מהנדס גודארד, Murzy Jhabvala, מחזיק בלב טכנולוגיית המצלמה התרמית הקומפקטית שלו – חיישן אינפרא אדום ברזולוציה גבוהה וטווח ספקטרלי גבוה המתאים ללוויינים קטנים ומשימות לאובייקטים אחרים במערכת השמש. קרדיט: נאס"א
חיישני אינפרא אדום חדשניים שפותחו על ידי נאס"א הגדלת הרזולוציה עבור הדמיית כדור הארץ והחלל, מבטיחה התקדמות בניטור סביבתי ומדע פלנטרי.
מצלמת אינפרא אדום חדשה שפותחה עם רזולוציה גבוהה ומצוידת במגוון מסננים קלים יש את הפוטנציאל לנתח את אור השמש המוחזר מהאטמוספירה העליונה של כדור הארץ ומשטחו, לשפר את ההתראות על שריפות יער ולחשוף את ההרכב המולקולרי של כוכבי לכת אחרים.
מצלמות אלו מצוידות בחיישני סריג-על רגישים ברזולוציה גבוהה, שפותחו במקור במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד, במימון תוכנית המחקר והפיתוח הפנימי (IRAD).
הודות לעיצוב הקומפקטי, המשקל הנמוך והרבגוניות שלהם, מהנדסים כמו Tilak Hewagama יכולים להתאים אותם ליישומים מדעיים מגוונים.
יכולות חיישן משופרות
"הצמדת מסננים ישירות לגלאי מבטלת את המסה המשמעותית של מערכות עדשות ומסננים מסורתיות", אמר Hewagama. "זה מאפשר מכשיר בעל מסה נמוכה עם מישור מוקד קומפקטי אשר כעת ניתן לקרר לזיהוי אינפרא אדום באמצעות מצננים קטנים ויעילים יותר. לוויינים ומשימות קטנות יותר יכולים להפיק תועלת מהרזולוציה שלהם ו דיוק."
המהנדס Murzy Jhabvala הוביל את פיתוח החיישנים הראשוני במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד, וכן הוביל את מאמצי שילוב המסננים של היום.
Jhabvala גם הוביל את הניסוי Compact Thermal Imager על תחנת חלל בינלאומית שהדגים כיצד טכנולוגיית החיישנים החדשה יכולה לשרוד בחלל תוך הוכחה להצלחה גדולה עבור מדעי כדור הארץ. יותר מ-15 מיליון תמונות שצולמו בשתי רצועות אינפרא-אדום זיכו את הממציאים, ג'הבולה ועמיתיו של נאס"א גודארד, דון ג'נינגס וקומפטון טאקר, בפרס המצאת השנה של הסוכנות לשנת 2021.
ה-Compact Thermal Imager לכד שריפות קשות בצורה יוצאת דופן באוסטרליה ממקומו בתחנת החלל הבינלאומית בשנים 2019 ו-2020. ברזולוציה הגבוהה שלו, זיהה את הצורה והמיקום של חזיתות האש ואת המרחק שלהן מאזורים מיושבים – מידע חשוב ביותר לראשון מגיבים. קרדיט: נאס"א
פריצות דרך בתצפית בכדור הארץ ובחלל
הנתונים מהבדיקה סיפקו מידע מפורט על שריפות בשדה קוצים, הבנה טובה יותר של המבנה האנכי של העננים והאטמוספירה של כדור הארץ, ותפסו טיוטה עלייה שנגרמה כתוצאה מהתרוממות הרוח ממאפייני היבשה של כדור הארץ הנקראים גל כבידה.
חיישני האינפרא אדום פורצי הדרך משתמשים בשכבות של מבנים מולקולריים חוזרים כדי ליצור אינטראקציה עם פוטונים בודדים, או יחידות אור. החיישנים פותרים יותר אורכי גל של אינפרא אדום ברזולוציה גבוהה יותר: 260 רגל (80 מטר) לפיקסל ממסלול בהשוואה ל-1,000 עד 3,000 רגל (375 עד 1,000 מטר) האפשריים עם מצלמות תרמיות נוכחיות.
הצלחתן של מצלמות מדידת חום אלו גררה השקעות ממשרד הטכנולוגיה למדעי כדור הארץ (ESTO), חדשנות ומחקר לעסקים קטנים ותוכניות אחרות כדי להתאים אישית את טווח ההגעה והיישומים שלהן.
צוות Jhabvala ו-Advanced Land Imaging Thermal IR חיישן IR (ALTIRS) של NASA מפתחים גרסת שישה פסים עבור הפרויקט המוטס של LiDAR, Hyperspectral, & Thermal Imager (G-LiHT) השנה. מצלמה ראשונה מסוגה זו תמדוד חום פני השטח ותאפשר ניטור זיהום ותצפיות אש בקצבי פריימים גבוהים, אמר.
הדור הבא של הדמיית אש
מדען כדור הארץ של נאס"א דאג מורטון מוביל פרויקט ESTO לפיתוח מדמי אש קומפקטי לזיהוי וחיזוי שריפות.
"אנחנו לא הולכים לראות פחות שריפות, אז אנחנו מנסים להבין איך שריפות משחררות אנרגיה לאורך מחזור החיים שלהן", אמר מורטון. "זה יעזור לנו להבין טוב יותר את הטבע החדש של שריפות בעולם דליק יותר ויותר."
CFI תפקח הן על השריפות החמות ביותר שמשחררות יותר גזי חממה והן על פחמים ואפר קרירים יותר ומעשנים שמייצרים יותר פחמן חד חמצני וחלקיקים הנישאים באוויר כמו עשן ואפר.
"אלה מרכיבים מרכזיים בכל הנוגע לבטיחות והבנת גזי החממה המשתחררים משריפה", אמר מורטון.
לאחר שהם בודקים את מצלמת האש בקמפיינים מוטסים, הצוות של מורטון צופה להצטייד בצי של 10 לוויינים קטנים כדי לספק מידע גלובלי על שריפות עם יותר תמונות ביום.
בשילוב עם דגמי מחשבים מהדור הבא, הוא אמר, "מידע זה יכול לעזור לשירותי היערות ולסוכנויות כיבוי אחרות למנוע שריפות, לשפר את בטיחות הכבאים בקו החזית ולהגן על חייהם ורכושם של אלה החיים בנתיב השריפות".
חיטוט בעננים בכדור הארץ ומחוצה לו
מצויד במסנני קיטוב, החיישן יכול למדוד כיצד חלקיקי קרח בענני האטמוספירה העליונים של כדור הארץ מתפזרים ומקטבים אור, אמר מדען כדור הארץ של נאס"א, דונג וו.
יישומים אלה ישלימו את משימת ה-PACE של נאס"א – פלנקטון, אירוסול, ענן, מערכת אקולוגית של האוקיינוס -, אמר וו, שחשפה את תמונות האור הראשונות שלה מוקדם יותר בחודש שעבר. שניהם מודדים את הקיטוב של כיוון גלי האור ביחס לכיוון הנסיעה מחלקים שונים של ספקטרום האינפרא אדום.
"מדדי הקוטב של PACE מנטרים אור גלוי וגלים קצרים-אינפרא אדום", הסביר. "המשימה תתמקד במדעי אירוסול וצבע האוקיינוסים מתצפיות בשעות היום. באורכי גל אינפרא אדום בינוני וארוך, מד הקוטב החדש של אינפרא אדום יקלוט מאפייני ענן ושטח מתצפיות ביום ובלילה.
במאמץ נוסף, Hewagama פועלת ב-Jhabvala וג'נינגס כדי לשלב מסננים משתנים ליניאריים המספקים פרטים גדולים עוד יותר בספקטרום האינפרא אדום. המסננים חושפים את הסיבוב והרעידה של מולקולות אטמוספריות וכן את הרכב פני השטח של כדור הארץ.
הטכנולוגיה הזו יכולה להועיל גם למשימות לכוכבי לכת סלעיים, שביטים ואסטרואידים, אמרה המדענית הפלנטרית קארי אנדרסון. היא אמרה שהם יכלו לזהות קרח ותרכובות נדיפות שנפלטו בנומרות עצומות מהן שַׁבְתַאִיהירח של אנצלדוס.
"הם בעצם גייזרים של קרח," היא אמרה, "שכמובן קרים, אבל פולטים אור בתוך גבולות הזיהוי של חיישן האינפרא אדום החדש. הסתכלות על הפלומות על רקע השמש תאפשר לנו לזהות את הרכבן ואת התפוצה האנכית שלהן בצורה ברורה מאוד".
