Tìm hiểu về hai vệ tinh tera và aqua

Tìm hiểu về hai vệ tinh tera và aqua

A_MỞ ĐẦU

  

Thế giới đang chứng kiến một cuộc cách mạng khoa học công nghệ mạnh

mẽ sâu sắc, làm thay đổi hình thức và nội dung mọi hoạt động kinh tế văn hoá và

xã hội của loài người từ văn minh công nghiệp hiện nay, một số nước phát triển

đã bắt đầu chuyển sang văn minh thông tin các quốc gia đang phát triển cũng tíchcực áp dụng những tiến bộ mới của khoa học công nghệ đặc biệt là công nghệ viễnthám nhằm tạo cơ hội đi tắt đón đầu, phát huy lợi thế cạnh tranh, đẩy nhanh quátrình công nghiệp hoá và chủ động hội nhập Cùng với những thành tựu trongnghiên cứu vũ trụ và phát triển công nghệ thông tin, công nghệ viễn thám hiện đại

đã hình thành và phát triển, đem lại hiệu quả cao cho nhiều hoạt động kinh tế xãhội quan trọng như: điều tra cơ bản, khai thác và quản lý tài nguyên, giám sát vàbảo vệ môi trường, phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, tổ chức và quản lý lãnh thổcũng như an ninh, quốc phòng nhờ đó công nghệ viễn thám có một vị trí quantrọng trong chiến lược phát triển lâu bền của mọi quốc gia

Thật vậy, công nghệ viễn thám thám đang từng ngày từng ngày phát triển

và giữ một vai trò rất quan trọng trong đời sống của con người là vì đâu? Đó lànhờ vào việc ứng dụng công nghệ viễn thám vào cuộc sống Vậy, vì sao công nghệviễn thám lại được ứng dụng có hiệu quả cao và được xem là nghành công nghệquan trọng hiện nay? Một phần không thể thiếu và đem lại hiệu quả cao cho cácứng dụng của công nghệ viễn thám đó là: Các vệ tinh viễn thám, vì vậy nói đếncông nghệ viễn thám là phải nói đến các vệ tinh và các bộ cảm được đặt trên đó.Ngày nay công nghệ viễn thám có khả năng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khácnhau:

* Viễn thám ứng dụng trong quản lý sự biến đổi môi trường bao gồm:Điều tra về sự biến đổi sử dụng đất và lớp phủ; Vẽ bản đồ thực vật; Nghiên cứucác quá trình sa mạc hoá và phá rừng; Giám sát thiên tai (hạn hán, lũ lụt, cháy

* Viễn thám trong lâm nghiệp, diễn biến của rừng bao gồm: Điều tra phânloại rừng, diễn biến của rừng; Nghiên cứu về côn trùng và sâu bệnh phá hoại rừng,cháy rừng.

* Viễn thám trong quản lý sử dụng đất bao gồm: Thống kê và thành lậpbản đồ sử dụng đất; Điều tra giám sát trạng thái mùa màng và thảm thực vật

* ứng dụng viễn thám trong địa chất bao gồm: Thành lập bản đồ địa chất;Lập bản đồ phân bố khoáng sản; Lập bản đồ phân bố nước ngầm; Lập bản đồ địamạo

* Viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên nước: Lập bản đồ phân bố tàinguyên nước; Bản đồ phân bố tuyết; Bản đồ phân bố mạng lưới thuỷ văn; Bản đồcác vùng đất thấp

* Viễn thám trong địa chất công trình: Xác định các vị trí khảo sát choxây dựng các công trình; Nghiên cứu các hiện tượng trượt đất

* Viễn thám trong khảo cổ học: Phát hiện các thành phố cổ, các dòngsông cổ hay các di khảo cổ khác

* Viễn thám trong khí tượng thuỷ văn: Đánh giá định lượng lượng mưa,bão và lũ lụt, hạn hán; Đánh giá, dự báo dòng chảy, đánh giá tài nguyên khí hậu,phân vùng khí hậu

* Viễn thám trong khí tượng nông nghiệp (KTNN) ứng dụng của viễnthám trong KTNN có thể phân thành 3 loại chính:

- Điều tra và đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp, sự biến đổi tìnhhình sử dụng đất và lớp đất phủ, và sự thay đổi của chúng theo từng thời gian nhấtđịnh

- Đánh giá những tác động của ngoại cảnh liên quan đến sản xuất nôngnghiệp Bao gồm điều kiện môi trường phát triển nông nghiệp, sự phát sinh pháttriển (diện tích, mức độ) của những tác hại và nguy hiểm của thời tiết, khí hậu vàmôi trường đến sản xuất nông nghiệp.

- Tính toán các trường yếu tố khí hậu nông nghiệp bề mặt như: bức xạ,phát xạ, nhiệt độ, độ ẩm, bốc thoát hơi…làm cơ sở cho việc phân vùng khí hậunông nghiệp

- Dự báo KTNN bao gồm dự báo năng suất cây trồng, sâu bệnh, hạnhán, úng lụt…Do số liệu viễn thám được cập nhật nhanh, khách quan và chi tiết vìvậy đáp ứng kịp thời và chính xác trong nghiệp vụ dự báo KTNN

Để có được những thành tựu như ngày nay là do sự đầu tư rất lớn củacác kỹ sư những nhà nghiên cứu của Nasa nhằm tạo ra nhiều loại vệ tinh và các bộcảm biến riêng biệt ứng dụng cho từng lĩnh vực Thường thì vệ tinh viễn thámđược chia thành hai nhóm chính; Vệ tinh khí tượng hay thời tiết được sử dụng để

dự báo hay giám sát điều kiện thời tiết, trong nhóm này có thể kể đến các vệ tinhnhư: Noaa , Tiros-1, Goes (Hoa Kỳ), Ats-1 (Liên Xô), Meteosat…., nhóm vệ tinhgiám sát tài nguyên, nhóm này có thể kể đến các vệ tinh như: Landsat, Spot, Mos,Irs, Ikonos, Quickbird… Và dưới đây là những tổng quan về Bộ cảm MODIS

GVHD: Phạm Thế Hùng Nhóm TH: Nhóm 4

B_NỘI DUNG

  

I Giới thiệu tổng quan

1 Giới thiệu về Vệ tinh TERRA

- Terra (EOS AM – 1) là một vệ tinh đa quốc gia thuộc cơ quan nghiêncứu khoa học vũ trụ của NASA, vệ tinh này hoạt động vào ban ngày có quỹ đạobay đồng bộ với mặt trời và quay

xung quanh Trái Đất Đây là soái

hạm của Hệ thống quan sát Trái Đất

(EOS), cái tên “Terra” xuất phát từ

tiếng Latinh nghĩa là “Đất” Vệ tinh

này được phóng từ căn cứ không

quân Vandenberg thuộc ban

California của Hoa Kỳ vào ngày 18

tháng 12 năm 1999 và bắt đầu thu

thập số liệu vào ngày 24 tháng 2

năm 2000

- Do những vấn đề về tìm hiểu của các nhà khoa học để giải quyết cáchiện tượng ô nhiễm, nóng lên của trái đất, băng tan… Đồng thời do những tiến bộcủa khoa học về ngành vũ trụ cũng như vấn đề tiết kiệm chi phí nên Vệ tinhTERRA được thiết kế mang 5 Bộ cảm biến từ xa để theo dõi trạng thái của Tráiđất môi trường và những thay đổi của khí hậu bao gồm:

+ ASTER (Advanced Spaceborne thải nhiệt và bức xạ phản chiếu)+ CERES (Mây và hệ thống năng lượng bức xạ của trái đất)

+ MISD (Multi-góc ảnh SpectroRadiometer)

+ MODIS (Trung bình có độ phân giải hình ảnh SpectroRadiometer)+ MOPITT (Đo ô nhiễm ở tầng đối lưu)

Hình 1 Toàn ảnh Vệ tinh TERRA

2 Giới thiệu về Vệ tinh AQUA

- AQUA (EOS PM – 1)

là một vệ tinh đa quốc gia thuộc

cơ quan nghiên cứu khoa học vũ

trụ của NASA, vệ tinh này hoạt

động vào ban đêm va fcos quỹ

đạo quay quanh Trái đất, nghiên

cứu về lượng mưa, bốc hơi nước

Vệ tinh AQUA là thành phần

quan trọng thứ hai của hệ thống

quan sát Trái đất (EOS) sau vệ

tinh TERRA

- Tên “AQUA” xuất phát từ tiếng Latinh nghĩa là “Nước” Vệ tinh nàyđược phóng từ căn cứ không quân Vandenberg vào ngày 4 tháng 5 năm 2002, trênmột Delta II rocket Vệ tinh AQUA hoạt động vào ban đêm co quỹ đạo quay đồng

+ CERES (Quan sát Mây và Hệ thống năng lượng bức xạ của Trái đất)

3 Giới thiệu về Bộ cảm MODIS và Tổng quan về hoạt động

GVHD: Phạm Thế Hùng Nhóm TH: Nhóm 4

hoạt động trên nhiều

thái dương và không

gian cân Ở cùng thời

gian đó có tiến bộ đáng

kể trong không gian

như cảm nhận từ xa

công nghệ cho phép đo

lường toàn cầu hệ thống

của một số thông số địa

và phát ra nhiệt lượng ; đo lường thông số toàn cầu Các thiết bị cảm biến này hoạtđộng trong 10 - 15 năm, thiết bị cảm biến và thuật toán phát triển dựa trên dữ liệutập hợp trong thí nghiệm nhiều lĩnh vực sử dụng trên không và bề mặt dựa vào hệthống này Thông số địa vật lý chính của nó được thiết kế để đo lường bao gồmmàn mây, tuyết và biển băng phạm vi và tính chất hay thay đổi, nhiệt độ bề mặtbiển (AVHRR), nhiệt độ không khí ( HIRS ) và chất diệp lục tập trung (CZCS).Nhiệm vụ phát động thuật toán giám sát điều kiện bìa đất sử dụng, chẳng hạn như:chất diệp lục trong cây (NDVI), (AVHRR), hơi nước (HIRS), sự lẫn lộn đại dương( CZCS ) Song song với phát triển này hệ thống thụ động điện quang học hệ,phát triển thụ động và chủ động ( ra đa ) bức xạ sóng điện từ và chủ động quanghọc ( rada dùng tia lade ) thiết bị cảm biến Những tiến bộ trong công nghệ cảm

MODISASTERMISRMOPITTCERES

Hình 3 Các thiết bị Cảm biền trên tàu TERRA

nhận từ xa sinh không gian cùng đi theo bởi gia tăng máy tính và khả năng xử lýcho phép mô hình tham số khu vực để được kéo dài đến quy mô toàn cầu

- Vào năm 1983, quản lý tại Quốc gia ngành hàng không học và khônggian Quản trị (NASA) tạo ra EOS khoa học và sứ mệnh yêu cầu Nhóm làm việc

và giao nhiệm vụ cho nó phát triển khái niệm tổng thể cho EOS Bản báo cáonhóm làm việc yêu cầu sứ mệnh khoa học và yêu cầu phát triển trong 15 năm

b Lịch sử về Bộ cảm MODIS

- Năm 1984 NASA tạo thành công bảng dụng cụ để phát triển khoahọc yêu cầu khái niệm thiết bị cảm biến đa phương tiện được mô tả trong EOS.Khoa học và sứ mệnh yêu cầu Working Group Report Thuật ngữ "phương tiệnthiết bị cảm biến " là quan trọng vì nó đại diện cho dụng cụ được phát triển bởiNASA nhóm khoa được chọn lựa, một trong những thiết bị cảm biến đang xem xét

là Quang phổ kế ảnh giải quyết ôn hoà (MODIS) là để bao gồm phần nhiều trong

số các thuộc tính của CZCS, AVHRR, HIRS, và liên quan đặc trưng của Mapperchủ đề landsat (tm) Bảng dung cụ MODIS một nhóm nhà khoa học và cảm nhận

từ xa kỹ thuật gia từ các nước thí nghiệm và giới học viện kiểm tra hiện thời tìnhtrạng khoa học cảm nhận từ xa trái đất và phát triển khái niệm MODIS, kêu gọihai thiết bị cảm biến là MODIS-N và MODIS-T MODIS-N đo bức xạ bộ lọc ảnhthông thường với 35 kênh quang phổ và MODIS-T là 64 kênh ảnh quang phổ kế

có khả năng nghiêng từ đầu đến đuôi tàu để tránh tia nắng từ bề mặt của đạidương

- Hệ thống Quản trị và phát triển MODIS được phân công cho trungtâm vũ trụ Goddard (GSFC) nơi quyết định đã được đưa ra để phát triển MODIS -

T trong nhà và MODIS-N được công ty competetively chọn đấu thầu và nghiêncứu tiếp theo (NASA, 1985a ; NASA, 1985 b ; NASA, 1989) cung cấp chi tiết bổsung cho khái niệm MODIS và dẫn đến vào năm 1991 cho nhà đấu thầu Hughes /Santa Barbara Research Center ( SBRC), for cho MODIS-N phát triển Ngay saukhi bắt đầu SBRC hợp đồng, tái cơ cấu chủ yếu của chương trình EOS và quyếtđịnh đã được đưa ra để chấm dứt MODIS-T phát triển và giữ MODIS-N nhóm

GVHD: Phạm Thế Hùng Nhóm TH: Nhóm 4

phát triển Santa Barbara (SBRS) tạo ra và thử nghiệm hai chuyến bay mẫu Đầutiên Protoflight mô hình ( PFM ), hoàn tất vào tháng sáu năm 1997 và, sau khi tíchhợp và thử nghiệm với EOS-AM tàu vũ trụ và chậm trễ phát động kéo dài mộtnăm, vệ tinh TERRA gắn bộ cảm MODIS xuống quỹ đạo lúc 10:30 AM vào ngày

18 tháng 12 năm 1999

c Thiết bị Bộ cảm biến MODIS

- Bộ cảm MODIS được thiết kế và điều khiển bởi hội khoa học thuộc

cơ quan vũ trụ NASA để xem toàn bộ làm thành hình cầu mỗi 1 - 2 ngày ở độphân giải không gian ôn hoà (độ quét tuyến chụp 1 km) với đầy đủ các kênh quangphổ trong rõ ràng (vis) qua hồng ngoại sóng dài (LWIR) vùng để giúp đo lườngnhiều (40 - 50) thông số địa vật lý Do có bề chụp tuyến rộng nên độ phân giảikhông gian được tăng lên 250m (kênh 1,2) và 500m (kênh 3 - 7) và 1000m (kênh

8 - 36) Gần 2 / 3 dữ liệu đầu ra bằng MODIS đến từ bảy kênh từ này MODIS đãđược đưa vào sử dụng để theo dõi mây, chất lượng khí quyển, chỉ số thực vật,phân loại lớp phủ, cháy rừng, hàm lượng diệp lục (chlorophyll) trong nước biển,nhiệt độ mặt nước biển, nhiệt độ bề mặt lục địa bốc thoát hơi bề mặt lớp phủ, diễnbiến lớp phủ băng lục địa và đại dưong Với tính năng như vậy, các dữ liệuMODIS được sử dụng ở nhiều tỷ lệ khác nhau: tỷ lệ trung bình và nhỏ, hoặc vềphương diện lãnh thổ, từ quy mô cấp vùng, khu vực đến quy mô toàn cầu

- Hệ thống quang học bao gồm gương quét hai mặt, kính viễn vọngafocal ngoài trục, có ba tính lưỡng hướng tia sắc người tách ra, và bốn tập hợp cácquang học tiếp vận khúc xạ ở phía trước bốn tiêu cự máy bay cụm ( fpas ) vớikênh giới hạn bộ lọc quang phổ và máy dò mảng Quét đường cỏ bị cắt rộng2,330 km ( 550 ) và kéo dài 10 km dọc đường đi vào thiên để Do đó, mảng FPA

có 10, 20 và 40 máy dò phần tử cho 1000m, 500m và 250m kênh tương ứng Tổngquan về thông số thiết kế MODIS được thể hiện dưới đây:

* Bảng các kênh quang phổ Bộ cảm biến MODIS

Kênh Bước sóng (nm) Độ rộng quét chụp (m) Sử dụng chính

GVHD: Phạm Thế Hùng Nhóm TH: Nhóm 4

- Mặc dù có nhiều sự phát triển về mặt công nghệ liên kết chặt chẽ vào

thiết kế MODIS, đầu tiên là chỉ số kênh quang phổ Sự hợp nhất của 36 kênh

quang phổ vào thiết bị cảm biến đơn bao gồm 490 máy dò phần tử, một trong

những thiết bị thể hiện là kênh điện tử đòi hỏi riêng sự mô tả đặc điểm và thước

đo và tiến bộ chủ yếu qua máy dò và kênh trong thiết bị cảm biến như: AVHRR,

CZCS và HIRS Nhu cần có dữ liệu để được liền lạc qua bản sao khác nhau của

thiết bị cảm biến hàm ý rằng MODIS hệ thống phải bao gồm mức độ trên quỹ đạo

thước đo và sự mô tả đặc điểm cho đến nay không thể đạt được Ngoài yêu cầu

cho sự ổn định lâu dài và thước đo bước sóng phóng xạ chính xác, hệ thống cũng

phải có khả năng giám sát thiết bị cảm biến không gian và quang phổ trên quỹ đạo

MODIS thiết kế nhắm đến mỗi một nhu cầu này Thước đo bước sóng phóng xạ

MODIS sử dụng hai cách tiếp cận, một cho 16 kênh phát ra nhiệt và thứ hai cho 20

phản ánh kênh mặt trời Thước đo kênh phát ra nhiệt lượng là tương tự như được

sử dụng bởi AVHRR; đếm số của thiết bị cảm biến được liên quan đến ánh sáng

bởi vật thể đen (BB) của nhiệt độ và không gian sâu của mỗi dòng quét

Hình 4 Thiết bị cảm biến và hệ thống phụ chuyên ngành của Bộ

cảm MODIS

d Trạng thái và hệ thống tiếp theo

+ Trạng thái: Từ khi phát động của 2 vệ tinh TERRA vào tháng 12năm 1999 và tháng 5 năm 2002 ( còn có tên là EOS-AM và EOS-PM ), thiết bịcảm biến MODIS đã và đang hoạt động chủ yếu liên tục Hệ thống dữ liệu đất đã

xử lý và lưu trữ gần hai petabytes sản phẩm dữ liệu MODIS đang được phân pháttoàn cầu đến người dùng ứng dụng khoa học và qua EOS phân phối trung tâm lưutrữ chủ động ( daacs ) Toàn bộ hoạt động của cả hai thiết bị cảm biến đã và đanghoạt động tương đối tốt Nhưng đã có thất bại của hai trong số hệ thống phụMODIS đất ; nguồn điện và bộ khuôn Cả hai bbooj phận này được thay bằng cácthiết bị dự phòng Ngoài ra, khuếch tán mặt trời của thiết bị cảm biến đất ( SD ) sựsuy giảm màn hình không mở trong sự kiện thước đo mặt trời (tháng 5 năm 2003)

và màn hình trái ở phía trước sd và SD cửa đã được mở bỏ Điều này đã dẫn đến0.1% - 0.2% giảm bước sóng phóng xạ chính xác của kênh mặt trời phản ánh trướcđây đã được định cỡ với sd màn mở Cả hai thiết bị cảm biến hoạt động được 5năm trên quỹ đạo; hoàn tất vào tháng 12 năm 2004 Và tháng 5 năm 2007 Và hiệnnay đang hoạt động tương đối tốt

+ Hệ thống

tiếp theo: Cùng với một

loạt sản phẩm Vệ tinh hay

Bộ cảm biến mới ra đời

của NASA, chính phủ Hoa

Hìnhh 5 Ảnh bộ cảm VIIRS

GVHD: Phạm Thế Hùng Nhóm TH: Nhóm 4

II Thông số cơ bản của Vệ tinh TERRA và Vệ tinh AQUA

1 Thông số cơ bản của Vệ tinh TERRA

Nhà Điều hành NASA

Vệ tinh của Trái đất

Khởi động ngày 18 tháng 12 năm 1999

kết cấu chính Chiều dài: 6,5 mĐường kính: 3,5 m

Các yếu tố quỹ đạo

Độ nghiêng 98,20

Độ cao quỹ đạo 705 km

Chu kỳ quỹ đạo 16 ngày

Băng qua xích đạo 10:30 AM

2 Thông số cơ bản của Vệ tinh AQUA

Nhà Điều hành NASA

Vệ tinh của Trái đất

Khởi động ngày Ngày4 tháng 5 năm 2002

Độ cao quỹ đạo 708 km

Chu kỳ quỹ đạo 14 ngày

III Thông số kỹ thuật của Bộ cảm MODIS

Thông số kỹ thuậtQuỹ đạo 705 km, 10:30 giảm dần nút (Terra) hoặc 1:30 giờ chiều mọc

(Aqua), mặc trời, gần cực, thông tư

Quét giá 20,3 vòng / phút, qua theo dõi

Lần cắt 2330 km (qua theo dõi) của 10 km (cùng theo dõi tại thiên để

điểm)

Kích thướcKính viễn vọng 17.78 cm diam, off-trục, afocal (chuẩn trực), với trường trung gian

dừngKích thước 1,0 x 1,6 x 1,0 m

Trọng lượng 228,7 kg

Điện 162,5 W (một quỹ đạo trung bình)

Tốc độ dữ liệu 10,6 Mbit/s (cao điểm ban ngày); 6,1 Mbit/s (quỹ đạo trung bình)Quantization 12 bit

Nghị quyết không

gian 250 m (băng 1-2) 500 m (băng 3-7) 1000 m (băng 8-36)

Thiết kế cuộc sống 6 năm

- Vệ tinh TERRA và đầu đo là phổ kế bức xạ MODIS với 36 băng phổ từ0,4 đến 14 mµ và độ phân giải không gian từ 250m (kênh 1, 2), 500m (kênh 3 - 7)

và 1000m (kênh 8 - 36)

- Vệ tinh TERRA mang đầu đo MODIS ban ngày đi từ bắc xuống nam, quaxích đạo khoảng 10h30’ giờ địa phương, thời gian bay hết một vòng quanh trái đấtxấp xỉ 1h40’ Còn về ban đêm thì chiều bay của vệ tinh ngược lại

- Vệ tinh TERRA sẽ bay lãnh thổ Việt Nam một ngày hai lần vào lúc10h30 sáng và 10h30 tối, do đó ở Việt Nam sẽ thu được ảnh MODIS hai lần trongmột ngày

* Bảng hiệu suất bức xạ MODIS

kênh Quang phổ

(µm

Không gian (m) độ phân giải (m)

Lần cắt (km) Xem xét lại thời gian

(Đối với một vệ tinh duy nhất)