Vệ tinh NISAR được kỳ vọng sẽ cách mạng hóa ngành nông nghiệp toàn cầu bằng cách cung cấp dữ liệu radar có độ phân giải cao và được cập nhật thường xuyên về cây trồng và độ ẩm đất.
Đột phá này sẽ cho phép nông dân và các nhà hoạch định chính sách tối ưu hóa lịch gieo trồng, tưới tiêu và phân bổ nguồn lực với độ chính xác chưa từng có. Không giống như các vệ tinh truyền thống, radar tần số kép của NISAR có thể xuyên qua mây và tán cây, cung cấp cái nhìn sâu hơn về sinh khối, độ ẩm đất và tình trạng sức khỏe của cây trồng.
Kỷ nguyên mới cho trí tuệ nông nghiệp
Khi được phóng trong năm nay, vệ tinh NISAR (Radar khẩu độ tổng hợp NASA-ISRO) sẽ mang đến dòng dữ liệu mạnh mẽ hỗ trợ nông dân tại Hoa Kỳ và trên toàn thế giới. Được phát triển bởi NASA và Tổ chức Nghiên cứu Không gian Ấn Độ (ISRO), vệ tinh này sẽ theo dõi quá trình phát triển của cây trồng từ lúc gieo hạt cho đến khi thu hoạch, cung cấp những thông tin quan trọng giúp nông dân tối ưu hóa lịch gieo trồng, cải thiện hệ thống tưới tiêu và tận dụng tối đa thời gian của họ.
Được trang bị radar khẩu độ tổng hợp, NISAR sẽ phân tích các đặc tính vật lý của cây trồng và đo độ ẩm trong cả thực vật lẫn đất. Trong khi nó có độ chính xác đủ để giám sát các thửa ruộng nhỏ, lợi thế lớn nhất của NISAR nằm ở khả năng cung cấp phạm vi phủ sóng quy mô lớn và thường xuyên cho các vùng nông nghiệp.
Nông nghiệp chính xác trên diện rộng
Vệ tinh sẽ chụp ảnh gần như toàn bộ bề mặt đất liền của Trái Đất cứ 6 ngày một lần, với độ phân giải có thể phát hiện các thửa ruộng nhỏ chỉ rộng khoảng 9 mét. Mức độ chi tiết này sẽ cho phép người dùng theo dõi những thay đổi hàng tuần trên từng trang trại hoặc phóng to ra để quan sát xu hướng trên quy mô khu vực rộng lớn. Cái nhìn toàn diện như vậy sẽ vô cùng hữu ích cho các nhà hoạch định chính sách và quản lý nông nghiệp khi đưa ra quyết định về sản lượng cây trồng và phân bổ tài nguyên.
Nhờ dữ liệu từ NISAR, các nhà quản lý có thể ước tính thời điểm gieo mạ lúa trên một khu vực và theo dõi chiều cao cũng như sự trổ bông của cây trong suốt mùa vụ, đồng thời giám sát độ ẩm của cây và ruộng trong thời gian thực. Một vụ mùa kém khỏe mạnh hoặc ruộng khô hơn có thể là dấu hiệu cần thay đổi chiến lược quản lý.
“Tất cả đều xoay quanh việc lập kế hoạch và tối ưu hóa tài nguyên, và thời điểm là yếu tố rất quan trọng trong nông nghiệp: Khi nào là thời điểm tốt nhất để gieo trồng? Khi nào là lúc nên tưới tiêu? Đó chính là điều cốt lõi ở đây,” Narendra Das, thành viên nhóm khoa học NISAR và nhà nghiên cứu kỹ thuật nông nghiệp tại Đại học Bang Michigan ở East Lansing cho biết.
Lập bản đồ cây trồng bằng radar tiên tiến
NISAR dự kiến sẽ được phóng trong năm nay từ Trung tâm Vũ trụ Satish Dhawan của ISRO trên bờ biển đông nam Ấn Độ. Khi đi vào hoạt động, vệ tinh này sẽ tạo ra khoảng 80 terabyte dữ liệu mỗi ngày cho các nhà nghiên cứu và người dùng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả nông nghiệp.
Các vệ tinh đã được sử dụng để giám sát cây trồng trên quy mô lớn trong nhiều thập kỷ. Vì sóng vi ba có thể xuyên qua mây, radar có thể quan sát cây trồng hiệu quả hơn trong mùa mưa so với các công nghệ khác như hình ảnh nhiệt và quang học. NISAR sẽ là vệ tinh radar đầu tiên sử dụng hai tần số, L và S-band, cho phép nó quan sát được nhiều đặc điểm bề mặt hơn so với thiết bị chỉ hoạt động ở một tần số duy nhất.
Các kỹ thuật tiên tiến để nhận diện cây trồng
Sóng vi ba từ các radar của NISAR có thể xuyên qua lá của các loại cây trồng như bắp, lúa và lúa mì, sau đó dội lại từ thân cây, đất hoặc nước bên dưới và quay trở lại cảm biến. Dữ liệu này sẽ giúp người dùng ước tính lượng sinh khối phía trên mặt đất trong một khu vực. Bằng cách phân tích dữ liệu theo thời gian và kết hợp với hình ảnh quang học, người dùng sẽ có thể phân biệt các loại cây trồng dựa trên các mô hình tăng trưởng.
Ngoài ra, radar của NISAR sẽ đo sự thay đổi trong phân cực, tức là hướng thẳng đứng và ngang của tín hiệu, sau khi tín hiệu phản xạ trở lại vệ tinh từ bề mặt Trái Đất. Điều này sẽ cho phép áp dụng kỹ thuật gọi là phân cực học (polarimetry), giúp nhận diện cây trồng và ước tính sản lượng mùa vụ với độ chính xác cao hơn.
“Một siêu năng lực khác của NISAR là khi các phép đo của nó được kết hợp với các quan sát vệ tinh truyền thống, đặc biệt là các chỉ số sức khỏe thực vật, nó sẽ nâng cao đáng kể chất lượng thông tin về cây trồng,” Brad Doorn, người quản lý chương trình nghiên cứu tài nguyên nước và nông nghiệp của NASA, cho biết.
Nâng cao dự báo mùa vụ nhờ dữ liệu NISAR
Dữ liệu có độ phân giải cao từ NISAR về các loại cây trồng hiện có và mức độ sinh trưởng của chúng sẽ giúp cải thiện các dự báo về năng suất nông nghiệp.
“Chính phủ Ấn Độ – hoặc bất kỳ chính phủ nào trên thế giới – đều muốn biết diện tích canh tác và ước tính sản lượng mùa vụ một cách chính xác,” Bimal Kumar Bhattacharya, trưởng nhóm ứng dụng nông nghiệp tại Trung tâm Ứng dụng Không gian của ISRO ở Ahmedabad, cho biết. “Dữ liệu chuỗi thời gian được lặp lại với tần suất cao của NISAR sẽ cực kỳ hữu ích.”
Theo dõi độ ẩm đất để canh tác thông minh hơn
Vệ tinh NISAR cũng có thể giúp nông dân đánh giá lượng nước trong đất và thực vật. Nói chung, đất ẩm có xu hướng phản xạ nhiều tín hiệu radar hơn và hiển thị sáng hơn trên ảnh radar so với đất khô. Mối quan hệ tương tự cũng áp dụng cho độ ẩm của cây trồng.
Nhờ những khả năng này, NISAR có thể ước tính lượng nước trong cây trồng suốt mùa vụ để xác định xem chúng có đang bị thiếu nước (water-stressed) hay không, đồng thời sử dụng các tín hiệu phản xạ từ mặt đất để ước lượng độ ẩm đất.
Dữ liệu về độ ẩm đất có thể cung cấp thông tin cho các nhà quản lý nông nghiệp và tài nguyên nước về cách cây trồng phản ứng với các đợt nắng nóng hoặc hạn hán, cũng như tốc độ hấp thụ và bốc hơi nước sau những cơn mưa – những thông tin hữu ích cho việc lập kế hoạch tưới tiêu.
“Các nhà quản lý tài nguyên, những người quan tâm đến an ninh lương thực và việc phân bổ nguồn lực, sẽ có thể sử dụng dữ liệu này để có cái nhìn tổng thể về toàn bộ khu vực của họ,” Rowena Lohman, nhà nghiên cứu khoa học Trái Đất tại Đại học Cornell ở Ithaca, New York, đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu độ ẩm đất trong nhóm khoa học NISAR, chia sẻ.
Box:
Vệ tinh Radar khẩu độ tổng hợp NASA-ISRO (NISAR) là sứ mệnh quan sát Trái Đất mang tính đột phá, đánh dấu sự hợp tác lần đầu tiên giữa NASA và ISRO về phần cứng. NISAR sở hữu radar tần số kép L-band và S-band, cho phép chụp các hình ảnh chi tiết về những biến đổi môi trường, thảm họa thiên nhiên và tác động của biến đổi khí hậu.
Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA chịu trách nhiệm phần việc của Hoa Kỳ trong dự án, cung cấp radar L-band SAR, ăng-ten radar phản xạ, hệ thống truyền thông tốc độ cao, bộ thu GPS, và hệ thống dữ liệu tải trọng. Trung tâm Không gian Goddard của NASA phụ trách quản lý Mạng Không gian Gần, sẽ tiếp nhận dữ liệu từ radar L-band.
Trung tâm Ứng dụng Không gian của ISRO phát triển radar S-band SAR, trong khi Trung tâm Vệ tinh U R Rao cung cấp khung vệ tinh. Sứ mệnh sẽ được phóng bằng phương tiện phóng từ Trung tâm Vũ trụ Vikram Sarabhai, do Trung tâm Vũ trụ Satish Dhawan thực hiện. Sau khi đi vào quỹ đạo, các hoạt động sẽ do ISRO điều hành, còn Trung tâm Viễn thám Quốc gia (NRSC) sẽ tiếp nhận và phân phối dữ liệu S-band.
Sứ mệnh NISAR sẽ hỗ trợ lập bản đồ cây trồng và theo dõi sự phát triển của chúng suốt cả mùa vụ. Sử dụng radar khẩu độ tổng hợp, vệ tinh sẽ có khả năng quan sát cả các thửa ruộng nhỏ lẻ và giám sát xu hướng trên các khu vực rộng lớn, thu thập dữ liệu để hỗ trợ ra quyết định trong nông nghiệp. Ảnh: NASA
NISAR đánh dấu lần đầu tiên các cơ quan vũ trụ của Hoa Kỳ và Ấn Độ hợp tác phát triển phần cứng cho một sứ mệnh quan sát Trái Đất. Hai hệ thống radar của vệ tinh sẽ giám sát những thay đổi trên gần như toàn bộ bề mặt đất và băng của Trái Đất sáu ngày mỗi lần. Ảnh: NASA
