L'avanzata tecnologia di rilevamento che sarà dimostrata durante la prossima missione dimostrativa di manutenzione robotica della NASA. Credito:NASA
Strumenti e tecnologie di test per il rifornimento e la riparazione dei satelliti in orbita non saranno l'unica dimostrazione che si terrà a bordo della Stazione Spaziale Internazionale durante la prossima missione 3 di rifornimento robotico della NASA, o RRM3.
Un avanzato, la telecamera termica altamente compatta che fa risalire la sua eredità a quella che ora vola sul Landsat 8 della NASA è stata montata in un angolo del carico utile RRM3 e da quella posizione immaginerà e riprenderà la superficie terrestre sottostante una volta che il veicolo di rifornimento SpaceX Dragon consegnerà il carico utile all'avamposto orbitante a novembre.
Mentre RRM3 dimostra i suoi strumenti di assistenza satellitare appositamente sviluppati sviluppati dalla Divisione progetti di assistenza satellitare della NASA, il suo compagno di autostoppisti, la termocamera compatta, o CTI, immaginerà e misurerà i fuochi, lastre di ghiaccio, ghiacciai, e le temperature della superficie della neve.
CTI misurerà anche il trasferimento di acqua dal suolo e dalle piante nell'atmosfera, misurazioni importanti per comprendere la crescita delle piante. Molte delle condizioni studiate dagli scienziati della Terra, compresi questi, sono facilmente rilevabili nelle bande di lunghezze d'onda infrarosse o termiche.
La tecnologia Strained-Lattice Superlattice consente CTI
La tecnologia abilitante di CTI è una tecnologia di fotorilevatore relativamente nuova nota come Strained-Layer Superlattice, o SLS.
L'immagine a destra mostra la risoluzione migliorata del Superlattice Strained-Layer, o SLS, array di rivelatori rispetto a quello della tecnologia Quantum Well Infrared Photodetector a sinistra. Credito:NASA
Oltre ad essere molto piccolo, misura quasi 16 pollici di lunghezza e sei pollici di altezza, SLS consuma poca energia, opera a temperature di azoto liquido, è facilmente fabbricabile in un ambiente ad alta tecnologia, ed è poco costoso "quasi al punto da essere usa e getta, " ha detto Murzy Jhabvala, un ingegnere rilevatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Jhabvala ha collaborato con il suo partner industriale, il QmagiQ con sede nel New Hampshire, per sviluppare il gruppo rivelatore SLS.
La tecnologia del rivelatore è inoltre personalizzata in modo rapido e semplice per diverse applicazioni, Ha aggiunto. Il laboratorio di sviluppo del rivelatore Goddard, Per esempio, recentemente fabbricato un 1, 024x1, array SLS da 024 pixel e prevede di aumentare le sue dimensioni a 2, 048x2, 048 pixel in un futuro molto prossimo.
Un'altra tecnologia abilitante che CTI e i suoi rilevatori SLS utilizzeranno è lo SpaceCube 2.0 sviluppato da Goddard, un potente sistema informatico ibrido che controllerà lo strumento ed elaborerà le immagini e i video che prende mentre è in orbita.
L'obiettivo della manifestazione, Jhabvala ha detto, è quello di aumentare il livello di prontezza tecnologica di SLS a nove, o TRL-9, il che significa che ha volato nello spazio e ha dimostrato di funzionare bene nelle condizioni ambientali estreme che si trovano nello spazio. "Questo è un traguardo tecnologico molto importante, "Jhabvala ha detto. "Avevamo bisogno di questa missione. Quando dimostriamo il nostro array di rivelatori, è possibile effettuare più copie, assemblato, e allineati in schiere sul piano focale che ci permetterebbero in futuro di visualizzare ampie aree della superficie terrestre dallo spazio".
Basato su QWIP
SLS si basa sul fotorilevatore a infrarossi Quantum Well, o QWIP, tecnologia che Jhabvala e il suo governo e collaboratori dell'industria hanno trascorso più di due decenni a perfezionare. I rilevatori QWIP sono ora operativi su Landsat 8 e voleranno sul prossimo strumento sensore a infrarossi termico Landsat 9, che gli scienziati di Goddard hanno costruito per monitorare il flusso e riflusso dei livelli della superficie terrestre e la salute della vegetazione, dati che gli stati occidentali utilizzano per monitorare il consumo di acqua.
L'ingegnere dei rilevatori di Goddard Murzy Jhabvala (a sinistra) e il suo team, inclusi Anh La (a destra) e Don Jennings (non nella foto), ha avanzato una nuova tecnologia di rilevamento chiamata Strained-Layer Lattice che è raffigurata sullo sfondo. Credito:NASA/W. Hrybyk
Come il suo predecessore QWIP, SLS è un rilevatore di grande formato. Gli array sono fabbricati su un wafer a semiconduttore. La superficie del wafer è costituita da centinaia di alternati, strati molto sottili di materiali diversi che vengono cresciuti epitassialmente e sintonizzati per assorbire fotoni infrarossi e convertirli in elettroni, le particelle fondamentali che trasportano una corrente elettrica. Solo luce con un'energia specifica, o lunghezza d'onda, può rilasciare gli elettroni. Un chip di lettura accoppiato direttamente all'array converte quindi gli elettroni in una tensione che un computer utilizza per ricreare un'immagine della sorgente a infrarossi. Il CTI può anche catturare video dalla sua orbita a circa 249 miglia sopra la superficie terrestre.
Dieci volte più sensibile
Rispetto al suo predecessore QWIP, I rivelatori SLS sono 10 volte più sensibili e operano su un intervallo spettrale infrarosso più ampio e a temperature sostanzialmente più calde:70 K (circa -334 gradi Fahrenheit) per l'array SLS rispetto a 42 K (circa -384 gradi Fahrenheit) per l'array QWIP.
L'aumento della temperatura di esercizio avrà molteplici effetti positivi sulle future missioni, ha detto Jhabvala.
La radiazione infrarossa viene rilevata come calore. Perciò, i rivelatori progettati per misurare le lunghezze d'onda infrarosse devono essere raffreddati per evitare che il calore generato all'interno di uno strumento o di un veicolo spaziale contamini le misurazioni dell'oggetto osservato. Ecco perché gli ingegneri utilizzano criorefrigeratori e altri dispositivi per mantenere freddi gli array di rivelatori e altri componenti critici dello strumento quanto necessario.
Poiché Jhabvala e il suo team hanno creato un array in grado di funzionare a temperature più calde, il suo sistema di raffreddamento è più piccolo e consuma meno energia. Nel futuro, questi attributi porteranno a satelliti più piccoli, maggiore longevità, cicli di costruzione più brevi, e un costo inferiore, ha detto Jhabvala.
A pochi mesi dal lancio di RRM3, Jhabvala ha riflettuto sull'evoluzione della sua tecnologia del fotorilevatore e sulla collaborazione con QmagiQ, che ha ricevuto le sovvenzioni della NASA Small Business Innovation Research per creare la tecnologia che il team CTI ha poi reso irrobustibile per l'uso nello spazio. "Insieme, con questa società, abbiamo ottenuto risultati eccezionali nel corso degli anni, " Ha detto Jhabvala. "La nostra collaborazione in corso ha prodotto dei ritorni davvero straordinari per la NASA e il governo degli Stati Uniti. Do molto credito a QmagiQ e alla NASA."
