Tout à coup, un minuscule satellite financé par la NASA, l'un des nombreux passagers à bord du vaisseau spatial SpaceX Dragon, projeté dans le ciel en mission pour prouver que sa nouvelle technologie pourrait changer la façon dont nous mesurons la Terre, et éventuellement, la lune.

Le radiomètre infrarouge compact dans l'instrument spatial sur un CubeSat, également connu sous le nom de CIRIS, lancé de la base aérienne de Cap Canaveral en Floride à la Station spatiale internationale le 5 décembre. Le satellite de la taille d'un sac à dos vise à collecter, traiter et calibrer des images infrarouges pour révéler la température de la Terre pour la première fois à partir d'un petit satellite. « Si nous pouvons le faire, nous avons considérablement augmenté la valeur des données pour les applications des sciences de la Terre, ainsi que la gestion des terres et de l'eau, " David Osterman, le chercheur principal du CIRiS chez Ball Aerospace, mentionné.

Les agriculteurs pourraient utiliser les données du CIRiS pour déterminer si un bosquet d'orangers a besoin de plus d'eau ou si un vignoble est trop humide. En réalité, Les agriculteurs, les gestionnaires de l'eau et d'autres décideurs commencent à utiliser des estimations de la consommation d'eau par télédétection à partir de capteurs plus grands comme le capteur infrarouge thermique (TIRS) à bord de Landsat 8, qui est géré conjointement par le US Geological Survey et la NASA.

CIRiS vise à démontrer de nouvelles capacités pour compléter les futures missions d'observation de la Terre de la NASA comme Landsat, augmenter la fréquence de collecte d'images à une taille et à un coût potentiellement réduits. "Nous cherchons à atteindre des performances élevées dans tout tout en s'intégrant dans un petit espace, " a déclaré Osterman.

Avant même que CIriS ne quitte la Terre, La NASA a financé son frère, L-CIRIS, qui a un "L" pour lunaire, se diriger vers la Lune et utiliser des instruments similaires pour identifier les minéraux lunaires. L-CIRiS sera également construit par Ball Aerospace et a été sélectionné dans le cadre du programme lunaire Artemis de la NASA, qui aidera la NASA à envoyer des astronautes sur la Lune d'ici 2024 afin de se préparer à envoyer les premiers humains sur Mars.

Le CIRiS d'observation de la Terre est actuellement sur la station spatiale. Il y restera quelques semaines jusqu'à ce qu'il soit transféré dans le véhicule cargo Cygnus, ce qui le prendra 100 kilomètres plus haut que la station spatiale pour le déploiement.

Petit satellite, Big Data

Petits satellites, y compris CubeSats, jouent un rôle croissant dans l'exploration, démonstration de technologie, la recherche scientifique et les enquêtes pédagogiques à la NASA. Les missions à ce jour ont inclus l'exploration spatiale planétaire, Observations de la Terre, et les sciences fondamentales de la Terre et de l'espace. Les CubeSats sont également utilisés pour développer des technologies spatiales précurseurs telles que les communications laser de pointe, communications de satellite à satellite et capacités de mouvement autonome.

Le CIRiS CubeSat, qui peut mesurer à distance la température de surface de la Terre, miniaturise un certain nombre de composants et élimine d'autres que les instruments conventionnels utilisent pour collecter des images à ondes longues (spectre infrarouge). Ces images indiquent les régions chaudes et froides sous forme de couleurs sur un affichage « carte thermique ».

Une fois que CIriS a collecté ces images, il les calibre en orbite, ce qui signifie qu'il attribue des valeurs numériques validées à chaque pixel. "L'étalonnage vous permet de prendre des données et de les déplacer un peu plus loin là où elles ont une signification scientifique et peuvent contribuer à la science réelle, " a déclaré Osterman. Non seulement pouvez-vous voir si une étendue de terre est plus chaude que ses environs, vous pouvez voir de combien.

Par exemple, les mesures infrarouges peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre l'évapotranspiration, qui est l'eau évaporée du sol plus l'eau libérée par les feuilles des plantes lorsqu'elles transpirent, ou respirer. L'évapotranspiration aide à refroidir les plantes, la température est donc un indicateur clé de l'utilisation de l'eau par les plantes. Connaître le niveau quantitatif d'évapotranspiration est utile aux cultivateurs car ils déterminent quelles plantes ont besoin de plus d'eau.

L'objectif de la mission CIRiS est de valider et de démontrer une nouvelle technologie. En cas de succès, une prochaine étape potentielle serait une mission qui ajouterait la capacité de collecter des images dans la partie visible du spectre pour déterminer les couleurs des plantes et la surface foliaire. La lumière visible peut révéler la quantité de soleil que les plantes reçoivent et leur santé.

Application des données

La collecte d'images dans les bandes visible et infrarouge aidera l'industrie viticole, par exemple. Les raisins utilisés pour le vin ont besoin de conditions spécifiques pour s'épanouir. « Les viticulteurs veulent généralement pouvoir imposer un stress à la vigne pendant certaines étapes de développement pour contrôler la croissance de la végétation, qui détermine combien de sucre se développe dans les raisins, entre autres qualités, " Bill Kustas, un scientifique du service de recherche agricole de l'USDA à Beltsville, Maryland, mentionné.

Bill Kustas et sa collègue Martha Anderson dirigent un projet financé par la NASA appelé GRAPEX, en collaboration avec la cave E&J Gallo, visant à intégrer les informations de la télédétection thermique dans les outils d'aide à la décision d'irrigation des vignobles. " C'est un énorme défi d'irriguer les raisins de cuve pour atteindre les objectifs que les producteurs veulent atteindre, ", a déclaré Anderson.

A plus grande échelle, les producteurs de cultures de toute la Californie doivent être en mesure de déclarer leur utilisation de l'eau pour se conformer à la loi sur la gestion durable des eaux souterraines (SGMA) de l'État de Californie, qui vise à aider l'État à utiliser et à conserver plus efficacement les réservoirs d'eau souterraine qui l'alimentent en eau douce. « Les producteurs considèrent que les informations d'évapotranspiration télédétectées sont précieuses pour se conformer à la SGMA, car ils peuvent utiliser la télédétection pour estimer la quantité d'eau qu'ils utilisent plutôt que d'essayer d'extraire ces informations de leurs dossiers d'irrigation, ", a déclaré Anderson.

Tester la technologie

CIRiS collecte l'énergie infrarouge et utilise un "plan focal" pour convertir cette énergie en un signal électrique, similaire à la façon dont un appareil photo numérique transforme l'énergie lumineuse visible en un signal électrique. De nombreux plans focaux pour la détection infrarouge nécessitent un fonctionnement à des températures cryogéniques, et doit donc incorporer un cryoréfrigérateur pour établir ces températures, dit Osterman. L'équipe a décidé d'utiliser un autre type de plan focal qui fonctionne sans cryo-refroidissement pour réduire la taille du capteur.

Bien que le plan focal de CIRiS n'ait pas le même niveau de sensibilité qu'un plan focal plus grand avec un cryoréfrigérateur, il espère combler les éventuelles lacunes par de solides capacités de traitement des données. "Nous essayons de substituer les performances logicielles aux performances matérielles, " a déclaré Osterman. L'aspect logiciel, ou informatique, est initiée sur le vaisseau spatial et se poursuit après que les données aient été transmises au sol.

Les données collectées par CIRiS peuvent être comparées aux images d'autres capteurs thermiques de la NASA actuellement dans l'espace, telles que l'expérience de radiomètre thermique spatiale ECOsystem sur la station spatiale (ECOSRESS). Collectivement, Les instruments de recherche de la NASA tels que CIRiS et ECOSTRESS aident à identifier les caractéristiques optimales des capteurs qui peuvent être transformées en programmes de surveillance à long terme, a dit Anderson.

Si le CubeSat réussit à prouver qu'il peut fonctionner dans l'espace, Osterman espère voir une petite constellation d'instruments de type CIRiS en orbite autour de la Terre. Plusieurs CubeSats en orbite nous permettraient de mesurer les changements d'évapotranspiration et d'autres phénomènes potentiellement aussi souvent que tous les jours.

"C'est vraiment excitant de voir comment les petits instruments et les vaisseaux spatiaux peuvent contribuer à notre compréhension de la Terre et éventuellement de la Lune, " a déclaré sterman.