Het testen van hulpmiddelen en technologieën voor het bijtanken en repareren van satellieten in een baan om de aarde zal niet de enige demonstratie zijn die aan boord van het internationale ruimtestation plaatsvindt tijdens NASA's volgende Robotic Refueling Mission 3, of RRM3.

Een geavanceerde, zeer compacte thermische camera die zijn erfgoed herleidt tot een die nu op NASA's Landsat 8 vliegt, is gemonteerd in een hoek van de RRM3-lading en vanaf die positie zal het aardoppervlak eronder in beeld en video worden opgenomen zodra het SpaceX Dragon-bevoorradingsvoertuig de lading aan de buitenpost in een baan om de aarde aflevert in november.

Terwijl RRM3 zijn speciaal ontwikkelde satellietservicetools demonstreert die zijn ontwikkeld door NASA's Satellite Servicing Projects Division, zijn lifter metgezel, de compacte warmtebeeldcamera, of CTI, zal branden afbeelden en meten, ijskappen, gletsjers, en sneeuwoppervlaktetemperaturen.

CTI zal ook de overdracht van water van bodem en planten naar de atmosfeer meten - belangrijke metingen voor het begrijpen van plantengroei. Veel van de omstandigheden die aardwetenschappers bestuderen, inclusief deze, worden gemakkelijk gedetecteerd in de infrarode of thermische golflengtebanden.

Strained-Layer Superlattice-technologie maakt CTI . mogelijk

De ondersteunende technologie van CTI is een relatief nieuwe fotodetectortechnologie die bekend staat als Strained-Layer Superlattice, of SLS.

Behalve dat ze erg klein zijn, van bijna 16 centimeter lang en zes centimeter lang, SLS verbruikt weinig stroom, werkt bij vloeibare stikstoftemperaturen, gemakkelijk kan worden gefabriceerd in een hoogtechnologische omgeving, en is goedkoop "bijna op het punt dat het wegwerpbaar is, " zei Murzy Jhabvala, een detectoringenieur bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Jhabvala werkte samen met zijn industriepartner, het in New Hampshire gevestigde QmagiQ, om de SLS-detectoreenheid te ontwikkelen.

De detectortechnologie kan ook snel en eenvoudig worden aangepast voor verschillende toepassingen, hij voegde toe. Het Goddard Detector Ontwikkelingslaboratorium, bijvoorbeeld, onlangs een 1 gefabriceerd 024 x 1, 024-pixel SLS-array en is van plan om de grootte te vergroten tot 2, 048x2, 048 pixels in de zeer nabije toekomst.

Een andere ondersteunende technologie die CTI en zijn SLS-detectoren zullen gebruiken, is de door Goddard ontwikkelde SpaceCube 2.0, een krachtig hybride computersysteem dat het instrument bestuurt en de beelden en video verwerkt die het in een baan om de aarde maakt.

Het doel van de demonstratie, Jhabvala zei, is om het technologie-gereedheidsniveau van SLS te verhogen tot negen - of TRL-9 - wat betekent dat het in de ruimte heeft gevlogen en heeft aangetoond dat het goed werkt onder de extreme omgevingsomstandigheden in de ruimte. "Dit is een zeer belangrijke technologische mijlpaal, "Zei Jhabvala. "We hadden deze missie nodig. Wanneer we onze detectorarray demonstreren, meerdere kopieën kunnen worden gemaakt, geassembleerd, en uitgelijnd in focal plane arrays die ons in staat zouden stellen om in de toekomst grote delen van het aardoppervlak vanuit de ruimte in beeld te brengen."

QWIP-gebaseerd

SLS is gebaseerd op de Quantum Well Infrared Photodetector, of QWIP, technologie die Jhabvala en zijn regerings- en industriële medewerkers meer dan twee decennia hebben verfijnd. De QWIP-detectoren werken nu op Landsat 8 en zullen vliegen op het aankomende Landsat 9 Thermal Infrared Sensor Instrument, die Goddard-wetenschappers bouwden om de eb en vloed van landoppervlakniveaus en de gezondheid van vegetatie te volgen - gegevens die westerse staten gebruiken om het waterverbruik te controleren.

Net als zijn QWIP-voorganger, SLS is een grootformaat detector. De arrays worden gefabriceerd op een halfgeleiderwafel. Het oppervlak van de wafel bestaat uit honderden afwisselende, zeer dunne lagen van verschillende materialen die epitaxiaal zijn gegroeid en afgestemd om infraroodfotonen te absorberen en om te zetten in elektronen - de fundamentele deeltjes die een elektrische stroom dragen. Alleen licht met een bepaalde energie, of golflengte, kan de elektronen vrijgeven. Een uitleeschip die direct aan de array is gekoppeld, zet de elektronen vervolgens om in een spanning die een computer gebruikt om een ​​beeld van de infraroodbron te recreëren. De CTI kan ook video vastleggen vanuit zijn baan bijna 249 mijl boven het aardoppervlak.

Tien keer gevoeliger

Vergeleken met zijn QWIP-voorganger, SLS-detectoren zijn 10 keer gevoeliger en werken over een breder infrarood spectraalbereik en bij aanzienlijk hogere temperaturen - 70K (ongeveer -334 graden Fahrenheit) voor de SLS-array vergeleken met 42K (ongeveer -384 graden Fahrenheit) voor de QWIP-array.

De stijging van de bedrijfstemperatuur zal meerdere positieve effecten hebben op toekomstige missies, zei Jhabvala.

Infraroodstraling wordt waargenomen als warmte. Daarom, detectoren die zijn ontworpen om infrarode golflengten te meten, moeten worden gekoeld om te voorkomen dat warmte die in een instrument of ruimtevaartuig wordt gegenereerd, de metingen van het waargenomen object vervuilt. Daarom gebruiken ingenieurs cryokoelers en andere apparaten om de detectorarrays en andere kritieke instrumentcomponenten zo koud als nodig te houden.

Omdat Jhabvala en zijn team een ​​array hebben gemaakt die bij hogere temperaturen kan werken, het koelsysteem is kleiner en verbruikt minder stroom. In de toekomst, deze attributen zullen leiden tot kleinere satellieten, verhoogde levensduur, kortere bouwcycli, en lagere kosten, zei Jhabvala.

Slechts een paar maanden voor de lancering van RRM3, Jhabvala reflecteerde op de evolutie van zijn fotodetectortechnologie en samenwerking met QmagiQ, die NASA Small Business Innovation Research-beurzen heeft ontvangen om de technologie te creëren die het CTI-team vervolgens heeft robuust gemaakt voor gebruik in de ruimte. "Samen, met dit bedrijf, we hebben in de loop der jaren een aantal uitstekende prestaties geleverd, "Zei Jhabvala. "Onze voortdurende samenwerking heeft een aantal werkelijk buitengewone opbrengsten opgeleverd voor NASA en de Amerikaanse regering. Ik geef QmagiQ en NASA veel lof."