Una nueva cámara infrarroja de mayor resolución equipada con una variedad de filtros ligeros 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 de capa tensada sensibles y de alta resolución, desarrollados inicialmente en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, utilizando IRAD, fondos internos de Investigación y Desarrollo.
Su construcción compacta, su baja masa y su adaptabilidad permiten a ingenieros como Tilak Hewagama adaptarlos a las necesidades de una gran variedad de ciencias.
"La colocación de filtros directamente en el detector elimina la masa sustancial de los sistemas tradicionales de lentes y filtros", dijo Hewagama. "Esto permite un instrumento de baja masa con un plano focal compacto que ahora se puede enfriar para la detección infrarroja utilizando enfriadores 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 Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, además de liderar los esfuerzos actuales de integración de filtros.
Jhabvala también dirigió el experimento de la 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 sus colegas Goddard de la NASA, Don Jennings y Compton Tucker, un premio a la Invención del Año de la agencia para 2021.
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 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 repetitivas para interactuar con fotones individuales o unidades de luz. Los sensores resuelven más longitudes de onda del infrarrojo a una resolución más alta: 260 pies (80 metros) por píxel desde la órbita en comparación con los 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, Innovación e Investigación de Pequeñas Empresas y otros programas para personalizar aún más su alcance y aplicaciones.
Jhabvala y el equipo de Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor (ALTIRS) de la NASA están desarrollando una versión de seis bandas para el proyecto aerotransportado LiDAR, Hiperespectral, & Thermal Imager (G-LiHT) de este año. Esta cámara, la primera de su tipo, medirá el calor de la superficie y permitirá el monitoreo de la contaminación y las observaciones de incendios a altas velocidades de fotogramas, dijo.
Doug Morton, científico de la NASA Goddard Earth, lidera un proyecto ESTO que desarrolla un generador de imágenes compacto de incendios para la detección y predicción de incendios forestales.
"No vamos a ver menos incendios, así 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 humeantes que producen más monóxido de carbono y partículas en el aire como humo y cenizas.
"Esos son ingredientes clave cuando se trata de la seguridad y la 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 satélites pequeños 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 a 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 dispersan y polarizan la luz, dijo el científico de la NASA Dong Wu.
Estas aplicaciones complementarían la misión PACE (Plancton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) de la NASA, dijo Wu, que reveló sus primeras imágenes de luz 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 luz infrarroja de onda corta", explicó. "La misión se centrará en las ciencias 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 la superficie de las observaciones diurnas y nocturnas".
En otro esfuerzo, Hewagama está trabajando con Jhabvala y Jennings para incorporar filtros variables lineales que proporcionen aún más detalles 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 a 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 penachos desde la luna Encélado 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 los penachos contra el telón de fondo del Sol nos permitiría identificar su composición y distribución vertical con mucha claridad".
tecnologia
