln samtidigt som man garanterar bevattning av grödor genomgår nu sista testet.

Den ambitiösa planen för den tidigare ESA -anställda Javier Marti är att hantera överanvändning av bevattning, baserat på ett koncept som utvecklats vid byråns teknikcenter i Nederländerna:med hjälp av reflekterade satellitsignaler för fjärravkänning av jordens yta.

Sparar vatten och ökar skörden

Ligger under åtta stater i centrala USA, den stora Ogallala akvifer levererar nästan en tredjedel av grundvattnet för växtbevattning i landet - men en stor del av akvifären, särskilt i delstaten New Mexico, Texas och Oklahoma, kan torka ut inom en eller två generationer om inga åtgärder vidtas.

Två tredjedelar av akviferns vatten ligger under Nebraska, att göra staten i fokus för att testa den strategi som Javiers företag Divirod har utvecklat.

Under de kommande månaderna, flera gårdar kommer att reglera och optimera sin bevattning med hjälp av den nya tekniken för att minska vattenförbrukningen.

"Vårt system jämför reflekterade och direkta satnavsignaler för att avslöja fuktinnehållet i jord och grödor, "förklarade Javier, Divirods VD.

"Vi räknar med att vårt system kan spara lantbrukare cirka 30% i driftskostnaderna när det gäller både vatten och energi. Skördeavkastningen beror på många faktorer, men vi uppskattar att vi också kan förbättra avkastningen med 10–12%. ”

Använda satnav -signaler för fjärranalys

Javier arbetade med ESA-ingenjören Manuel Martin-Neira på byråns SMOS-jordfuktighet och havssaltsatellit. Här, han fick idén att använda reflekterade satnavsignaler från ett projekt som föreslagits av Manuel för fjärranalys. Manuel föreslog att man använde mikrovågssignalerna för att mäta markbundna funktioner som havens topografi.

"Satelliter som bär höjdmätare som använder radar kan bara mäta längs flyglinjen, medan jag insåg att med hjälp av reflekterade satnav -signaler skulle vi kunna ta mätningar från flera olika punkter, "förklarade Manuel.

Spin-off från rymden

"Javier och Manuels arbete resulterade i tre ESA -patent för användning av reflekterade satellitsignaler, ett genombrott nu tillgängligt för utveckling av nya markbaserade applikationer, "sa ESA Technology Transfer Program officer Mercedes Sánchez Álvarez.

"Det är fantastiskt att se att Javier har tagit samma signalstrategi och använt det på ett annat sätt för att utveckla ett praktiskt system för markmätningar av ytjordens fukthalt, vattennivåer i magasin, snösäck och våtmarker, bland andra applikationer. "

Manuel tillade, "Även om principerna för hur SMOS mäter markfuktighet skiljer sig från Divirod -metoden, båda teknikerna ger i huvudsak samma sak.

"Men det som är trevligt här är att själva satellitnavigationen är i fokus för mycket utveckling, så att basera ett jordfuktighetsmätningssystem på det bör möjliggöra kostnadseffektiva resultat. "

Javier förklarade att nyckeln är hur satnavsignalerna behandlas. "Att använda satnav för fjärranalys är inte unikt, men vi har utvecklat programvara som låter oss mäta variationer över ett stort fält ner till en upplösning på cirka 5x5 m eller mindre, använder endast en sensor på en stolpe i mitten av fältet.

"För vissa applikationer kan vi minska denna upplösning till under en kvadratmeter i framtiden."

Denna detaljerade täckning kan integreras i bevattningssystem så att vatten levereras exakt till olika områden över varje fält efter behov.

Sensorer kan också byggas in i industriella centrums svängbevattningssystem som används i stor utsträckning i USA och kombineras med maskininlärning för att skapa en fristående, sluten schema.

Bättre odling i Nebraska

"Jag är verkligen upphetsad över möjligheten att använda Divirod -tekniken för att förfina hur vi använder vatten på vår gård, "sa Roric Paulman, ägare till Paulman Farms i Nebraska, en av de första testwebbplatserna.

"Vi är belägna i ett vattenbegränsningsområde nu. Nebraska -lagstiftningen erkänner att ytvatten och grundvattenbehov i framtiden är viktiga för akviferens hållbarhet."

De alternativa metoderna för att bedöma markfuktighet är fysiska sonder och satellitbilder. Dock, en sond mäter endast värdet vid en punkt, och extrapolering av det kan kompliceras av de olika jordtyperna, sluttningar och varierande markhöjd - även över ett enda fält.

"Problemen med satellitbilder är inte bara upplösning och kostnad, men också den tid det tar att samla in data och översätta den till en inställning för bevattningsverktyget. Detta kan ta dagar, men på en gård arbetar vi i realtid, "tillade Roric.

Mot effektiv vattenanvändning

Divirod utför sensortester vid University of Nebraskas Lincoln Experiment Station för att bekräfta sensormätningarna. Det kommer också att vara en av de tekniker som undersökts av Ogallala Water Coordinated Agriculture Project, som kan involvera tusentals sensorer.

Även om jordbruket är ett fokus för Divirod, företaget undersöker redan andra applikationer. Från maj, sensorer kommer att testas på två platser i Boulder, Colorado, för deras potential att dämpa vattenanvändningen i kommunala landskap. Det har också funnits intresse från Mellanöstern. Ett provisoriskt patent har inlämnats och fler kan följa.