Las cámaras infrarrojas compactas de la NASA permiten nueva ciencia

Una nueva cámara infrarroja de mayor resolución equipada con una variedad de filtros livianos podría sondear la luz solar reflejada en la atmósfera superior y la superficie de la Tierra, mejorar las advertencias de incendios forestales y revelar la composición molecular de otros planetas.

Las cámaras utilizan sensores de superred sensibles de alta resolución, desarrollados inicialmente en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, utilizando IRAD, Investigación y Desarrollo Interno fondos.

Su construcción compacta, su baja masa y su adaptabilidad permiten a ingenieros como Tilak Hewagama adaptarlos a las necesidades de una variedad de ciencias.

“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 satélites y misiones más pequeños 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, además de liderar los esfuerzos actuales de integración de filtros.

Jhabvala también dirigió la Experimento de cámara termográfica compacta en la 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 le valieron a los inventores Jhabvala y a los colegas Goddard de la NASA, Don Jennings y Compton Tucker, el premio a la Invención del Año de la agencia para 2021.

Datos de la prueba proporcionados. información detallada sobre incendios forestalesuna mejor comprensión de la estructura vertical de las nubes y la atmósfera de la Tierra, y capturó una corriente ascendente causada por el viento que se levanta de las características terrestres de la Tierra llamada onda de gravedad.

Los innovadores sensores infrarrojos utilizan capas de estructuras moleculares repetidas para interactuar con fotones individuales o unidades de luz. Los sensores resuelven más longitudes de onda de infrarrojos 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 NASA Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO), Innovación e investigación para pequeñas empresasy 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 la edición de este año. Cámara de imágenes LiDAR, hiperespectral y térmica (G-LiHT) proyecto aerotransportado. 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.

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 lo que 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.

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

Después de probar el generador de imágenes de incendios en campañas aéreas, el equipo de Morton prevé 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 al servicio forestal y otras agencias de extinción de incendios a prevenir incendios, mejorar la seguridad de los bomberos en primera línea y proteger la vida y la propiedad 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 de la atmósfera superior de la Tierra se dispersan y polarizan la luz, dijo Dong Wu, científico de Goddard Earth de la NASA.

Estas aplicaciones complementarían la misión PACE (plancton, aerosol, nube y ecosistema oceánico) de la NASA, dijo Wu. que reveló sus primeras imágenes luminosas a principios de este mes.. Ambos miden la polarización de la orientación de las ondas 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 las ciencias de los aerosoles y el color de los océanos a partir de observaciones diurnas. En longitudes de onda del infrarrojo medio y largo, el nuevo polarímetro infrarrojo capturaría las propiedades de las nubes y la superficie a partir de observaciones tanto diurnas como nocturnas”.

En otro esfuerzo, Hewagama está trabajando con Jhabvala y Jennings para incorporar filtros variables lineales que proporcionen detalles aún mayores dentro del espectro infrarrojo. Los filtros revelan la rotación y vibración de las moléculas atmosféricas, así como la composición de la superficie de la Tierra.

Esa 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 la luna Encelado de Saturno.

“Son esencialmente géiseres de hielo”, dijo, “que por supuesto son fríos, pero emiten luz dentro de los límites de detección del nuevo sensor infrarrojo. Observar las columnas con el Sol como telón de fondo nos permitiría identificar muy claramente su composición y distribución vertical”.

Por Karl B. Hille

El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.