Een nieuwe infraroodcamera met een hogere resolutie, uitgerust met een verscheidenheid aan lichtgewicht filters, zou zonlicht kunnen onderzoeken dat wordt weerkaatst door de bovenste atmosfeer en het aardoppervlak, de waarschuwingen voor bosbranden kunnen verbeteren en de moleculaire samenstelling van andere planeten kunnen onthullen.

De camera's maken gebruik van gevoelige superroostersensoren met hoge resolutie, oorspronkelijk ontwikkeld in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland.

Dankzij hun compacte constructie, lage massa en aanpassingsvermogen kunnen ingenieurs als Tilak Hewagama ze aanpassen aan de behoeften van een verscheidenheid aan wetenschappen.

"Door filters rechtstreeks op de detector te bevestigen, wordt de aanzienlijke massa van traditionele lens- en filtersystemen geëlimineerd", aldus Hewagama. "Dit maakt een instrument met een lage massa mogelijk met een compact brandpuntsvlak dat nu kan worden gekoeld voor infrarooddetectie met behulp van kleinere, efficiëntere koelers. Kleinere satellieten en missies kunnen profiteren van hun resolutie en nauwkeurigheid."

Ingenieur Murzy Jhabvala leidde de eerste sensorontwikkeling bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en leidde ook de huidige inspanningen voor filterintegratie.

Jhabvala leidde ook het Compact Thermal Imager-experiment op het internationale ruimtestation, dat aantoonde hoe de nieuwe sensortechnologie in de ruimte kon overleven en tegelijkertijd een groot succes bleek te zijn voor de aardwetenschappen. Meer dan 15 miljoen beelden vastgelegd in twee infraroodbanden leverden uitvinders, Jhabvala en NASA Goddard-collega's Don Jennings en Compton Tucker, de onderscheiding Invention of the Year voor 2021 op.

Gegevens uit de test leverden gedetailleerde informatie op over bosbranden, een beter begrip van de verticale structuur van de wolken en de atmosfeer van de aarde, en legden een opwaartse luchtstroom vast die werd veroorzaakt doordat de wind van landkenmerken op aarde opstak, een zogenaamde zwaartekrachtgolf.

De baanbrekende infraroodsensoren gebruiken lagen van zich herhalende moleculaire structuren om te interageren met individuele fotonen of lichteenheden. De sensoren lossen meer golflengten van infrarood op met een hogere resolutie:260 voet (80 meter) per pixel vanuit een baan om de aarde vergeleken met 1.000 tot 3.000 voet (375 tot 1.000 meter) mogelijk met de huidige thermische camera's.

Het succes van deze warmtemeetcamera's heeft geleid tot investeringen van NASA's Earth Science Technology Office (ESTO), Small Business Innovation and Research en andere programma's om het bereik en de toepassingen ervan verder aan te passen.

Jhabvala en het Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor (ALTIRS)-team van NASA ontwikkelen een zesbandsversie voor het LiDAR-, Hyperspectral- en Thermal Imager (G-LiHT)-luchtproject van dit jaar. Deze camera, de eerste in zijn soort, zal de oppervlaktewarmte meten en vervuilingsmonitoring en brandobservaties met hoge framesnelheden mogelijk maken, zei hij.

NASA Goddard Aardwetenschapper Doug Morton leidt een ESTO-project waarin een Compact Fire Imager wordt ontwikkeld voor het detecteren en voorspellen van natuurbranden.

"We zullen niet minder branden zien, dus we proberen te begrijpen hoe branden tijdens hun levenscyclus energie vrijgeven", zei Morton. "Dit zal ons helpen de nieuwe aard van branden in een steeds brandbaarder wordende wereld beter te begrijpen."

CFI zal toezicht houden op zowel de heetste branden, waarbij meer broeikasgassen vrijkomen, als koelere, smeulende kolen en as, die meer koolmonoxide en in de lucht zwevende deeltjes zoals rook en as produceren.

"Dat zijn sleutelingrediënten als het gaat om de veiligheid en het begrijpen van de broeikasgassen die vrijkomen bij verbranding", aldus Morton.

Nadat ze de brandimager hebben getest tijdens luchtlandingscampagnes, overweegt het team van Morton een vloot van tien kleine satellieten uit te rusten om wereldwijde informatie over branden te verstrekken met meer beelden per dag.

Gecombineerd met computermodellen van de volgende generatie, zei hij, "kan deze informatie de bosbouwdienst en andere brandweerdiensten helpen branden te voorkomen, de veiligheid van brandweerlieden in de frontlinie te verbeteren en het leven en de eigendommen van degenen die op het pad van de branden leven te beschermen."

Wolken onderzoeken op aarde en daarbuiten

Uitgerust met polarisatiefilters kan de sensor meten hoe ijsdeeltjes in de wolken van de bovenste atmosfeer van de aarde het licht verstrooien en polariseren, aldus NASA Goddard-aardwetenschapper Dong Wu.

Deze toepassingen zouden een aanvulling vormen op NASA's PACE-missie – Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem –, zei Wu, die eerder deze maand de eerste lichtbeelden onthulde. Beide meten de polarisatie van de oriëntatie van de lichtgolf in relatie tot de bewegingsrichting vanuit verschillende delen van het infraroodspectrum.

"De PACE-polarimeters monitoren zichtbaar en kortegolf-infraroodlicht", legde hij uit. "De missie zal zich richten op aërosol- en oceaankleurwetenschappen op basis van observaties overdag. Op midden- en lange-infrarode golflengten zou de nieuwe infraroodpolarimeter wolken- en oppervlakte-eigenschappen vastleggen van zowel dag- als nachtobservaties."

In een andere poging werkt Hewagama samen met Jhabvala en Jennings om lineaire variabele filters op te nemen die nog meer details binnen het infraroodspectrum opleveren. De filters onthullen de rotatie en trillingen van atmosferische moleculen, evenals de samenstelling van het aardoppervlak.

Die technologie zou ook missies naar rotsachtige planeten, kometen en asteroïden ten goede kunnen komen, zei planeetwetenschapper Carrie Anderson. Ze zei dat ze ijs en vluchtige verbindingen konden identificeren die werden uitgestoten in enorme pluimen van Saturnusmaan Enceladus.

"Het zijn in wezen geisers van ijs", zei ze, "die natuurlijk koud zijn, maar licht uitstralen binnen de detectielimieten van de nieuwe infraroodsensor. Door naar de pluimen tegen de achtergrond van de zon te kijken, zouden we hun samenstelling en verticale verdeling kunnen identificeren heel duidelijk."

Geleverd door NASA