Feasibility study of a mid-wave infrared CubeSat for smart irrigation of agricultural fields. OUFTI-NEXT

OUFTI-NEXT is going to be the third CubeSat developed by the Université de Liège, in collaboration with the Centre Spatial de Liège. It is expected to be one of the first CubeSats equipped with a Mid-Wave Infrared camera and the first demonstrator for the use of this technology for agricultural fields temperature monitoring. In order to obtain useful information from thermal images, the payload must be able to take high quality pictures both in terms of spatial and thermal resolution. In particular, the goal is to obtain a Ground Sample Distance less than 100m and a thermal resolution in the order of 1K. The last one is linked to the Signal to Noise Ratio. Experiences tourned out the necessity to roughly have its value between 100 and 1500 in order to obtain suitable information. This work has the aim to evaluate if those performances can be reached by a 3U CubeSat orbiting in LEO and then if the OUFTI-NEXT mission is feasible. To answer that question, the necessary instrument characteristics have been individualized and compared with commercially available cameras. To evaluate the feasibility of the mission, it is necessary to study how the different variables influence the instrument performances. For this purpose, a powerful software has been developed and in particular, a procedure for a quick evaluation of the thermal resolution will be proposed. Models for radiometry, optics, and detector implemented in the software are going to be presented.

OUFTI-NEXT sarà il terzo progetto CubeSat sviluppato dall'Université di Liège, in collaborazione col Centre Spatial de Liège. E' previsto che sia uno dei primi CubeSat equipaggiato con una Mid-Wave Infrared camera ed il primo dimostratore ad utilizzare tale tecnologia per il monitoraggio della temperatura dei campi agricoli. Al fine di poter effettivamente estrarre informazioni utili dalle immagini, la camera deve essere in grado di acquisire foto ad alta risoluzione, sia spaziale che termica. In particolare, si vogliono raggiungere una Ground Sample Distance inferiore a 100m, con una risoluzione termica nell'ordine di 1K. Quest'ultimo requisito è legato al Signal to Noise Ratio. Le esperienze condotte hanno evidenziato che, per ottenere informazioni utilizzabili, il SNR dovrà mantenere valori indicativamente compresi tra 100 e 1500. Questo lavoro ha lo scopo di valutare se un 3U CubeSat, orbitante su una LEO, sia in grado di raccogliere immagini termiche di qualità sufficientemente elevata per raggiungere lo scopo della missione. In modo da ottenere una risposta concreta e attendibile, sono state individualizzate le specifiche ottimali che dovrebbero caratterizzare il payload e quindi comparate con le strumentazioni disponibili sul mercato. Per valutare la fattibilità della missione, è necessario studiare come le differenti variabili del problema influenzino le performances dello strumento utilizzato. A tale scopo, è stato sviluppato un utilissimo software ed in particolare viene proposta una procedura per una prima valutazione della risoluzione termica ottenibile nelle immagini. Verrà quindi mostrato come sono stati modellati il budget radiometrico, il sistema ottico ed il sensore, utilizzati nel software.