Az első, SPOT-1 nevű műholdat (7.9. ábra), 1986. február 22-én a francia guyanai Kourou Rakétaközpontból indították útjára. A műhold új fejezetet nyitott a műholdas távérzékelés történetében, hiszen ez volt az első nem kísérleti jellegű műhold, melyen vonal-soros (linear array) szenzort és az ún. push-broom felvételező technikát alkalmaztak. Szintén első volt abban a tekintetben, hogy optikai rendszere változtatható, irányítható volt. Ez lehetővé tette, hogy a függőleges, nadír helyzetű képek mellett oldalirányú (off nadír) felvételeket is készítsen. Lehetőség nyílt a teljes képű sztereografikus felvételek készítésére oly módon, hogy két különböző pályán is teljes képi fedést lehetett elérni ugyanarról a területről.

7.8. ábra - A SPOT műhold vázlatos felépítése

^[8]

A Landsat sorozathoz hasonlóan a SPOT-1 is cirkuláris, közel-poláris, nap-szinkron pályán keringett. A periódus idő 101,4 perc, pályamagasság 832 km, az inklináció szöge 98,7° volt. A SPOT-1 leszálló pályáján helyi idő szerint mindig délelőtt 10 óra 30 perckor haladt át a földrajzi Egyenlítő fölött. Így az északi széles-ségek fölött mindig valamivel 10 óra 30 perc előtt, a déli szélességek felett ezen idő után haladt át. Pl. a 40° északi szélességet 10 óra után, a 40° déli szélességet 11 óra előtt néhány perccel keresztezte.

A SPOT-1 pályája 26 naponként ismétlődött, vagyis a földfelszín egy adott pontját ilyen gyakorisággal lehetett ugyanabból a látószögből vizsgálni. A rendszer már említett változtatható tükörállása miatt, a pályán oldalirányban is vizsgálható egy terület 1 és 4 (esetenként 5) naponként újra, függően a terület szélességi pozíciójától. Ha tekintünk egy olyan 26 napos periódust, melynek első és utolsó napja adott alkalmat a közvetlen nadír helyzetű képkészítésre, akkor a 45° szélességen 11 képkészítési alkalom adódott (D = kezdő vagy nadír nap): a D, D+1, +5, +6, +10, +11, +15, +16, +20, +21, és a D+25 nap  (III.20a.ábra). Az Egyenlítő egy adott pontján összesen 7 (D, D+5, +10, +11, +15, +16, +21 nap) lehetőség volt a felvételezésre (III.20b. ábra).

7.9. ábra - A SPOT többszörös területfedése a 45° szélességen (a) és az Egyenlítőn (b)

^[9]

Az oldalratekintés megnöveli a lehetséges fedési gyakoriságok számát olyan területek fölött, melyek gyakran felhővel fedettek, másrészt lehetőséget biztosít egy terület rövid idő alatti többszörös felvételezésére (pl. egymást követő napokon, több napon vagy héten keresztül) nagy sűrűséggel. Igaz, az időkülönbség miatt a sztereo-felvételek változó körülmények (pl. felhőborítottság) között készülhetnek.

A SPOT 1-2 fedélzeti szenzorai

A rendszer tömege kb. 1750 kg, a műhold központi teste 2x2x3,5 m-es. A napelemek oldalirányú kiterjedése 15,6 m. A SPOT modulszerű, amely biztosítja a különböző műszerek cserélhetőségét a fedélzeten. Ezért az elkövetkező SPOT műholdak esetében jelentősebb módosítások nélkül megoldható a szenzorok cseréje.

A SPOT-1 fedélzeti szenzora két független nagyfelbontású képkészítő, ún. HRV (High-Resolution-Visible imaging system) rendszert és segéd mágnesszalag egységet tartalmazott. Mindkét HRV két különböző módban készített képeket.

A HRV ún. push-broom érzékelési technikát alkalmazott. E felvételezési technika alapja a detektor sor (CCD - Charge Couple Device). A CCD egy 13x13 µm-es nagyságú szilícium chip, vagyis egy szilárd állapotú szen-zor, mely érzékeli a sugárzást.

Amikor a fény vagy az infravörös sugárzás eléri a CCD felületét, elektromos töltés keletkezik. A töltés erőssége arányos a fény intenzitásával és az expozíciós idővel. A CCD sokkal nagyobb fényintenzitási tartományt képes érzékelni, mint a fény-képezéskor használt filmek vagy a vidikon (televíziós) kamerák. Egy soros, egy-dimenziós CCD nagyon sok elemet tartalmazhat, pl. 10240, 6000 vagy 3000 detektor kerül egy sorba. Kis méretük, súlyuk, nagy fényérzékenységük miatt számos távérzé-kelési rendszerben alkalmazzák már.

A soros érzékelő merőlegesen helyezkedik el a műhold mozgási irányára. A detektorban rögzül és azonnal továbbadódik az érzékelt fény intenzitása, így létrejön a kép egy sora. Az újabb sor előállításához a szenzor elmozdul a vizsgált terület felett, s mintegy újra végigsöpri a felszínt. Ezért nevezik a rendszert push-broom, toló-pásztázó érzékelésnek.

A CCD előállítja a kép egy sorát a módnak megfelelő pixelszámmal. Ennek a rendszernek többek között az az előnye a forgótükrös-pásztázó rendszerrel szemben, hogy itt nincs szükség mozgó alkatrészekre. Ezzel nemcsak megnő a rendszer élettartama, de kiküszöbölődnek a tükör sebességváltozásaiból származó geometriai hibák. Ugyanakkor a vonalsoros detektorok alkalmazásával a felvételezési idő megnő és hosszabb lesz mint más technikát alkalmazó rendszerekben. Ez megnöveli a vonal-soros berendezések jel/zaj arányát, ezáltal tovább javul a kép minősége.

Ahhoz, hogy a soros detektor 2-dimenziós képet állítson elő, az érzékelő mozgására van szükség. Ez történhet úgy is, hogy a kamerát rögzítjük és a kamera optikai rendszerét mozgatjuk. A HRV szenzor úgy állított elő a képet, hogy a műhold folyamatos mozgása közben soronként készítette el a képet (7.11. ábra).

7.10. ábra - Vonal-soros képalkotó technika

Mindegyik HRV négy db CCD alrendszert tartalmazott. A 6000-elemes soros érzékelő a pankromatikus módban az adatokat 10 m-es felbontásban rögzíti. A 3 db 3000-elemes érzékelő a multispektrális mód 3 sávját rögzíti 20 m-es felbontásban. Az analóg-digitális konverter az adatokat 0–255 közötti egész számokká alakítja át, az adatátviteli sebesség 25 Mbps. Mindegyik berendezés látószöge (AFOV) 4,13° és nadír helyzetben minden HRV kép szélessége 60 km. A HRV optikai rendszerének első eleme egy síktükör, amely földi parancsra elforgatható ±27°-kal (7.12. ábra).

7.11. ábra - A SPOT nadír és off-nadír tükörállásai

Az elforgatás 45 lépésben 0,6°-os lépésközzel végezhető el. Ez megengedi azt, hogy az eszköz bármelyik olyan pontról képet tud készíteni, amelyik a nadír helyzet-hez képest, 475 km-es sávon belül fekszik a műhold földi pályától jobbra vagy balra (7.12. ábra). A rálátás szögének változása miatt természetesen nő az érzékelt terület nagysága is. A 27°-os maximális oldalirányú tükörállásnál a lefedett terület szélessége már 80 km (romlik a geometriai felbontás). A tükör a Földről programozható a megrendelő igénye vagy a bekövetkezett esemény elhelyezkedésének megfelelően.

Amikor a két szomszédos HRV nadírhelyzetben szomszédos területeket fed le, a teljes képszélesség, a két kép közötti 3 km-es átfedés miatt 117 km (13. ábra). Bár mindkét HRV képes egyidejűleg pankromatikus és multispektrális kép készí-tésére 4 adatáramban, de csak 2 adatáram átvitele lehetséges egyidejűleg. Így a 117 km széles területről vagy csak pankromatikus vagy csak multispektrális adat továb-bítható, egyszerre mindkettő nem.

7.12. ábra - A SPOT műhold oldalra (off-nadír) tekintési lehetősége

A HRV oldalirányú (nem nadír helyzetű) képkészítési lehetősége biztosítja a sztereografikus képkészítést is. A műhold különböző pályákon haladva ugyanarról a területről készít képet (7.14.ábra), s így érhető el a sztereohatás.

7.13. ábra - A SPOT műhold sztereokép készítési lehetősége

A sztereografikus fedés gyakorisága az adott hely földrajzi helyzetétől, szé-lességi koordinátájának értékétől függ. A 45° szélességen (7.10a ábra), a 26 napos pályaciklus alatt 6 lehetőség van, hogy egymást követő napokon készüljön sztereo-fedés: D és D+1, D+5 és D+6, D+10 és D+11, D+15 és D+16, D+20 és  D+21, valamint a D+25 és a következő ciklus D napján. Az Egyenlítőn (7.10b ábra) csak 2 lehetőség nyílik a sztereokép készítésre két egymást követő napon (D+10 és D+11, D+15 és D+16 napokon). A képközéppontok horizontális távolságának és a vertikális magasságnak az aránya (bázisviszony) változik a szélességgel. A 45° szélességen kb. 0,5 és ez fokozatosan nő az Egyenlítő felé haladva, ahol kb. 0,75.

Ha a sztereografikus fedéskor nem szükséges, hogy a felvételek két egymást követő napon készüljenek, akkor a lehetséges sztereopárok száma tovább nőhet.

A megfigyelési eredmények folyamatosan a SPOT-1 fedélzeti számítógépe segítségével Toulouseba, Franciaországba és egyéb földi vevőállomáshoz továbbí-tódtak, miközben a műhold folytatta az útját.

A két HRV-t egymástól függetlenül kezeték. A Földről módosítható volt a két berendezés látószöge, a spektrális üzemmód, a képkészítés ideje és az adattovábbítás módja. Ha a műhold az állomás kb. 2600 km-es sugarú környeze-tében volt, az adatok általában közvetlenül a fogadóállomáshoz juttottak. Ebben a körzetben a műhold mindig legalább 5°-kal a horizont felett volt. A fedélzeti mágnesszalag egység tárolt adatait akkor továbbították a Földre, ha olyan terület képi feldolgozása folyt, amely kívül esett a vevőállomás adott körzetén. Ilyen esetekben a felvett képek folytatólagosan továbbítódtak Toulouseba vagy Kirunába (Svédország). Toulouseban pl. naponta 700 db 60x60 km-es SPOT-3 képet rögzítettek.

XS = multispektrális adatátvitel, P = pankromatikus adatátvitel

A SPOT HRV 1-2 adattovábbítási lehetőségek

Az első SPOT műhold 1986-os felbocsátása után, a sorozat további négy tagját indították el. A SPOT-2 műholdat 1990. január 22-én, SPOT-3-at 1993. szeptember 22-én, a SPOT-4-et 1998. március 24-én és legutoljára a SPOT-5-öt 2002. május 4-én bocsátották fel.

A SPOT-1 műhold tervezői a műhold élettartamát két és fél évre becsülték. Az 1986. február 22-én felbocsátott műhold majdnem 4 évet üzemelt és csak 1990. december 31-én végén helyezték üzemen kívül. Ekkor sem technikai hiba miatt vo-nult nyugalomba, továbbra is működőképes maradt, de felváltotta a SPOT-2 műhold. A SPOT-2 műhold 2004 elején még működött.

Az 1990-es évek elején az erőteljes felhasználói igény jelentkezése miatt a SPOT Image kérte a CNES-t, a műhold kezelőjét, hogy újra kapcsolja be a SPOT-1 műholdat. Ez a művelet 1992. március 20-án sikerült. Először ellenőrizték a fedélzeti képkészítő műszereket és újrakalibrálták a detektorokat. A műhold 1992. október végéig működött ismét, ekkor újra készenléti állapotba helyezték. Ezzel a SPOT-2 műholddal együtt, jelentősen hozzájárult a nyári vegetációs időszak, a tenyész-időszak monitoringjához.

1993. szeptember 26-án 2 óra 45 perckor sikeresen elindították a SPOT-3 műholdat az Ariane 40 hordozórakétával. Az indítás helye a francia űrkísérleteknél megszokott Kourou (Francia Guyana) volt. Az első két hónapban a kezdeti pálya és műszer ellenőrzés zajlott le, de az adatok eközben is sikeresen eljutottak a főbb fogadóállomásokra: Kiruna (Svédország), Issus-Aussaguel (Toulouse). A SPOT-3 mintegy 3 évnyi működés után 1997. november 14-én egy véletlen hiba miatt leállt.

A SPOT-3 majdnem teljesen azonos volt az 1990. január 22-én felbocsátott SPOT-2 műholddal. A SPOT-3 fedélzetén elhelyezett mágnesszalagos tároló hosz-szabb élettartamot biztosított. A keményebb, kevésbé gyűrő írófej, az új típusú mág-nesszalag és az aktív szalagvezető megakadályozta a szalagvégek nyúlását.

Összefoglaló táblázat a SPOT 1-3 műholdakról

A SPOT-4 műholdat 1998. március 24-én, a SPOT-5 műholdat 2002. május 4-én indították útjára. Mindkét műhold két azonos optikai képkészítő berendezést, két szalagos adattárolót és egy az adatok továbbítására alkalmas telemetriai rendszert tartalmaz.

A HRV szenzor helyett, annak továbbfejlesztett változata, a HRVIR nevű berendezés kapott helyet a SPOT-4 műholdon. A meglévő három spektrális sáv mellett még egy új, közepes-infravörös sávban (1,58–1,75 µm) méri a szenzor a visszavert energiát. A pankromatikus sávot (0,51–0,73 µm) kicserélték a 2. multispektrális sávra (0,61–0,68 µm). A fedélzeti tárolóegységek kapacitását megnövel-ték 40 percre és egy másik 10 Gbit-es tárolót is rendszerbe állítottak.

Magyar szempontból a rendszer külön érdekessége, hogy a HRVIR-2 beren-dezéssel az első képet 1998. március 27-én 9 óra 38 perc 26 mp-kor (UTC) a 113. pályán, 18,9°-os oldalra tekintés mellett Mohács középponttal készítették.

7.14. ábra - Az első SPOT4 felvétel 1998. március 27-én, Mohács a kép közepétől délre (©copyright CNES 1998)

^[10]

7.15. ábra - A SPOT felvétel a Sanghai expo területéről (©copyright CNES 2010)

A képkészítő rendszeren kívül egyéb műszerek is helyet kaptak a SPOT-4 műholdon, ezek a VEGETATION, a DORIS és a PASTEL.

A VEGETATION szenzor

A VEGETATION programban a Francia Űrügynökség (CNES) irányítá-sával számos Európai Uniós ország vesz részt. A program célja a termesztett mező-gazdasági növények és a szárazföldek növényvilágának monitoringja. A SPOT-4 műholdon helyezték el a VEGETATION-1 nevű berendezést és segítségével naponta majdnem teljes, globális lefedés érhető el 1 km-es térbeli felbontás mellett. A VEGETATION-1 a SPOT-4 képkészítő rendszerétől (HRVIR) függetlenül működik, spektrális tartományai azonban megegyeznek a HRVIR spektrális sávjaival. A VEGETATION berendezés hasonló felbontású mint az AVHRR szenzor, de azzal szemben nem meteorológiai alkalmazásokra, hanem kifejezetten a növényzet vizsgálatára tervezték, ezért a spektrális sávok is jobban megfelelnek az ilyen jellegű feladatok megoldására. A vörös, a közeli- és a közepes infravörös sávok a növényzet elemezését szolgálják, míg a kék sáv adatai az atmoszférikus korrekciót teszik lehetővé.

7.16. ábra - A SPOT VEGETATION Globális 10 napos MVC összegző kép 21/03/1999 - 31/03/1999. között (©copyright CNES 1999, VITO)

A VEGETATION és a HRVIR ugyanazt a geometriai referencia rendszert használja, így a nagy térbeli felbontású HRVIR képek támogatják a részletes modellek készítését, valamint a VEGETATION adatok minősége is javítható a vonal-soros szenzor segítségével.

A berendezés által lefedett terület szélessége 2250 km, s miután a műhold 14 fordulatot tesz meg naponta, a 35° szélességi körnél magasabb szélességeken fekvő területek esetében biztosított a naponkénti felvételezés.

A VEGETATION berendezés adatait archiválják és on-line katalógus^[11] alapján kereshetjük meg a szükséges felvételeket az Interneten keresztül. A 3 hónapnál korábban készült felvételek ingyenesen hozzáférhetők és megrendelhetők elektronikusan vagy valamilyen digitális adathordozón. A VEGETATION-2 berendezés megegyezik a VEGETATION-1 felépítésével. Az adattároló kapacitását tovább növelték (90 Gbit), mely 200 kép tárolására elegendő.

7.17. ábra - A SPOT VEGETATION Globális 10 napos MVC összegző kép 21/03/1999 - 31/03/1999. között Franciaország ÉNY-i része, La Manche, Doveri-szoros és Nagy-Britannia DK-i része (©copyright CNES 1999, VITO)

A HRS és HRG – a SPOT-5 képalkotó rendszerei

A SPOT-5 műholdon a korábbi képkészítő rendszert tovább módosították.

A két HRG (High Resolution Geometric) berendezés 4-féle térbeli felbontással készít képet egy 60 km széles területről:

7.18. ábra - A SPOT5 HRG 2,5 m felbontásű űrfelvétel Peking a Tiltott város részéről (©copyright CNES 2002)

A HRS (High Resolution Stereoscopic) nevű berendezés lehetővé teszi, hogy sztereoképek készüljenek a SPOT műholdon. A műhold pályáján haladva az előre tekintő szenzorával készít képet a földfelszínről a helyi függőlegestől eltérően előre, 20°-os szögben. 90 mp múlva a műhold a pályáján haladva a hátra tekintő szenzorával, ugyanúgy 20°-os szög alatt, látja ugyanazt a felszíni terület. A sztereo-képek pankromatikus sávban, 10 m-es felbontással, 120 km széles területről, maximálisan 600 km-es hosszúságban készülhetnek.

7.19. ábra - A SPOT5 HRS felvétele alaján készült 3D-s modell (©copyright CNES 2002)

A korábban részletesen bemutatott oldalra tekintő képkészítési lehetőség megmaradt a HRG szenzoroknál is, így különböző pályákról készülhetnek sztereofelvételek adott területről. Három működő műhold esetében, elméletileg lehetőség van arra, hogy a sztereoképek ugyanazon a napon készüljenek.

A SPOT műholdak sztereokép-készítési lehetőségei

A SPOT-6 műhold felbocsátását 2012-ra a SPOT-7 műholdét 2014-re tervezik. Mindkét műhold várhatóan 2023-ig tud felvételeket készíteni. A pankromatikus sávban a geometriai felbontás 1,5 m, a multispektrális sávokban 6 m lesz.

A SPOT műholdak felvételeiből készült képgaléria a következő címen érhető el: http://www.spot.com/web/SICORP/443-sicorp-gallery.php