La disponibilité de données à haute résolution collectées par des satellites miniaturisés annonce un tournant dans la détection de la Terre et de l'environnement depuis l'espace.
L'avènement du petit, des satellites spécialisés appelés CubeSats transforment notre capacité à surveiller la surface de la Terre et l'impact de l'activité humaine sur la planète. Les scientifiques de KAUST sont des pionniers des techniques de recherche basées sur les données CubeSat et sont enthousiasmés par le potentiel de ces satellites, notamment pour les domaines de l'hydrologie et de l'agriculture de précision.
Les données satellitaires traditionnelles utilisées pour la recherche, collectés principalement par les agences spatiales gouvernementales, présente certaines limites. Généralement, soit les données fournissent occasionnellement des résolutions spatiales élevées (images détaillées prises toutes les deux semaines), soit les données fournissent fréquemment une faible résolution spatiale. Dans ce dernier scénario, des détails importants peuvent passer inaperçus. Les CubeSats changent ce paradigme, collecter chaque jour des détails spatiaux à l'échelle du mètre sur les surfaces terrestres de la Terre.
"Je ne m'attendais certainement pas à ce que ces contraintes soient levées de si tôt, " explique l'hydrologue et spécialiste de la télédétection, Matthieu McCabe, de KAUST. "Normalement, la conception des satellites prend des années :recherche et développement de capteurs, négocier avec une agence spatiale gouvernementale et des organismes de financement, avant de voir éventuellement votre mission choisie pour le lancement. Puis, il est possible que quelque chose se passe mal lors du lancement ou du déploiement ou que vous n'obteniez tout simplement pas les données dont vous avez besoin."
Les progrès récents de la technologie CubeSat pourraient changer cela. Ces satellites de la taille d'une boîte à chaussures sont relativement bon marché à fabriquer et à lancer :ils sont construits à partir de composants et de capteurs du commerce et envoyés en orbite soit comme charge utile compagnon, soit sur de petits satellites. fusées réutilisables. Une fois lancé, Les CubeSats orbitent autour de la Terre à des altitudes de 350 à 500 kilomètres pendant une période de quelques semaines à plus d'un an, relayer les données vers la Terre (avant de finalement brûler lors de la rentrée dans l'atmosphère).
Le grand avantage de leur petite taille et de leur coût signifie que des « constellations » de CubeSats peuvent être lancées, la mise en place d'une bande transporteuse de satellites capturant plusieurs images haute résolution à des taux de répétition temporels élevés.
"Ce type de répétabilité haute résolution depuis l'espace n'a jamais été disponible auparavant, " dit McCabe. " Il a le potentiel de transformer les champs, telles que la gestion et la réponse aux catastrophes en surveillant et en dirigeant les efforts de secours, ou pour suivre les changements environnementaux en identifiant la déforestation illégale en Amazonie, par exemple. Si nous pouvons observer et identifier les problèmes avant, ou au fur et à mesure qu'ils surviennent, nous pouvons prendre des mesures pour y remédier."
L'équipe de McCabe a récemment lancé un projet conforme à la Vision 2030 du gouvernement saoudien qui utilise les données de CubeSats et d'autres satellites pour aider à surveiller les problèmes d'eau et de sécurité alimentaire. L'agriculture utilisant de grandes quantités des réserves limitées d'eau douce du Royaume, l'équipe utilisera ces données satellitaires pour surveiller la santé des cultures et les taux d'irrigation afin de se faire une idée précise de la consommation d'eau du pays. Ce travail aidera à orienter les politiques futures en matière de sécurité de l'eau.
De la même manière, l'état de la sécurité alimentaire mondiale pourrait être analysé à l'aide des données de CubeSats. Comme l'équipe de McCabe l'a récemment démontré, il est désormais possible de récupérer quotidiennement des images de haute qualité de champs individuels, jusqu'à une résolution de trois mètres. De ces, les techniques d'apprentissage automatique peuvent évaluer la santé et l'état des cultures individuelles à l'aide de mesures, tels que l'indice de surface foliaire et les taux de transpiration. Cela permettra des prévisions plus précises des rendements potentiels et peut vérifier quand et où les problèmes commencent, permettre aux agriculteurs de prendre les mesures appropriées.
"La technologie CubeSat nous permet également d'interroger les données pour savoir quelles cultures sont cultivées où, " ajoute McCabe. " Dans les pays africains, par exemple, il existe peu de documents montrant ce que chaque agriculteur cultive sur son petit lopin de terre. Ces informations pourraient être transférées dans des bases de données pertinentes à l'échelle mondiale pour aider à résoudre les problèmes de sécurité alimentaire en suivant l'approvisionnement. »
Les CubeSats sont actuellement en grande partie construits et lancés par des sociétés commerciales, bien que les agences spatiales, comme la NASA et l'ESA, financent également certaines initiatives CubeSat et nano-sat.
"J'ai développé une forte collaboration avec une société CubeSat appelée Planet, " dit McCabe. " Les données de leurs missions CubeSat sont disponibles pour les scientifiques dans tous les domaines différents pour l'analyse - c'est une ressource incroyable. Bien que la plupart des CubeSats ne soient pas chers, composants de qualité recherche, ce qui signifie que l'étalonnage peut être un problème, nous travaillons sur une gamme de techniques innovantes d'apprentissage automatique et de modélisation qui fournissent des données de recherche de qualité pour l'observation de la Terre."
McCabe voit le potentiel de CubeSats en fournissant de nouvelles connaissances dans les sciences de l'environnement, mais aussi en fournissant une plate-forme pour la démonstration de nouveaux capteurs et technologies dans l'espace. En exploitant ces systèmes émergents, stratégies qui répondent à certains des principaux défis mondiaux en matière d'alimentation, l'eau et l'environnement pourraient bientôt être mis en œuvre.
