NASA-ine kompaktne IR kamere za novu znanost

Istraživači u NASA-inom Goddard Space Flight Centru u Greenbeltu, Maryland, razvili su kamere koje koriste takozvane osjetljive superrešetkaste senzore napetog sloja visoke razlučivosti.

Njihova kompaktna konstrukcija, mala masa i prilagodljivost omogućuju inženjerima poput da ih prilagode potrebama raznih znanosti.

U srcu tehnologije nalazi se Compact Thermal Imager, infracrveni senzor visoke rezolucije, visokog spektralnog raspona, koji je pogodan za male satelite i misije na druge objekte Sunčevog sustava.

Pričvršćivanje filtara izravno na detektor eliminira značajnu masu tradicionalnih leća i sustava filtara. Ovo omogućuje instrument male mase s kompaktnom žarišnom ravninom koja se sada može hladiti za infracrvenu detekciju pomoću manjih, učinkovitijih hladnjaka.

Inženjer Murzy Jhabvala vodio je početni razvoj senzora u NASA-inom Centru za svemirske letove Goddard u Greenbeltu, a također je vodio i eksperiment Compact Thermal Imager na Međunarodnoj svemirskoj postaji ISS-u, koji je pokazao kako nova tehnologija senzora može preživjeti u svemiru dok se pokazala velikim uspjehom za znanost o Zemlji.

Više od 15 milijuna slika snimljenih u dva infracrvena pojasa donijelo je Jhabvali i kolegama iz NASA-e Goddard, Donu Jenningsu i Comptonu Tuckeru, nagradu agencije za izum godine za 2021.

Kompaktna termovizijska kamera snimila je neuobičajeno jake požare u Australiji sa svojeg mjesta na Međunarodnoj svemirskoj postaji 2019. i 2020. godine. Svojom visokom rezolucijom otkrila je oblik i lokaciju požarnih fronti i koliko su udaljene od naseljenih područja.

Podaci iz testa pružili su detaljne informacije o šumskim požarima , bolje razumijevanje vertikalne strukture Zemljinih oblaka i atmosfere i uhvatili su uzlazno strujanje uzrokovano vjetrom koji se podiže sa kopnenih obilježja Zemlje, a koje se naziva gravitacijski val.

Revolucionarni infracrveni senzori koriste slojeve ponavljajućih molekularnih struktura za interakciju s pojedinačnim fotonima ili jedinicama svjetlosti. Senzori razlučuju više valnih duljina infracrvenog zračenja u višoj razlučivosti, 80 metara po pikselu iz orbite u usporedbi 375 do 1000 metara s trenutnim termalnim kamerama.

Uspjeh ovih kamera za mjerenje topline privukao je ulaganja NASA-inog Ureda za tehnologiju znanosti o Zemlji (ESTO) za daljnju prilagodbu njihovog dosega i primjene.

Jhabvala i NASA-in tim za napredni termalni IR senzor za snimanje zemlje (ALTIRS), razvijaju šestopojasnu verziju za ovogodišnji projekt LiDAR, Hyperspectral, & Thermal Imager (G-LiHT) u zraku. Ova prva kamera te vrste mjerit će površinsku toplinu i omogućiti praćenje onečišćenja i opažanja požara pri visokoj brzini snimanja, rekao je.

NASA Goddard Earth znanstvenik Doug Morton vodi ESTO projekt koji razvija Compact Fire Imager za otkrivanje i predviđanje šumskih požara.

"Nećemo vidjeti manje požara, pa pokušavamo razumjeti kako požari oslobađaju energiju tijekom svog životnog ciklusa", rekao je Morton. "Ovo će nam pomoći da bolje razumijemo novu prirodu požara u sve zapaljivijem svijetu."

CFI će nadzirati i najtoplije požare koji oslobađaju više stakleničkih plinova i hladnije, tinjajuće ugljene i pepeo koji proizvode više ugljičnog monoksida i čestica u zraku poput dima i pepela.

"To su ključni sastojci kada je riječ o sigurnosti i razumijevanju stakleničkih plinova koji se oslobađaju izgaranjem", rekao je Morton.

Mortonov tim predviđa opremanje flote od 10 malih satelita za pružanje globalnih informacija o požarima s više slika dnevno.

"U kombinaciji s računalnim modelima sljedeće generacije ove informacije mogu pomoći šumarskoj službi i drugim vatrogasnim agencijama u sprječavanju požara, poboljšati sigurnost za vatrogasce na prvim linijama i zaštititi živote i imovinu onih koji žive na putu požara", rekao je Morton.

Znanstvenik NASA Goddarda Earth Dong Wu je izjavio da bi senzor opremljen polarizacijskim filtrima, mogao mjeriti kako se čestice leda u oblacima Zemljine gornje atmosfere raspršuju i polariziraju svjetlost.

Ove bi aplikacije nadopunile NASA-inu PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) misiju, koja je otkrila svoje prve svjetlosne slike ranije ovog mjeseca .

Misija će se usredotočiti na znanost o aerosolu i boji oceana iz dnevnih promatranja. Na srednjim i dugim infracrvenim valnim duljinama, novi infracrveni polarimetar bi uhvatio svojstva oblaka i površine iz dnevnih i noćnih promatranja.

Hewagama radi s Jhabvalom i Jenningsom na ugradnji linearnih varijabilnih filtara koji pružaju još više detalja unutar infracrvenog spektra. Filtri otkrivaju rotaciju i vibracije atmosferskih molekula kao i sastav Zemljine površine.

Ta bi tehnologija također mogla koristiti misijama na stjenovitim planetima, kometima i asteroidima, rekla je planetarna znanstvenica Carrie Anderson. Rekla je da mogu identificirati led i hlapljive spojeve emitirane u ogromnim perjanicama sa Saturnovog mjeseca Enkelada.

“Oni su u biti gejziri od leda, koji su naravno hladni, ali emitiraju svjetlost unutar granica detekcije novog infracrvenog senzora. Gledanje gejzira u pozadini Sunca omogućilo bi nam da vrlo jasno identificiramo njihov sastav i vertikalnu distribuciju”, dodala je Carrie Anderson.