Plotseling, een kleine door NASA gefinancierde satelliet, een van de vele passagiers aan boord van het SpaceX Dragon-ruimtevaartuig, in de lucht geschoten op een missie om te bewijzen dat zijn nieuwe technologie de manier waarop we de aarde meten kan veranderen, en eventueel, de maan.

De Compact Infrared Radiometer in Space instrument op een CubeSat, ook bekend als CIRiS, gelanceerd vanaf Cape Canaveral Air Force Station in Florida naar het internationale ruimtestation op 5 december. De satelliet ter grootte van een rugzak is bedoeld om te verzamelen, verwerk en kalibreer infraroodbeelden om voor het eerst de temperatuur van de aarde te onthullen vanaf een kleine satelliet. "Als we dit kunnen, we hebben de waarde van de gegevens voor aardwetenschappelijke toepassingen enorm vergroot, evenals land- en waterbeheer, "David Oosterman, de CIRiS hoofdonderzoeker bij Ball Aerospace, zei.

Boeren kunnen de gegevens van CIRiS gebruiken om te bepalen of een sinaasappelboomgaard meer water nodig heeft of dat een wijngaard te nat is. In feite, boeren, waterbeheerders en andere besluitvormers beginnen gebruik te maken van remote sensing schattingen van het verbruik van water van grotere sensoren zoals de Thermal Infrared Sensor (TIRS) aan boord van Landsat 8, die gezamenlijk wordt beheerd door de U.S. Geological Survey en NASA.

CIRiS wil nieuwe mogelijkheden demonstreren als aanvulling op toekomstige NASA-aardobservatiemissies zoals Landsat, het verhogen van de frequentie van het verzamelen van afbeeldingen tegen een mogelijk kleinere omvang en lagere kosten. "We willen in alles hoge prestaties leveren terwijl we toch in een kleine ruimte passen, ' zei Oosterman.

Zelfs voordat CIRiS de aarde verliet, NASA financierde zijn broer, L-CIRIS, die een "L" heeft voor maan, om naar de maan te gaan en vergelijkbare instrumenten te gebruiken om maanmineralen te identificeren. L-CIRIS zal ook worden gebouwd door Ball Aerospace en werd geselecteerd als onderdeel van NASA's Artemis-maanprogramma, die NASA zal helpen om tegen 2024 astronauten naar de maan te sturen als een manier om zich voor te bereiden op het sturen van de eerste mensen naar Mars.

De aardobservatie CIRiS bevindt zich momenteel op het ruimtestation. Het zal daar een paar weken blijven tot het wordt overgebracht naar het Cygnus-vrachtvoertuig, die het 100 kilometer hoger zal brengen dan het ruimtestation voor plaatsing.

kleine satelliet, grote gegevens

kleine satellieten, inclusief CubeSats, spelen een steeds grotere rol bij exploratie, technologie demonstratie, wetenschappelijk onderzoek en onderwijsonderzoek bij NASA. Missies tot nu toe omvatten planetaire ruimteverkenning, Aardobservaties, en fundamentele aard- en ruimtewetenschap. CubeSats worden ook gebruikt om voorloperruimtetechnologieën te ontwikkelen, zoals geavanceerde lasercommunicatie, satelliet-naar-satelliet communicatie en autonome bewegingsmogelijkheden.

De CIRiS CubeSat, die op afstand de temperatuur van het aardoppervlak kan meten, miniaturiseert een aantal componenten en elimineert andere die conventionele instrumenten gebruiken om langegolfbeelden (infraroodspectrum) te verzamelen. Deze afbeeldingen geven warme en koude gebieden aan als kleuren op een "warmtekaart" -scherm.

Zodra CIRiS deze beelden heeft verzameld, het kalibreert ze terwijl ze in een baan om de aarde zijn, wat betekent dat het gevalideerde numerieke waarden toewijst aan elke pixel. "Kalibratie stelt je in staat om gegevens te nemen en ze een stap verder te brengen naar waar ze wetenschappelijke betekenis hebben en kunnen bijdragen aan de werkelijke wetenschap, " zei Osterman. Je kunt niet alleen zien of een stuk land warmer is dan de omgeving, je kunt zien met hoeveel.

Bijvoorbeeld, infraroodmetingen kunnen wetenschappers helpen evapotranspiratie beter te begrijpen, dat is het water dat uit de grond is verdampt plus het water dat vrijkomt uit de bladeren van de planten terwijl ze verdampen, of ademen. Verdamping helpt de planten te koelen, dus temperatuur is een belangrijke indicator van het watergebruik van planten. Het kennen van het kwantitatieve niveau van verdamping is nuttig voor telers van gewassen omdat ze bepalen welke planten meer water nodig hebben.

Het doel van de CIRiS-missie is het valideren en demonstreren van nieuwe technologie. Indien succesvol, een mogelijke volgende stap zou een missie zijn die de mogelijkheid toevoegt om afbeeldingen in het zichtbare deel van het spectrum te verzamelen om de kleuren en het bladoppervlak van planten te bepalen. Zichtbaar licht kan onthullen hoeveel zonneplanten ontvangen en hoe gezond ze zijn.

De gegevens toepassen

Het verzamelen van beelden in zowel de zichtbare als infrarode banden zal de wijnbouwindustrie helpen, bijvoorbeeld. Druiven die voor wijn worden gebruikt, hebben specifieke omstandigheden nodig om te gedijen. "Telers willen doorgaans de wijnstokken tijdens bepaalde ontwikkelingsstadia onder druk kunnen zetten om de vegetatiegroei te beheersen, die bepaalt hoeveel suiker zich in de druiven ontwikkelt, onder andere kwaliteiten, "Bill Kustas, een wetenschapper bij de Agricultural Research Service van de USDA in Beltsville, Maryland, zei.

Bill Kustas en collega Martha Anderson leiden een door NASA gefinancierd project genaamd GRAPEX, in samenwerking met wijnmakerij E&J Gallo, gericht op het integreren van thermische teledetectie-informatie in besluitvormingsinstrumenten voor irrigatie voor wijngaarden. "Het is een enorme uitdaging om wijndruiven te irrigeren om de doelen te bereiken die telers willen bereiken. ' zei Anderson.

Op grotere schaal, telers in heel Californië moeten hun watergebruik kunnen melden om te voldoen aan de State of California's Sustainable Groundwater Management Act (SGMA), die tot doel heeft de staat te helpen de grondwaterreservoirs die de staat van zoet water voorzien, efficiënter te gebruiken en te behouden. "Telers zien remote sensing verdampingsinformatie als waardevol om te voldoen aan SGMA omdat ze de remote sensing kunnen gebruiken om in te schatten hoeveel water ze gebruiken in plaats van te proberen deze informatie uit hun irrigatiegegevens te halen. ' zei Anderson.

De technologie testen

CIRiS verzamelt infraroodenergie en gebruikt een "brandpuntsvlak" om die energie om te zetten in een elektrisch signaal, vergelijkbaar met hoe een digitale camera zichtbare lichtenergie omzet in een elektrisch signaal. Veel brandpuntsvlakken voor infrarooddetectie vereisen werking bij cryogene temperaturen, en moet daarom een ​​cryokoeler bevatten om die temperaturen vast te stellen, zei Osteman. Het team besloot een ander type brandvlak te gebruiken dat werkt zonder cryokoeling om de sensor kleiner te maken.

Hoewel het brandvlak van CIRiS niet hetzelfde gevoeligheidsniveau heeft als een groter brandvlak met een cryokoeler, het hoopt eventuele tekortkomingen te compenseren met robuuste mogelijkheden om de gegevens te verwerken. "We proberen softwareprestaties te vervangen door hardwareprestaties, " zei Osterman. Het softwareaspect, of gegevensverwerking, wordt gestart op het ruimtevaartuig en gaat vervolgens verder nadat de gegevens naar de grond zijn gedownlinkt.

Gegevens verzameld door CIRiS kunnen worden vergeleken met beelden van andere thermische sensoren van NASA die momenteel in de ruimte zijn, zoals het ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRES). collectief, NASA-onderzoeksinstrumenten zoals CIRiS en ECOSTRESS helpen bij het identificeren van optimale sensorkenmerken die kunnen worden omgezet in langetermijnbewakingsprogramma's, zei Anderson.

Als de CubeSat erin slaagt te bewijzen dat hij in de ruimte kan werken, Osterman hoopt een klein sterrenbeeld van CIRiS-achtige instrumenten in een baan om de aarde te zien. Meerdere CubeSats in een baan om de aarde zouden ons in staat stellen om veranderingen in verdamping en andere fenomenen mogelijk zo vaak als elke dag te meten.

"Het was heel spannend om te zien hoe kleine instrumenten en ruimtevaartuigen kunnen bijdragen aan ons begrip van de aarde en uiteindelijk de maan, ' zei Oosterman.