La NASA presenta revolucionarias cámaras infrarrojas para la exploración de la Tierra y el espacio

La NASA presenta revolucionarias cámaras infrarrojas para la exploración de la Tierra y el espacio
La NASA presenta revolucionarias cámaras infrarrojas para la exploración de la Tierra y el espacio
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El ingeniero de Goddard, Murzy Jhabvala, tiene el corazón de su tecnología de cámara termográfica compacta: un sensor infrarrojo de alta resolución y amplio rango espectral adecuado para satélites pequeños y misiones a otros objetos del sistema solar. Crédito: NASA

Innovadores sensores infrarrojos desarrollados por NASA aumentando la resolución de las imágenes de la Tierra y el espacio, lo que promete avances en el monitoreo ambiental y la ciencia planetaria.

Una cámara infrarroja recientemente desarrollada, de alta resolución y equipada con una gama de filtros livianos, tiene el potencial de analizar la luz solar reflejada desde la atmósfera superior y la superficie de la Tierra, mejorar las advertencias de incendios forestales y descubrir la composición molecular de otros planetas.

Estas cámaras están equipadas con sensores de superred de capa restringida sensibles y de alta resolución, desarrollados originalmente en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y financiados por el programa de Investigación y Desarrollo Interno (IRAD).

Con su diseño compacto, bajo peso y versatilidad, ingenieros como Tilak Hewagama pueden personalizarlos para diversas aplicaciones científicas.

Capacidades de sensor mejoradas

“Colocar filtros directamente al detector elimina la masa sustancial de los sistemas tradicionales de lentes y filtros”, dijo Hewagama. “Esto permite crear un instrumento de baja masa con un plano focal compacto que ahora puede enfriarse para la detección infrarroja utilizando refrigeradores más pequeños y eficientes. Los pequeños satélites y las misiones pueden beneficiarse de su resolución y precisión.”

El ingeniero Murzy Jhabvala dirigió el desarrollo inicial del sensor en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, así como los esfuerzos actuales de integración de filtros.

Jhabvala también dirigió el experimento de la cámara termográfica compacta en el Estación Espacial Internacional que demostró cómo la nueva tecnología de sensores podría sobrevivir en el espacio y al mismo tiempo resultó ser un gran éxito para las ciencias de la Tierra. Más de 15 millones de imágenes capturadas en dos bandas infrarrojas les valieron a los inventores Jhabvala y sus colegas de la NASA Goddard, Don Jennings y Compton Tucker el premio Invención del año 2021 de la agencia.

La cámara termográfica compacta capturó incendios inusualmente severos en Australia desde su posición en la Estación Espacial Internacional en 2019 y 2020. Con su alta resolución, detectó la forma y la ubicación de los frentes de fuego y su distancia a las zonas pobladas: información de crucial importancia para los primeros respondedores. Crédito: NASA

Avances en la observación de la Tierra y el espacio

Los datos de la prueba proporcionaron información detallada sobre los incendios forestales, una mejor comprensión de la estructura vertical de las nubes y la atmósfera de la Tierra, y capturaron una corriente ascendente impulsada por el viento que eleva las características terrestres de la Tierra, llamada onda de gravedad.

Los sensores infrarrojos revolucionarios utilizan capas de estructuras moleculares repetitivas para interactuar con fotones o unidades de luz individuales. Los sensores detectan más longitudes de onda infrarrojas con una resolución más alta: 260 pies (80 metros) por píxel desde la órbita, en comparación con 1.000 a 3.000 pies (375 a 1.000 metros) posibles con las cámaras térmicas actuales.

El éxito de estas cámaras de medición de calor ha atraído inversiones de la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO) de la NASA, de Innovación e Investigación de Pequeñas Empresas y de otros programas para personalizar aún más su alcance y aplicaciones.

Jhabvala y el equipo del sensor infrarrojo térmico de imágenes terrestres avanzadas (ALTIRS) de la NASA están desarrollando una versión de seis bandas para el proyecto Airborne LiDAR, Hyperspectral and Thermal Imager (G-LiHT) de este año. Esta cámara, la primera de su tipo, medirá el calor de la superficie y permitirá monitorear la contaminación y observar incendios a altas velocidades de cuadro, dijo.

Imágenes de incendios de próxima generación

El científico de la NASA Goddard Earth, Doug Morton, lidera un proyecto ESTO que desarrolla un generador de imágenes de incendios compacto para la detección y predicción de incendios forestales.

“No vamos a ver menos incendios, por eso estamos tratando de entender cómo los incendios liberan energía a lo largo de su ciclo de vida”, dijo Morton. “Esto nos ayudará a comprender mejor la nueva naturaleza de los incendios en un mundo cada vez más inflamable”. »

CFI monitoreará tanto los incendios más calientes que liberan más gases de efecto invernadero como los carbones y cenizas más fríos y ardientes que producen más monóxido de carbono y partículas en el aire como humo y cenizas.

“Estos son ingredientes clave cuando se trata de seguridad y comprensión de los gases de efecto invernadero liberados por la combustión”, dijo Morton.

Después de probar el generador de imágenes de incendios durante campañas aéreas, el equipo de Morton planea equipar una flota de 10 pequeños satélites para proporcionar información global sobre incendios con más imágenes por día.

Combinada con modelos informáticos de próxima generación, dijo, “esta información puede ayudar a los Servicios Forestales y otras agencias de bomberos a prevenir incendios, mejorar la seguridad de los bomberos de primera línea y proteger las vidas y propiedades de quienes viven en el camino de los incendios”. “

Sondeando las nubes en la Tierra y más allá

Equipado con filtros de polarización, el sensor podría medir cómo las partículas de hielo en las nubes en la atmósfera superior de la Tierra dispersan y polarizan la luz, dijo Dong Wu, científico de la NASA Goddard Earth.

Estas aplicaciones complementarían la misión PACE (plancton, aerosol, nube, ecosistema oceánico) de la NASA, dijo Wu, que reveló sus primeras imágenes luminosas a principios del mes pasado. Ambos miden la polarización de la orientación de la onda de luz en relación con la dirección de viaje desde diferentes partes del espectro infrarrojo.

“Los polarímetros PACE monitorean la luz visible y la infrarroja de onda corta”, explicó. “La misión se centrará en la ciencia de los aerosoles y el color del océano a partir de observaciones diurnas. En longitudes de onda infrarrojas medias y largas, el nuevo polarímetro infrarrojo capturaría las propiedades de las nubes y superficies a partir de observaciones diurnas y nocturnas.

En otro esfuerzo, Hewagama está trabajando con Jhabvala y Jennings para incorporar filtros variables lineales que proporcionen aún más detalles en el espectro infrarrojo. Los filtros revelan la rotación y las vibraciones de las moléculas atmosféricas, así como la composición de la superficie terrestre.

La tecnología también podría beneficiar las misiones a planetas rocosos, cometas y asteroides, dijo la científica planetaria Carrie Anderson. Dijo que podían identificar hielo y compuestos volátiles emitidos en enormes columnas de Saturnola luna Encelado.

“Se trata básicamente de géiseres de hielo”, afirmó, “que, por supuesto, son fríos, pero emiten luz dentro de los límites de detección del nuevo sensor de infrarrojos. Observar las columnas sobre el fondo del Sol nos permitiría identificar muy claramente su composición y su distribución vertical.

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