Dopo più di 16 anni di attività, La navicella spaziale Earth Observing-1 (EO-1) della NASA è stata dismessa il 30 marzo. Il satellite EO-1 era un componente del programma New Millennium della NASA per convalidare nuove tecnologie che potrebbero ridurre i costi e migliorare le capacità per le future missioni spaziali. A bordo dell'EO-1 c'era lo strumento Advanced Land Imager (ALI) sviluppato dal MIT Lincoln Laboratory come alternativa al sensore di immagine terrestre utilizzato dal programma di osservazione terrestre Landsat.

"Dal suo inizio, ALI aveva lo scopo di dimostrare nuove tecnologie che avrebbero portato avanti l'eredità di oltre 30 anni di Landsat di monitoraggio continuo del territorio fornendo al contempo dimensioni sostanziali, il peso, potenza, e riduzione dei costi, "dice Jeffrey Mendenhall, attuale leader dell'Advanced Imager Technology Group del Lincoln Laboratory e membro del team di sviluppo ALI. "Trenta team internazionali di scienze della Terra hanno valutato una varietà di dati ALI, ad esempio, dati per l'agricoltura, silvicoltura, sviluppo urbano, clima, vulcanologia, glaciologia, geologia, gestione dell'acqua—raccolte nel corso del primo anno di funzionamento per valutare le prestazioni dello strumento rispetto alle aspettative del programma Landsat. La conclusione finale è stata che ALI ha incontrato, o in molti casi, ha superato le prestazioni dello strumento Landsat 7."

ALI non solo ha ottenuto una risoluzione e una qualità dell'immagine più elevate, ha anche mostrato una maggiore sensibilità e gamma dinamica, e realizzato una maggiore precisione radiometrica. Inoltre, rispetto all'imager Landsat, ALI era solo tre quarti più pesante, occupava i due terzi dello spazio, consumato un quinto della potenza, e costa molto meno per la costruzione.

Il satellite EO-1 è stato lanciato il 21 novembre, 2000 dalla Vandenberg Air Force Base in California in una missione pianificata di un anno per raccogliere 2, 000 immagini della Terra. Il veicolo spaziale è stato progettato per funzionare per un altro anno e ha trasportato carburante adeguato per altri cinque anni. Però, EO-1 si è rivelato un cavallo di battaglia. NASA, in collaborazione con l'U.S. Geological Survey, Ufficio di ricognizione nazionale, Laboratorio di ricerca navale, e la National Oceanic and Atmospheric Administration, ha operato EO-1 per più di 15 anni oltre la sua durata di missione prevista.

ALI ha raccolto più di 90, 000 immagini, molti dei quali erano innovativi, come la prima mappatura di una colata lavica dallo spazio e il primo rilevamento della ricrescita di una foresta amazzonica vista dallo spazio. Durante la sua vita, ALI ha catturato molte scene drammatiche:rappresentazioni dei depositi di cenere lasciati dagli attacchi del World Trade Center del 2001, inondazioni causate dall'uragano Katrina nel 2005, e l'eruzione del vulcano Momotombo del dicembre 2015 in Nicaragua, per dirne alcuni.

Il ruolo del Lincoln Laboratory

Il coinvolgimento del Lincoln Laboratory nella missione EO-1 è iniziato nel gennaio 1994. La NASA ha chiesto al laboratorio di condurre uno studio per indagare sul rapido sviluppo di una missione di imaging terrestre poco costosa che potrebbe colmare il vuoto nella raccolta di dati creato quando il veicolo spaziale Landsat 6 non è riuscito a lanciare. Le raccomandazioni di questa indagine non sono state attuate immediatamente, ma i risultati dello studio hanno informato il successivo design del sensore EO-1 e il concetto di missione. Nella primavera del 1994, Il Lincoln Laboratory ha iniziato a lavorare con il Goddard Space Flight Center della NASA per concepire un seguito alla missione di imaging terrestre di Landsat. Ulteriore collaborazione nel 1995 con il New Millennium Program e SSG, Inc. ha portato alla progettazione per ALI.

Lo sviluppo di ALI è stato un rigoroso, programma di sviluppo ad alta intensità di tempo, fabbricazione, calibrazione del sistema, e test preliminari. "Uno sforzo più significativo del Lincoln Lab è stato la riprogettazione optomeccanica della struttura del telescopio utilizzando tre pezzi di Invar. L'intento iniziale di un fornitore esterno era quello di utilizzare un design interamente in carburo di silicio che abbiamo scoperto non poteva essere implementato. In un periodo molto breve , per non compromettere un programma molto impegnativo, Vin Cerrati e Keith Doyle dell'[allora] Optical Systems Engineering Group hanno ridisegnato e analizzato la struttura per supportare efficacemente l'ottica e il piano focale, " ricorda Steven Forman della Divisione Ingegneria del laboratorio, che ha fornito supporto alla fabbricazione al team di ricerca e sviluppo principale della divisione aerospaziale.

Lincoln Laboratory ha consegnato ALI alla NASA nel 1999, e il sistema è stato integrato sul satellite EO-1 presso Swales Aerospace. Cinque giorni dopo il lancio di EO-1 nel 2000, ALI ha catturato le sue prime immagini di terra. Quelle immagini mostravano dettagli notevoli di Sutton, Alaska, una piccola città incuneata in una valle oscura. Più tardi quel giorno, 25 novembre ALI ha raccolto immagini dell'Antartide orientale, l'isola marshallese di Roi-Namur, e l'Australia centro-settentrionale.

L'impatto di ALI

Uno degli obiettivi della manifestazione ALI era quello di valutare le sue immagini rispetto a quelle dello strumento Landsat 7. Così, EO-1 è stato manovrato in orbita per seguire Landsat 7 di un minuto mentre completava 14 orbite ogni giorno e ripeteva le raccolte ogni 16 giorni. Il confronto delle prestazioni ALI e Landsat sull'imaging delle stesse regioni praticamente negli stessi momenti ha confermato che il nuovo imager potrebbe visualizzare la Terra allo stesso livello di dettaglio (30 metri per pixel) del sensore Landsat; però, Il set di sensori di ALI ha consentito una maggiore nitidezza, immagini fotografiche una volta che i dati sono stati elaborati presso la stazione di terra.

La combinazione di scelte progettuali di ALI ha portato a un sistema innovativo. "L'Advanced Land Imager ha impiegato una nuova architettura che ha eliminato il mirror di scansione Landsat e ha implementato nuove tecnologie, come grande, array modulari sul piano focale e ottiche ad ampio campo visivo, "dice William Brown, capo della Divisione Aerospaziale all'epoca dello sviluppo di ALI.

Per ridurre il diametro ottico del sensore, e quindi il suo peso, i ricercatori del laboratorio hanno aumentato il numero di rivelatori nella matrice sul piano focale. Questa scelta ha permesso un approccio "a spinta" per scansionare un'ampia fascia della Terra ogni giorno. Il sistema Landsat aveva impiegato un sensore che raccoglieva i dati in modalità "scopa a frusta", cioè., utilizzando una singola fotocamera che mette a fuoco una sezione ristretta di una scena. Un tale sensore di scopa a frusta è pesante e costoso, richiedono grandi parti mobili difficili da stabilizzare. "Costruendo un piano focale che potrebbe essere usato come una 'scopa a spinta' per raccogliere i dati mentre il satellite vola lungo la pista a terra, il team ALI ha dimostrato che i dati necessari potevano essere acquisiti con uno strumento che non aveva parti in movimento Si trattava di un progresso tecnologico rivoluzionario, "dice Grant Stokes, capo della Divisione Sistemi Spaziali e Tecnologie del laboratorio.

Inoltre, ALI ha utilizzato rilevatori fabbricati con materiali diversi per consentire l'uso di diverse bande spettrali per l'imaging completo di oggetti e topografia, e il sistema di dati a terra è stato automatizzato per consentire a un operatore di acquisire ed elaborare rapidamente i dati ALI.

"La comprensione unica del laboratorio della tecnologia dei sensori e delle esigenze della missione ha permesso di sviluppare una tecnologia rivoluzionaria per il programma Landsat. EO-1 ha dimostrato la tecnologia in orbita che è stata trasferita all'industria per consentire a Landsat 8, " dice Stokes. Lo strumento Landsat 8, l'Operational Land Imager, si basa sul design ALI ed è in orbita dal 2013, raccogliere dati preziosi sulla superficie terrestre nel visibile, vicino infrarosso, e le bande infrarosse a onde corte.

Addio

Quando, il 30 marzo, L'operazione di EO-1 è terminata, La NASA aveva spento il satellite esaurendo il suo carburante, fermare tutte le parti in movimento, scaricando la batteria, e spegnendo il trasmettitore. L'orbita di EO-1 si degraderà lentamente e, in circa 39 anni, EO-1 rientrerà nell'atmosfera terrestre, dove dovrebbe frammentarsi e poi bruciare.

EO-1 ha avuto una grande corsa. Ha cambiato il modo in cui le misurazioni spettrali vengono effettuate e utilizzate dalla comunità scientifica, secondo Betsy Middleton, Scienziato del progetto EO-1 presso il Goddard Space Flight Center della NASA. EO-1 ha anche convalidato nuovi concetti e sistemi per missioni scientifiche, e ci ha offerto intriganti, viste spettacolari della Terra.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.