Kunstmaan made in Belgium is manusje-van-alles
Hij is niet groter dan een wasmachine maar de in België gebouwde satelliet Proba is bijzonder actief. Proba heeft de kleinste hyperspectrale camera die ooit de ruimte inging aan boord. De opnamen vinden hun toepassing in onder meer de landbouw, het opvolgen van de waterkwaliteit en het inschatten van de schade bij bosbranden en andere rampen.
Proba of Project for Onboard Autonomy werd in oktober 2001 gelanceerd en meet amper 60 x 60 x 80 centimeter. Het belangrijkste instrument aan boord is de Compact High Resolution Imaging Spectrometer, kortweg CHRIS.
Vanuit zijn baan op een hoogte van 600 kilometer boven het aardoppervlak maakt Proba met CHRIS opnamen die een vierkant gebied met een zijde van 14 kilometer tonen. Daarbij zijn details van 18 meter te zien. De beelden worden gecombineerd met tot 19 van in totaal 62 spectrale banden.
Dat levert extra informatie over het milieu op. Proba kan ook gecontroleerde rolbewegingen uitvoeren en aldus eenzelfde gebied onder verschillende hoeken zien.
Proba is heel bijzonder en dat is onderzoekers wereldwijd niet ontgaan. Eind april kwamen 40 specialisten ter zake bij elkaar in de ESA-vestiging European Space Research Institute (ESRIN) in Frascati, Italië. Ze bekeken drie dagen tijdens de tweede CHRIS/Proba Workshop hoe ze CHRIS nu gebruiken en hoe ze dat in de toekomst kunnen doen.
"Proba werd gelanceerd om technologie te demonstreren en heeft om die reden allerlei experimentele apparatuur aan boord, zoals ook CHRIS", aldus Evert Attema van de Scientific Campaign Unit van ESA.
"Toen Proba eenmaal in een baan om de aarde draaide ontdekten we dat de satelliet in CHRIS veel beter dan voorzien presteerde. We deden een oproep aan onderzoekers die van de gegevens van CHRIS wilden gebruikmaken. We kregen van zo'n 60 verschillende groepen antwoord."
Een blik op het landleven
CHRIS kan zowel hyperspectrale gegevens verzamelen en opnamen maken onder verschillende hoeken. Daarom is het instrument bijzonder nuttig om vegetatie op het land te bekijken. Zo doet Francois Kayitakire van de UCL in België onderzoek in het 10.000 hectaren groot bos van Nismes.
Met de hyperspectrale mogelijkheden van CHRIS kon hij verschillende soorten bomen identificeren terwijl schaduwen, waargenomen onder verschillende hoeken, informatie opleverden over de dichtheid van de bebossing, de hoogte van de bomen en de grootte van de takken.
Ray Merton van de School of Biological, Earth and Environmental Sciences van de universiteit van New South Wales in Australië vertelt hoe zijn team opnamen van CHRIS gebruikt als onderdeel van onderzoek naar hoe de reflecterende eigenschappen van katoen kunnen gebruikt worden om de gezondheidstoestand, rijpheid en opbrengst ervan in te schatten.
De leden van het team van Merton bekijken de spectrale eigenschappen van katoen op verschillende niveaus: ze onderzoeken individuele katoenbladeren in het labo, maken hyperspectrale opnamen vanuit vliegtuigen en gebruiken gegevens van Amerikaanse Landsat-kunstmanen. De gegevens van CHRIS leggen volgens Merton een link tussen de opnamen vanuit een vliegtuig en de Landsat-beelden.
Het onderzoek van Merton werd fel gehinderd door droogte in het testgebied, maar CHRIS kon evengoed onderscheid maken tussen verschillende soorten katoen, gewassen die een grote, normale of kleine hoeveelheid water bevatten en de vruchtbaarheid van de onderliggende grond.
Zelfs voor water
CHRIS was ontworpen om het land te bestuderen maar een aantal teams bekijken hoe het instrument ook kan gebruikt worden om door land omgeven water of kustgebieden te bekijken. Ramon Pena-Martinez van het hydrografisch centrum van het Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) in Spanje verklaart hoe hij CHRIS wil gebruiken ter ondersteuning van een project waarbij de Medium Resolution Imaging Spectrometer(MERIS) aan boord van de ESA-aardobservatiesatelliet Envisat wordt gebruikt.
Daarbij wil men sporen van mogelijk schadelijk phytoplankton in Spaanse waterreservoirs waarnemen. "In Spanje valt de meeste regen in het noorden. Daarom bevinden zich in het land honderden grote reservoirs om het water te verdelen waar het nodig is", zegt Pena-Martinez.
"We willen bij een aantal testreservoirs aanwijzingen van concentraties van phytoplankton en de algehele waterkwaliteit nagaan. We willen daarbij graag elke beschikbare hyperspectrale sensor gebruiken, waaronder instrumenten aan boord van vliegtuigen. De maandelijkse ontvangst van gegevens van CHRIS is voor ons een belangrijke bijkomende hulp."
De strijd tegen brand
CHRIS zal zijn krachten ook bundelen met een andere minisatelliet om na te gaan wat de gevolgen zijn van bosbranden op lange termijn. Proba werd samen met de satelliet BIRD (Bi-Spectral Infrared Detection) van het Duitse DLR gelanceerd met een Indiase raket. BIRD moet onder meer branden op het aardoppervlak waarnemen.
Dieter Oertel van DLR omschrijft een gezamenlijk onderzoeksprogramma. CHRIS zal gebieden die BIRD vorig jaar heeft waargenomen opnieuw bekijken om te zien hoe groot de omvang was van bosbranden in Spanje, Portugal, Australië en Siberië en welke vegetatie er terug groeit.
"Brand zorgt voor de meest actieve veranderingen in het milieu", zegt Oertel. "Bij veel ecosystemen zijn branden soms een zegen en een stabiliserende factor voor het milieu. Maar zeer intensieve branden kunnen vernietigender zijn en leiden tot de vernietiging van plantensoorten, verarming van de bodem, overstromingen en landverschuivingen. Met de gegevens van de twee satellieten kunnen we een systeem ontwikkelen om te bepalen of een brand schadelijk is of niet."
Nasleep van rampen
CHRIS kan ook opnamen maken bij rampen. Zo maakte het instrument in december 2003 een opname van overstromingen in het Franse Arles. Er wordt nu een archief van gegevens van CHRIS samengesteld en men denkt eraan de opnamen van het instrument te vergelijken met beelden van de SPOT- en Landsat-satellieten.
Qingxi Tong van het Institute of Remote Sensing Applications van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing zegt dat China heel veel belangstelling heeft voor hyperspectrale opnamen. Die kunnen gebruikt worden voor allerlei zaken van mijnprospectie tot hulp bij rampen. In het kader van het gezamenlijk programma Dragon van ESA en China wil men in de zomer met CHRIS opnamen maken van gebieden bij Beijing die gevoelig zijn voor overstromingen.
Achtergrond
Proba of Project for On Board Autonomy is een ESA-microsatelliet van amper 100 kilogram die gebouwd werd door een industriaal consortium onder leiding van het Belgische bedrijf Verhaert. De kunstmaan werd in oktober 2001 gelanceerd met een Indiase lanceerraket vanaf de basis Sriharikota in India. Hij wordt gevolgd vanuit het ESA-grondstation in Redu in de provincie Luxemburg.
Proba draait in een baan op een hoogte van 600 kilometer boven het aardoppervlak en was eigenlijk een technologische demonstratiemissie van één jaar. Maar hij heeft zijn operationele levensduur al ruimschoots overschreden en voert nu een aardobservatiemissie uit. Daarbij maakt Proba routinematig voor onderzoekers gedetailleerde opnamen van het milieu met CHRIS. Dit door het Britse Sira Electro-Optics Ltd ontworpen instrument is één van de belangrijkste aan boord van de satelliet.
Proba heeft een 'intelligente' nuttige lading aan boord en kan eenzelfde plek op de aarde onder verschillende hoeken en in een grote combinatie van verschillende zichtbare en infrarode spectra waarnemen. Er wordt al gedacht aan een opvolger. Proba 2 moet rond 2005 de ruimte ingaan.
De unieke mogelijkheden van Proba zijn ook van belang bij de ontwikkeling van de missie Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis (SPECTRA). Deze satelliet is bedoeld om vegetatie op de aarde te bestuderen. Indien geselecteerd zou SPECTRA rond 2012 gelanceerd worden.
