Tutti i sistemi saranno lanciati a novembre della missione Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) della NASA, che utilizzerà un raggio laser ad alta risoluzione per studiare le foreste e la topografia della Terra dalla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

La missione scientifica cerca di rispondere a domande su quanto la deforestazione ha contribuito alle concentrazioni di anidride carbonica atmosferica e quanto le foreste di carbonio assorbirebbero in futuro. È guidato da un gruppo di ricerca dell'Università del Maryland, che sta lavorando in collaborazione con un team della National Aeronautics and Space Administration che sta progettando il laser per GEDI.

Durante la conferenza APS/DLS di The Optical Society's Frontiers in Optics + Laser Science che si terrà dal 16 al 20 settembre, 2018, a Washington, DC, L'ingegnere laser della NASA Goddard Space Flight Center Paul Stysley e i colleghi Barry Coyle, Erich Frese e Furqan Chiragh presenteranno il loro lavoro di progettazione e costruzione dei sistemi laser per la missione GEDI. Descriveranno i test approfonditi che i sistemi dovevano superare sia per il trasporto che per il successivo funzionamento in orbita terrestre bassa.

La presentazione farà parte della sessione "Produzione e test di nuovi dispositivi", che si terrà lunedì alle 10:30, 17 settembre nella sala da ballo Jefferson West dell'hotel Washington Hilton.

"Volevamo progettare un laser che potesse consentire il telerilevamento basato su LIDAR per le missioni di scienze della Terra e di esplorazione planetaria, " disse Stisley.

Il team ha progettato un sistema laser che "è relativamente semplice, ha un margine adeguato sulle specifiche delle prestazioni, ed è ben compreso, " ha aggiunto. "Questo, a sua volta, gli permette di essere efficiente e adattabile a diverse missioni, oltre che robusto in un ambiente di volo spaziale."

Utilizzando la tecnologia di rilevamento e distanza della luce (LIDAR), i ricercatori sparano impulsi di energia laser sulla superficie terrestre e registrano con precisione il loro tempo di ritorno. Questi dati producono un'immagine 3D sotto forma di osservazione verticale o una forma d'onda completa che mostra la volta della foresta mondiale e la topografia del terreno sottostante.

Ciò è possibile perché gli impulsi di luce laser trasmessi vengono riflessi dal suolo, alberi, vegetazione o nuvole, e poi raccolti dal ricevitore GEDI. I fotoni di ritorno sono diretti verso i rivelatori, che convertono la luminosità della luce in una tensione elettronica che viene registrata in funzione del tempo a intervalli di 1 nanosecondo. Il tempo può essere convertito in intervallo (distanza) moltiplicandolo per la velocità della luce, e quindi la forma d'onda completa può essere calcolata dalla tensione registrata in funzione dell'intervallo.

Il sistema laser consente di raccogliere dati sulla forma d'onda completa, che fornirà le misurazioni dell'altezza del suolo e dell'altezza della chioma della vegetazione a livello globale. "I prodotti dei dati baldacchino e della forma d'onda 3D si basano su quelli che sono già stati forniti dalla NASA's Land, Vegetazione, e impianto Ice Sensor su missioni LIDAR aviotrasportate, " Disse Stysley. "I laser GEDI sono stati progettati internamente, fabbricato, assemblato e testato dal ramo Laser ed Elecro-ottica della NASA-Goddard."

"Il nostro design è facilmente adattabile per missioni LIDAR di vegetazione successiva o per missioni planetarie che necessitano di un altimetro laser efficiente, "Stysley ha detto.

Durante la progettazione del sistema laser, Stysley ha affermato che il gruppo della NASA doveva assicurarsi di essere in grado di sopravvivere al calore estremo e alle vibrazioni di essere lanciato nello spazio su un razzo, oltre a sopportare il duro ambiente dello spazio una volta installato sulla struttura esposta al modulo sperimentale giapponese all'esterno della ISS.

Il gruppo ha sottoposto i laser a test di vuoto termico per la simulazione di volo nello spazio vicino per garantire che i laser possano funzionare e sopravvivere nello spazio, nonché prove di qualificazione vibrazionale dell'assemblaggio finale dei laser.

Stysley e i suoi colleghi sono rimasti in qualche modo sorpresi da quanto si può imparare su un laser mentre viene sottoposto a test ambientali di volo spaziale.

"Non importa quanto bene conosci un design laser, è importante testarlo adeguatamente in base ai requisiti ambientali imposti da una missione e avere un margine di prestazioni sufficiente sul progetto per essere in grado di compensare eventuali "sorprese" minori che emergono durante i test, " ha detto Stysley. "Sottili cambiamenti in cose come il profilo della temperatura possono rivelare cose nuove su come il tuo laser si comporta in situazioni relativamente insolite e, spesso, risorse:denaro, tempo, e sollievo tecnico, sarà necessario per soddisfare i requisiti."

La missione GEDI, previsto per il lancio a novembre, opererà sulla ISS per un massimo di due anni.