La technologie de détection avancée qui sera démontrée lors de la prochaine mission de démonstration d'entretien robotique de la NASA. Crédit :NASA
Les tests d'outils et de technologies pour le ravitaillement et la réparation des satellites en orbite ne seront pas la seule démonstration qui aura lieu à bord de la Station spatiale internationale lors de la prochaine mission de ravitaillement robotique 3 de la NASA, ou RRM3.
Un avancé, une caméra thermique très compacte qui retrace son héritage à celui qui vole maintenant sur le Landsat 8 de la NASA a été montée dans un coin de la charge utile RRM3 et à partir de cette position, elle imagera et enregistrera la surface de la Terre en dessous une fois que le véhicule de ravitaillement SpaceX Dragon aura livré la charge utile à l'avant-poste en orbite en novembre.
Alors que RRM3 fait la démonstration de ses outils d'entretien des satellites spécialement développés par la division des projets d'entretien des satellites de la NASA, son compagnon auto-stoppeur, l'imageur thermique compact, ou CTI, imagera et mesurera les feux, calottes glaciaires, glacier, et les températures de surface de la neige.
Le CTI mesurera également le transfert d'eau du sol et des plantes vers l'atmosphère, des mesures importantes pour comprendre la croissance des plantes. Bon nombre des conditions que les scientifiques de la Terre étudient, y compris ceux-ci, sont facilement détectés dans les bandes de longueur d'onde infrarouge ou thermique.
La technologie de super-réseaux à couches tendues permet la CTI
La technologie habilitante de CTI est une technologie de photodétecteur relativement nouvelle connue sous le nom de Strained-Layer Superlattice, ou SLS.
L'image de droite montre la résolution améliorée du super-réseau à couches tendues, ou SLS, réseau de détecteurs par rapport à celui de la technologie Quantum Well Infrared Photodetector à gauche. Crédit :NASA
En plus d'être très petit, mesurant près de 16 pouces de long et six pouces de haut, SLS consomme peu d'énergie, fonctionne à des températures d'azote liquide, est facilement fabriqué dans un environnement de haute technologie, et est bon marché "presque au point d'être jetable, " dit Murzy Jhabvala, un ingénieur détecteur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Jhabvala a collaboré avec son partenaire industriel, le QmagiQ basé dans le New Hampshire, pour développer l'ensemble détecteur SLS.
La technologie du détecteur est également rapidement et facilement personnalisée pour différentes applications, il ajouta. Le laboratoire de développement des détecteurs Goddard, par exemple, récemment fabriqué un 1, 024x1, matrice SLS de 024 pixels et prévoit d'augmenter sa taille à 2, 048x2, 048 pixels dans un futur très proche.
Une autre technologie habilitante que CTI et ses détecteurs SLS utiliseront est le SpaceCube 2.0 développé par Goddard, un puissant système informatique hybride qui contrôlera l'instrument et traitera les images et la vidéo qu'il prend en orbite.
Le but de la manifestation, Jhabvala a dit, est d'élever le niveau de préparation technologique de SLS à neuf (ou TRL-9), ce qui signifie qu'il a volé dans l'espace et a démontré qu'il fonctionne bien dans les conditions environnementales extrêmes rencontrées dans l'espace. "Il s'agit d'une étape technologique très importante, " dit Jhabvala. " Nous avions besoin de cette mission. Lorsque nous démontrons notre réseau de détecteurs, plusieurs copies peuvent être faites, assemblé, et alignés dans des réseaux de plans focaux qui nous permettraient d'imager de grandes étendues de la surface de la Terre depuis l'espace à l'avenir. »
Basé sur QWIP
SLS est basé sur le photodétecteur infrarouge à puits quantique, ou QWIP, technologie que Jhabvala et ses collaborateurs du gouvernement et de l'industrie ont passé plus de deux décennies à perfectionner. Les détecteurs QWIP fonctionnent maintenant sur Landsat 8 et voleront sur le prochain instrument de capteur infrarouge thermique Landsat 9, que les scientifiques de Goddard ont construit pour surveiller le flux et le reflux des niveaux de la surface terrestre et de la santé de la végétation - des données que les États occidentaux utilisent pour surveiller la consommation d'eau.
L'ingénieur détecteur Goddard Murzy Jhabvala (à gauche) et son équipe, dont Anh La (à droite) et Don Jennings (pas sur la photo), a avancé une nouvelle technologie de détecteur appelée Strained-Layer Lattice qui est représentée en arrière-plan. Crédit :NASA/W. Hrybyk
Comme son prédécesseur QWIP, SLS est un détecteur grand format. Les réseaux sont fabriqués sur une plaquette semi-conductrice. La surface de la plaquette se compose de centaines de des couches très minces de matériaux différents qui sont développées par épitaxie et réglées pour absorber les photons infrarouges et les convertir en électrons, les particules fondamentales qui transportent un courant électrique. Uniquement de la lumière avec une énergie spécifique, ou longueur d'onde, peut libérer les électrons. Une puce de lecture directement couplée au réseau convertit ensuite les électrons en une tension qu'un ordinateur utilise pour recréer une image de la source infrarouge. Le CTI peut également capturer des vidéos depuis son orbite à près de 249 milles au-dessus de la surface de la Terre.
Dix fois plus sensible
Par rapport à son prédécesseur QWIP, Les détecteurs SLS sont 10 fois plus sensibles et fonctionnent sur une plage spectrale infrarouge plus large et à des températures sensiblement plus chaudes :70K (environ -334 degrés Fahrenheit) pour la matrice SLS par rapport à 42K (environ -384 degrés Fahrenheit) pour la matrice QWIP.
L'augmentation de la température de fonctionnement aura de multiples effets positifs sur les futures missions, dit Jhabvala.
Le rayonnement infrarouge est détecté sous forme de chaleur. Par conséquent, les détecteurs conçus pour mesurer les longueurs d'onde infrarouges doivent être refroidis pour éviter que la chaleur générée à l'intérieur d'un instrument ou d'un engin spatial ne contamine les mesures de l'objet observé. C'est pourquoi les ingénieurs utilisent des cryoréfrigérants et d'autres dispositifs pour maintenir les matrices de détecteurs et d'autres composants critiques de l'instrument aussi froids que nécessaire.
Parce que Jhabvala et son équipe ont créé un réseau qui peut fonctionner à des températures plus chaudes, son système de refroidissement est plus petit et consomme moins d'énergie. À l'avenir, ces attributs conduiront à des satellites plus petits, longévité accrue, cycles de construction plus courts, et à moindre coût, dit Jhabvala.
A quelques mois du lancement de RRM3, Jhabvala a réfléchi à l'évolution de sa technologie de photodétecteur et à sa collaboration avec QmagiQ, qui a reçu des subventions de la NASA Small Business Innovation Research pour créer la technologie que l'équipe CTI a ensuite renforcée pour une utilisation dans l'espace. "Ensemble, avec cette entreprise, nous avons réalisé des réalisations exceptionnelles au fil des ans, " a déclaré Jhabvala. "Notre collaboration en cours a produit des retours vraiment extraordinaires pour la NASA et le gouvernement américain. Je donne beaucoup de crédit à QmagiQ et à la NASA."
