Na meer dan 16 jaar bedrijf, NASA's Earth Observing-1 (EO-1) ruimtevaartuig werd op 30 maart buiten dienst gesteld. De EO-1-satelliet was een onderdeel van NASA's New Millennium Program om nieuwe technologieën te valideren die de kosten konden verlagen en de mogelijkheden voor toekomstige ruimtemissies konden verbeteren. Aan boord van de EO-1 bevond zich het Advanced Land Imager (ALI) -instrument ontwikkeld door MIT Lincoln Laboratory als alternatief voor de landbeeldsensor die werd gebruikt door het Landsat Earth-observatieprogramma.

"Vanaf het begin, ALI was bedoeld om nieuwe technologieën te demonstreren die Landsat's meer dan 30-jarige erfenis van continue landmonitoring zouden voortzetten en tegelijkertijd een aanzienlijke omvang zouden bieden, gewicht, stroom, en kostenbesparingen, " zegt Jeffrey Mendenhall, huidige leider van de Advanced Imager Technology Group van Lincoln Laboratory en lid van het ALI-ontwikkelingsteam. "Dertig internationale aardwetenschappelijke teams evalueerden een verscheidenheid aan ALI-gegevens, bijvoorbeeld gegevens voor de landbouw, bosbouw, stedelijke ontwikkeling, klimaat, vulkanologie, glaciologie, geologie, waterbeheer - verzameld tijdens het eerste jaar van gebruik om de prestaties van het instrument te beoordelen ten opzichte van de verwachtingen van het Landsat-programma. De uiteindelijke conclusie was dat ALI elkaar ontmoette, of in veel gevallen overtrof de prestaties van het Landsat 7-instrument."

ALI bereikte niet alleen een hogere beeldresolutie en kwaliteit, het vertoonde ook een grotere gevoeligheid en dynamisch bereik, en realiseerde een hogere radiometrische nauwkeurigheid. Bovendien, vergeleken met de Landsat-imager, ALI was slechts ongeveer driekwart zo zwaar, nam tweederde zoveel ruimte in beslag, verbruikt een vijfde zoveel stroom, en kost aanzienlijk minder om te bouwen.

De EO-1-satelliet werd op 21 november gelanceerd, 2000 vanaf Vandenberg Air Force Base in Californië op een geplande eenjarige missie om 2, 000 afbeeldingen van de aarde. Het ruimtevaartuig was ontworpen om nog een jaar mee te gaan en had voldoende brandstof voor nog eens vijf jaar. Echter, EO-1 bleek een werkpaard te zijn. nasa, in samenwerking met de U.S. Geological Survey, Nationaal Verkenningsbureau, Marine onderzoekslaboratorium, en de National Oceanic and Atmospheric Administration, heeft EO-1 meer dan 15 jaar gebruikt buiten de beoogde levensduur van de missie.

ALI heeft meer dan 90 verzameld, 000 afbeeldingen, waarvan vele baanbrekend waren, zoals het voor het eerst in kaart brengen van een lavastroom vanuit de ruimte en het voor het eerst volgen van hergroei van een Amazonewoud gezien vanuit de ruimte. Tijdens zijn leven, ALI legde veel dramatische scènes vast - afbeeldingen van de asafzettingen achtergelaten door de aanslagen op het World Trade Center in 2001, overstromingen veroorzaakt door de orkaan Katrina in 2005, en de uitbarsting van de Momotombo-vulkaan in Nicaragua in december 2015 om er een paar te noemen.

De rol van Lincoln Laboratory

De betrokkenheid van Lincoln Laboratory bij de EO-1-missie begon in januari 1994. NASA vroeg het laboratorium om een ​​studie uit te voeren om de snelle ontwikkeling te onderzoeken van een goedkope land-imaging-missie die de leemte in de gegevensverzameling zou kunnen opvullen die was ontstaan ​​toen het Landsat 6-ruimtevaartuig er niet in slaagde om launch. De aanbevelingen van dit onderzoek werden niet onmiddellijk uitgevoerd, maar de bevindingen van de studie hebben het latere EO-1-sensorontwerp en missieconcept geïnformeerd. In het voorjaar van 1994, Lincoln Laboratory begon te werken met NASA's Goddard Space Flight Center om een ​​vervolg te bedenken voor de Landsat Earth-imaging-missie. Verdere samenwerking in 1995 met het New Millennium Program en SSG, Inc. leidde tot het ontwerp voor ALI.

De ALI-ontwikkeling was een rigoureuze, tijdsintensief ontwikkelingsprogramma, fabricage, systeem kalibratie, en preflight-testen. "Een van de belangrijkste inspanningen van Lincoln Lab was het optomechanische herontwerp van de telescoopstructuur met behulp van drie stukken Invar. De oorspronkelijke bedoeling van een externe leverancier was om een ​​volledig siliciumcarbide-ontwerp te gebruiken waarvan we vonden dat het niet kon worden geïmplementeerd. In een zeer korte periode , om een ​​zeer veeleisend schema niet in gevaar te brengen, Vin Cerrati en Keith Doyle van de [toen] Optical Systems Engineering Group hebben de structuur opnieuw ontworpen en geanalyseerd om de optica en het brandpuntsvlak efficiënt te ondersteunen, " herinnert Steven Forman van de Engineering Division van het laboratorium zich, die fabricageondersteuning bood aan het leidende R&D-team van de Aerospace Division.

Lincoln Laboratory leverde ALI aan NASA in 1999, en het systeem werd geïntegreerd op de EO-1-satelliet bij Swales Aerospace. Vijf dagen na de lancering van EO-1 in 2000, ALI maakte zijn eerste beelden van land. Die beelden toonden opmerkelijke details van Sutton, Alaska, een klein stadje ingeklemd in een donkere vallei. Later die dag, 25 november ALI verzamelde beelden van Oost-Antarctica, het Marshallese eiland Roi-Namen, en Noord-centraal Australië.

De impact van ALI

Een van de doelstellingen van de ALI-demonstratie was om de beelden te evalueren tegen die van het Landsat 7-instrument. Dus, EO-1 werd in een baan om de aarde gemanoeuvreerd om Landsat 7 met één minuut te volgen, aangezien het elke dag 14 banen voltooide en de verzamelingen elke 16 dagen herhaalde. Vergelijking van de ALI- en Landsat-prestaties bij het in beeld brengen van dezelfde regio's op vrijwel dezelfde tijden, bevestigde dat de nieuwe imager de aarde op hetzelfde detailniveau (30 meter per pixel) als de Landsat-sensor kon afbeelden; echter, ALI's set sensoren maakte scherper, foto-achtige beelden zodra de gegevens werden verwerkt op het grondstation.

ALI's combinatie van ontwerpkeuzes resulteerde in een innovatief systeem. "De Advanced Land Imager gebruikte een nieuwe architectuur die de Landsat-scanspiegel elimineerde en nieuwe technologieën implementeerde, zoals grote, modulaire focal plane arrays en wide-field-of-view optica, " zegt William Brown, hoofd van de Aerospace Division ten tijde van de ontwikkeling van ALI.

Om de optische diameter van de sensor te verkleinen, en dus zijn gewicht, de onderzoekers van het laboratorium verhoogden het aantal detectoren in de focal plane array. Deze keuze maakte een "push-bezem" -benadering mogelijk om elke dag een breed stuk aarde te scannen. Het Landsat-systeem had een sensor gebruikt die gegevens verzamelde in een "gardebezem" -modus, d.w.z., met een enkele camera die scherpstelt op een smal gedeelte van een scène. Zo'n gardebezemsensor is zwaar en duur, waarvoor grote bewegende delen nodig zijn die moeilijk te stabiliseren zijn. "Door een brandvlak te bouwen dat kan worden gebruikt als een 'duwbezem' om de gegevens te verzamelen terwijl de satelliet langs het grondspoor vliegt, het ALI-team toonde aan dat de benodigde gegevens konden worden verkregen met een instrument dat geen bewegende delen had. Dit was een baanbrekende technologische vooruitgang, " zegt Grant Stokes, hoofd van de afdeling Ruimtesystemen en Technologie van het laboratorium.

In aanvulling, ALI gebruikte detectoren vervaardigd uit verschillende materialen om het gebruik van verschillende spectrale banden mogelijk te maken voor uitgebreide beeldvorming van objecten en topografie, en het grondgegevenssysteem werd geautomatiseerd om één operator in staat te stellen snel ALI-gegevens te verwerven en te verwerken.

"Het unieke begrip van sensortechnologie en de missiebehoeften van het laboratorium maakten het mogelijk om een ​​revolutionaire technologie te ontwikkelen voor het Landsat-programma. EO-1 demonstreerde technologie in een baan om de aarde die werd overgedragen aan de industrie om Landsat 8 mogelijk te maken, " zegt Stokes. Het Landsat 8-instrument, de Operationele Land Imager, is gebaseerd op het ALI-ontwerp en is sinds 2013 in een baan om de aarde het verzamelen van waardevolle gegevens over het aardoppervlak in het zichtbare, bijna infrarood, en kortegolf-infraroodbanden.

Afscheid

Wanneer, op 30 maart, EO-1's operatie eindigde, NASA had de satelliet uitgeschakeld door zijn brandstof op te maken, alle bewegende delen stoppen, het ontladen van de batterij, en het uitschakelen van de zender. De baan van EO-1 zal langzaam verslechteren en, in ongeveer 39 jaar, EO-1 keert terug in de atmosfeer van de aarde, waar het naar verwachting zal fragmenteren en vervolgens zal verbranden.

EO-1 heeft een geweldige run gehad. Het veranderde de manier waarop spectrale metingen worden gedaan en gebruikt door de wetenschappelijke gemeenschap, volgens Betsy Middleton, EO-1's projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center. EO-1 heeft ook nieuwe concepten en systemen gevalideerd voor wetenschappelijke missies, en heeft ons intrigerend aangeboden, spectaculair uitzicht op de aarde.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.