Kompaktowe kamery na podczerwień NASA umożliwiają nową naukę
Nowa kamera na podczerwień o wyższej rozdzielczości, wyposażona w różne lekkie filtry, może badać światło słoneczne odbite od górnej atmosfery i powierzchni Ziemi, ulepszać ostrzeżenia o pożarach lasów i ujawniać skład molekularny innych planet.
Kamery wykorzystują czułe, superpłaskie czujniki o wysokiej rozdzielczości, początkowo opracowane w Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w stanie Maryland, przy użyciu IRAD, wewnętrznego finansowania badań i rozwoju.
Kompaktowa konstrukcja, niska masa i możliwość adaptacji umożliwiają inżynierom, takim jak Tilak Hewagama, dostosowanie ich do potrzeb różnych nauk.
"Mocowanie filtrów bezpośrednio do detektora eliminuje znaczną masę tradycyjnych systemów soczewek i filtrów" - powiedział Hewagama. "Pozwala to na stworzenie instrumentu o niskiej masie z kompaktową płaszczyzną ogniskową, która może być teraz chłodzona w celu wykrywania podczerwieni przy użyciu mniejszych, bardziej wydajnych chłodnic. Mniejsze satelity i misje mogą skorzystać z ich rozdzielczości i dokładności."
Inżynier Murzy Jhabvala kierował początkowym rozwojem sensora w Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard w Greenbelt w stanie Maryland, a także kierował dzisiejszymi wysiłkami związanymi z integracją filtrów.
Jhabvala kierował również eksperymentem Compact Thermal Imager na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który zademonstrował, jak nowa technologia sensora może przetrwać w kosmosie, jednocześnie okazując się dużym sukcesem dla nauki o Ziemi. Ponad 15 milionów obrazów uchwyconych w dwóch pasmach podczerwieni przyniosło wynalazcom, Jhabvali oraz kolegom z NASA Goddard, Donowi Jenningsowi i Comptonowi Tuckerowi, agencyjną nagrodę za wynalazek roku 2021.
Dane z testu dostarczyły szczegółowych informacji na temat pożarów, lepszego zrozumienia pionowej struktury ziemskich chmur i atmosfery oraz uchwyciły prąd wznoszący spowodowany przez wiatr unoszący się z ziemskich lądów, zwany falą grawitacyjną.
Przełomowe czujniki podczerwieni wykorzystują warstwy powtarzających się struktur molekularnych do interakcji z pojedynczymi fotonami lub jednostkami światła. Czujniki rozpoznają więcej długości fal podczerwieni przy wyższej rozdzielczości: 260 stóp (80 metrów) na piksel z orbity w porównaniu do 1000 do 3000 stóp (375 do 1000 metrów) możliwych przy użyciu obecnych kamer termowizyjnych.
Sukces tych kamer termowizyjnych przyciągnął inwestycje z NASA's Earth Science Technology Office (ESTO), Small Business Innovation and Research i innych programów w celu dalszego dostosowania ich zasięgu i zastosowań.
Jhabvala i zespół NASA's Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor (ALTIRS) opracowują sześciozakresową wersję dla tegorocznego projektu lotniczego LiDAR, Hyperspectral, & Thermal Imager (G-LiHT). Ta pierwsza w swoim rodzaju kamera będzie mierzyć ciepło powierzchniowe i umożliwiać monitorowanie zanieczyszczeń i obserwacje pożarów z dużą liczbą klatek na sekundę, powiedział. Doug Morton, naukowiec NASA Goddard Earth, kieruje projektem ESTO, w ramach którego opracowywany jest Compact Fire Imager do wykrywania i przewidywania pożarów. "Pomoże nam to lepiej zrozumieć nową naturę pożarów w coraz bardziej łatwopalnym świecie."
CFI będzie monitorować zarówno najgorętsze pożary, które uwalniają więcej gazów cieplarnianych, jak i chłodniejsze, tlące się węgle i popioły, które wytwarzają więcej tlenku węgla i cząstek unoszących się w powietrzu, takich jak dym i popiół.
"Są to kluczowe składniki, jeśli chodzi o bezpieczeństwo i zrozumienie gazów cieplarnianych uwalnianych podczas spalania" - powiedział Morton.
Po przetestowaniu kamery przeciwpożarowej w kampaniach lotniczych, zespół Mortona przewiduje wyposażenie floty 10 małych satelitów w celu dostarczania globalnych informacji o pożarach z większą liczbą obrazów dziennie.
W połączeniu z modelami komputerowymi nowej generacji, powiedział, "informacje te mogą pomóc służbom leśnym i innym agencjom przeciwpożarowym w zapobieganiu pożarom, poprawie bezpieczeństwa strażaków na pierwszej linii frontu oraz ochronie życia i mienia osób mieszkających na drodze pożarów"."
Probing Clouds on Earth and Beyond
Wyposażony w filtry polaryzacyjne czujnik mógłby mierzyć, w jaki sposób cząsteczki lodu w chmurach górnej atmosfery Ziemi rozpraszają i polaryzują światło, powiedział Dong Wu, naukowiec NASA Goddard Earth scientist.
To zastosowanie uzupełniłoby misję NASA PACE - Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem - powiedział Wu, który ujawnił swoje pierwsze obrazy świetlne na początku tego miesiąca. Oba mierzą polaryzację orientacji fali świetlnej w stosunku do kierunku podróży z różnych części widma podczerwieni.
"Polarymetry PACE monitorują światło widzialne i krótkofalowe w podczerwieni" - wyjaśnił. "Misja skupi się na badaniach aerozolu i koloru oceanu na podstawie obserwacji prowadzonych w ciągu dnia. Na średnich i długich falach podczerwonych, nowy polarymetr podczerwieni uchwyciłby właściwości chmur i powierzchni zarówno z obserwacji dziennych, jak i nocnych."
W innym wysiłku, Hewagama współpracuje z Jhabvalą i Jenningsem nad włączeniem liniowych filtrów zmiennych, które zapewniają jeszcze większą szczegółowość w widmie podczerwieni. Filtry te ujawniają rotację i wibracje cząsteczek atmosferycznych, a także skład powierzchni Ziemi.
Ta technologia może również przynieść korzyści misjom do planet skalistych, komet i asteroid, powiedziała naukowiec planetarna Carrie Anderson. Powiedziała, że mogą zidentyfikować lód i lotne związki emitowane w ogromnych pióropuszach z księżyca Saturna Enceladus.
"Są to zasadniczo gejzery lodu" - powiedziała - "które oczywiście są zimne, ale emitują światło w granicach wykrywania nowego czujnika podczerwieni. Spojrzenie na pióropusze na tle Słońca pozwoliłoby nam bardzo wyraźnie zidentyfikować ich skład i rozkład pionowy."
By Karl B. Hille
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
