Мультиспектральний іміджер-поляриметер космічного проекту «Аерозоль-UA»

Синявський, ІІ, Іванов, ЮС, Сосонкін, МГ, 1Міліневський, ГП, Кошман, ГВ
1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ
Косм. наука технол. 2018, 24 ;(3):23-32
https://doi.org/10.15407/knit2018.03.023
Мова публікації: Українська
Анотація: 
Аерозолі в земній атмосфері є найменш вивченим компонентом, через що є певна невизначеність в оцінці їхнього впливу на радіаційний баланс планети. Більше того, інформації про глобальний розподіл антропогенних аерозолів практично немає, що вкрай ускладнює тестування і поліпшення моделей переносу аерозолів в атмосфері і прогрес в розумінні антропогенного впливу на клімат та довкілля. Після невдалого запуску місії Glory у 2011 році з’явився розрив у наявності сучасних аерозольних орбітальних інструментів, тому, що запуски аналогічних типів приладів заплановані на 2019 рік і пізніше. Це одна з причин того, що ми розглядаємо науковий космічний проект з аерозольним сканувальним поляриметром «СканПол», та мультиспектральним іміджером-поляриметром (МСІП) на борту космічного апарата як своєчасну місію, яка дозволить отримати необхідні мікрофізичні і хімічні параметри, визначивши показник заломлення природних і антропогенних аерозолів. 
            Основним призначенням одного з приладів проекту «Аерозоль-UA» інструмента МСІП є проведення поляриметричних та фотометричних вимірювань розсіяного сонячного випромінювання з метою подальшого отримання інформації про характеристики аерозолів, а також визначення впливу хмарності на вимірювання з поляриметром «СканПол». Запропонована власна концепція оптичної схеми іміджера-поляриметра, яка базується на принципі поділу вхідного зображення на чотири квазіідентичні вторинні зображення. Такий підхід дозволяє уніфікувати оптичну схему каналів поляриметра, яка дозволяє трансформувати поляризаційний канал у фотометричний канал з чотирма субканалами із різними спектральними діапазонами. Така трансформація виконується заміною секторного поляризатора на секторний фільтр з чотирма різними довжинами хвиль у кожному секторі. Поляриметр МСІП складається з п’яти оптичних каналів з полем зору 60×60°. Три канали є поляризаційними, кожний з яких дозволяє проводити поляриметричні вимірювання трьох параметрів Стокса I, Q, U в центральних довжинах хвиль  = 410, 555, 865 нм зі спектральними півширинами FWHM = 20 нм. Два канали МСІП призначено для фотометричних вимірювань у восьми спектральних діапазонах з центральними довжинами хвиль = 410, 443, 470, 490, 555, 670, 865, і 910 нм зі спектральними півширинами FWHM = 20...40 нм. Проведено розрахунок та оптимізацію кожної із оптичних схем та моделювання механічної конструкції поляриметра. Виготовлено, складено та від’юстовано експериментальний зразок одного з оптичних каналів поляриметра МСІП. Попередні результати дослідження продемонстрували збіжність теоретичних та експериментальних розрахунків оптичної схеми каналів МСІП. Слід зауважити, що дослідження проводилися без поляризаційного елемента. Подальші етапи будуть пов’язані з лабораторним дослідженням та калібруванням поляризаційних характеристик МСІП, зокрема з оцінюванням інструментальної поляризації та визначенням можливостей її врахування
Ключові слова: аерозолі, зображувальний поляриметр, космічний експеримент
References: 
1. Vidmachenko A. P., Ivanov Yu. S., Syniavskyi I. I. The development of the imaging polarimeter’s polarizer on the basis of the polarizing film. Kosm. nauka tehnol., 21 (4), 19—23 (2015) [in Ukrainian ].
2. Syniavskyi I. I., Milinevsky G. P., Ivanov Yu. S., Sosonkin M. H., Danylevsky V. O., Rozenbush V. K., Bovchalyuk A. P., Lukenyuk A. A., Shymkiv A. P., Mischenko M. I. Methodology, hardware implementation, and validation of satellite remote sensing of atmospheric aerosols: first results of the AEROSOL-UA space experiment development. Kosm. nauka tekhnol., 21 (3), 9—17 (2015) [in Ukrainian].
3. Sljusarev G. G. Design of optical system. Leningrad: Mashinostroenie, 640 p. (1975) [in Russian ].
4. Smerdov E. I., Vajsero M. V., Dobrushyna M. G., Kavun V. V. [Features of the integration of the «YuzhSat» microsatellite platform with various types of payload. 17th Ukrainian Conference on Space Research: Abstracts, P. 145 (Odesa, 2017) [in Russian].
5. Alexandrov M. D., Cairns B., Mishchenko M. I. Rainbow Fourier transform. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer110, 402—408 (2009).
6. Bréon F. M., Goloub P. Cloud droplet effective radius from spaceborne polarization measurements. Geophys. Res. Lett., 25, 1879—1882 (1998).
7. Dubovik O., Herman M., Holdak A., Lapyonok T., Tanr D., Deuzé J. L., Ducos F., Sinyuk A., Lopatin A. Statistically optimized inversion algorithm for enhanced retrieval of aerosol properties from spectral multiangle polarimetric satellite observations. Atmos. Meas. Tech., 4, 975—1018 (2011).
8. Dubovik O., Lapyonok T., Litvinov P., Herman M., Fuertes D., Ducos F., Torres B., Derimian Y., Huang X., Lopatin A., Chaikovsky A., Aspetsberger M., Federspiel C. GRASP: a versatile algorithm for characterizing the atmosphere. SPIE Vol. Newsroom (2014).
doi:10.1117/2.1201408.005558
9. Hansen J., Rossow W., Carlson B., Lacis A., Travis L., Del Genio A., Fung I., Cairns B., Mishchenko M., Sato M. Low cost long term monitoring of global climate forcings and feedbacks. Climatic Change31, 247—271 (1995).
10. Kokhanovsky A. A., Davis A. B., Cairns B., Dubovik O., Hasekamp O. P., Sano I., Mukai S., Rozanov V. V., Litvinov P., Lapyonok T., Kolomiets I. S., Oberemok Y. A., Savenkov S., Martin W., Wasilewski A., Di Noia A., Stap F. A., Rietjens J., Munro R. Space-based remote sensing of atmospheric aerosols: The multi-angle spectro-polarimetric frontier. Earth-Sci. Rev., 145, 85—116 (2015).
11. Llull P., Myhre G., Pau S. Lens array Stokes imaging polarimeter. Meas. Sci. Technol., 22, 065901 (2011).
12. Milinevsky G., Yatskiv Ya., Degtyaryov O., Syniavskyi I., Mishchenko M., Rosenbush, V., Ivanov Yu., Makarov A., Bovchaliuk A., Danylevsky V., Sosonkin M., Moskalov S., Bovchaliuk V., Lukenyuk A., Shymkiv A., Udodov E. New satellite project Aerosol-UA: Remote sensing of aerosols in the terrestrial atmosphere. Acta Astronautica, 123, 292—300 (2016).
13. Mishchenko M. I., Cairns B., Kopp G., Schueler C. F., Fafaul B. A., Hansen J. E., Hooker R. J., Itchkawich T., Maring H. B., Travis L. D. Accurate monitoring of terrestrial aerosols and total solar irradiance: introducing the Glory Mission. Bull. Amer. Meteorological Soc., 88, 677—691 (2007).
14. Mishchenko M. I., Geogdzhayev I. V., Liu L., Lacis А., Cairns B., Travis L. Toward unified satellite climatology of aerosol properties: what do fully compatible MODIS and MISR aerosol pixels tell us?. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer., 110, 402—408 (2009).
15. Mu T., Zhang C., and Liang R. Demonstration of a snapshot full-Stokes division-of-aperture imaging
polarimeter using Wollaston prism array. J. Opt., 17 (12), 125708 (2015).
16. Mu T., Zhang C., Li Q., and Liang R. Error analysis of single-snapshot full-Stokes division-of-aperture imaging polarimeters. Opt. Express23, 10822—10835 (2015).
17. Oliva E. Wedged double Wollaston, a device for single shot polarimetric measurements. Astron. and Astrophys. Suppl. Ser., 123 (3), 589—592 (1997).
18. Perreault J. D. Triple. Wollaston-prism complete-Stokes imaging polarimeter. Opt. Lett., 38 (19), 3874—3877 (2013).
19. Pezzaniti J. L., Chenault D. B. A division of aperture MWIR imaging polarimeter. Proc. SPIE, 5888, 58880V (2005).
20. Sinyavskii I.I., Ivanov Yu. S., Vid’machenko A. P. Concept of the construction of the optical setup of a panoramic Stokes polarimeter for small telescopes. J. Opt. Technol., 80 (9), 545—548 (2013).
21. Tanré D., Bréon F. M., Deuzé J. L., Dubovik O., Ducos F., François P., Goloub P., Herman M., Lifermann A., Waquet F. Remote sensing of aerosols by using polarized, directional and spectral measurements within the A-Train: the PARASOL mission. Atmos. Meas. Technol., 4, 1383—1395 (2011).
22. Torres B., Dubovik O., Fuertes D., Schuster G., Cachorro V. E., Lapyonok T., Goloub P., Blarel L., Barreto A., Mallet M., Toledano C., Tanré D. Advanced characterization of aerosol size properties from measurements of spectral optical depth using the GRASP algorithm. Atmos. Meas. Technol., 10, 3743—3781 (2017).
23. Tyo J. S., Goldstein D. L., Chenault D. B., Shaw J. A. Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications. Appl. Opt., 45(22), 5453—5469 (2006).