Une nouvelle caméra infrarouge à plus haute résolution, équipée d’une variété de filtres légers, pourrait sonder la lumière solaire réfléchie par la haute atmosphère et la surface de la Terre, améliorer les alertes d’incendie de forêt et révéler la composition moléculaire d’autres planètes.
Les caméras utilisent des capteurs à super-réseau à couche contrainte sensibles et à haute résolution, initialement développés au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland.
Leur construction compacte, leur faible masse et leur adaptabilité permettent à des ingénieurs comme Tilak Hewagama de les adapter aux besoins de diverses sciences.
« La fixation de filtres directement sur le détecteur élimine la masse substantielle des systèmes traditionnels de lentilles et de filtres », a déclaré Hewagama. « Cela permet d’obtenir un instrument de faible masse doté d’un plan focal compact qui peut désormais être refroidi pour la détection infrarouge à l’aide de refroidisseurs plus petits et plus efficaces. Les satellites et les missions plus petits peuvent bénéficier de leur résolution et de leur précision. »
L’ingénieur Murzy Jhabvala a dirigé le développement initial du capteur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, ainsi que les efforts actuels d’intégration des filtres.
Jhabvala a également dirigé l’expérience de l’imageur thermique compact sur la Station spatiale internationale, qui a démontré comment la nouvelle technologie de capteur pouvait survivre dans l’espace tout en s’avérant un succès majeur pour les sciences de la Terre. Plus de 15 millions d’images capturées dans deux bandes infrarouges ont valu aux inventeurs Jhabvala et à leurs collègues Goddard de la NASA, Don Jennings et Compton Tucker, le prix de l’invention de l’année 2021 de l’agence.
Les données du test ont fourni des informations détaillées sur les incendies de forêt, une meilleure compréhension de la structure verticale des nuages et de l’atmosphère terrestre, et ont capturé un courant ascendant provoqué par le vent soulevant les caractéristiques terrestres de la Terre, appelé onde de gravité.
Les capteurs infrarouges révolutionnaires utilisent des couches de structures moléculaires répétitives pour interagir avec des photons individuels ou des unités de lumière. Les capteurs détectent davantage de longueurs d’onde infrarouges à une résolution plus élevée : 260 pieds (80 mètres) par pixel depuis l’orbite, contre 1 000 à 3 000 pieds (375 à 1 000 mètres) possibles avec les caméras thermiques actuelles.
Le succès de ces caméras de mesure de la chaleur a attiré des investissements de la part du Earth Science Technology Office (ESTO) de la NASA, du Small Business Innovation and Research et d’autres programmes pour personnaliser davantage leur portée et leurs applications.
Jhabvala et l’équipe ALTIRS (Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor) de la NASA développent une version à six bandes pour le projet aéroporté LiDAR, Hyperspectral et Thermal Imager (G-LiHT) de cette année. Cette caméra, première en son genre, mesurera la chaleur de surface et permettra la surveillance de la pollution et l’observation des incendies à des fréquences d’images élevées, a-t-il déclaré.
Doug Morton, scientifique Goddard Earth de la NASA, dirige un projet ESTO développant un imageur d’incendie compact pour la détection et la prévision des incendies de forêt.
« Nous n’allons pas voir moins d’incendies, c’est pourquoi nous essayons de comprendre comment les incendies libèrent de l’énergie au cours de leur cycle de vie », a déclaré Morton. « Cela nous aidera à mieux comprendre la nouvelle nature des incendies dans un monde de plus en plus inflammable. »
CFI surveillera à la fois les incendies les plus chauds qui libèrent plus de gaz à effet de serre et les charbons et cendres plus froids et couvants qui produisent plus de monoxyde de carbone et de particules en suspension dans l’air comme la fumée et les cendres.
« Ce sont des ingrédients clés en matière de sécurité et de compréhension des gaz à effet de serre libérés par la combustion », a déclaré Morton.
Après avoir testé l’imageur d’incendie lors de campagnes aéroportées, l’équipe de Morton envisage d’équiper une flotte de 10 petits satellites pour fournir des informations mondiales sur les incendies avec plus d’images par jour.
Combinées aux modèles informatiques de nouvelle génération, a-t-il déclaré, « ces informations peuvent aider les services forestiers et d’autres agences de lutte contre les incendies à prévenir les incendies, à améliorer la sécurité des pompiers en première ligne et à protéger la vie et les biens de ceux qui vivent sur le chemin des incendies ».
Sonder les nuages sur Terre et au-delà
Équipé de filtres de polarisation, le capteur pourrait mesurer la façon dont les particules de glace dans les nuages de la haute atmosphère terrestre dispersent et polarisent la lumière, a déclaré Dong Wu, scientifique Goddard Earth de la NASA.
Ces applications viendraient compléter la mission PACE (plancton, aérosol, nuage, écosystème océanique) de la NASA, a déclaré Wu, qui a révélé ses premières images lumineuses au début du mois. Les deux mesurent la polarisation de l’orientation de l’onde lumineuse par rapport à la direction de déplacement à partir de différentes parties du spectre infrarouge.
« Les polarimètres PACE surveillent la lumière visible et infrarouge à ondes courtes », a-t-il expliqué. « La mission se concentrera sur la science des couleurs des aérosols et des océans à partir d’observations diurnes. Dans les longueurs d’onde infrarouges moyennes et longues, le nouveau polarimètre infrarouge capturerait les propriétés des nuages et des surfaces à partir d’observations diurnes et nocturnes. »
Dans un autre effort, Hewagama travaille avec Jhabvala et Jennings pour incorporer des filtres variables linéaires qui fournissent encore plus de détails dans le spectre infrarouge. Les filtres révèlent la rotation et les vibrations des molécules atmosphériques ainsi que la composition de la surface de la Terre.
Cette technologie pourrait également bénéficier aux missions sur des planètes rocheuses, des comètes et des astéroïdes, a déclaré la planétologue Carrie Anderson. Elle a déclaré qu’ils pouvaient identifier la glace et les composés volatils émis dans d’énormes panaches provenant de la lune Encelade de Saturne.
« Il s’agit essentiellement de geysers de glace », a-t-elle déclaré, « qui sont bien sûr froids, mais émettent de la lumière dans les limites de détection du nouveau capteur infrarouge. Regarder les panaches sur fond de soleil nous permettrait d’identifier leur composition et leur répartition verticale. très clairement. »