Près de deux décennies d'investissement technologique de la NASA dans des systèmes lidar et des émetteurs à deux microns ont permis de créer une nouvelle capacité de mesure à distance des niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère terrestre. La NASA a développé un lidar à absorption différentielle à trajet intégré (IPDA) qui incorpore une haute énergie, lasers à double impulsion avec des taux de répétition élevés. L'instrument lidar compact vise à fournir des informations précises, mesures de colonne de CO2 atmosphérique à haute résolution à partir d'une plate-forme aéroportée. Les impulsions laser peuvent être réglées et verrouillées près de la longueur d'onde de 2,05 microns, une région spectrale idéale pour la détection du CO2. Séparés de 150 microsecondes, la première impulsion est réglée sur une longueur d'onde d'absorption de CO2 élevée et la seconde impulsion sur une longueur d'onde d'absorption faible. En visant les impulsions sur une cible dure, ou la Terre, la différence entre les signaux de retour est corrélée à la quantité moyenne de CO2 dans la colonne entre l'instrument et la cible.

Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre qui est considéré comme un contributeur important au réchauffement climatique. Actuellement, les satellites surveillant les niveaux de CO2 de la Terre utilisent des instruments de détection passifs. Un système de détection active comme le Lidar IPDA a le potentiel de surmonter certaines des limitations des systèmes passifs pour fournir la précision requise pour résoudre plus définitivement le profil de CO2. L'IPDA Lidar est destiné à être un tremplin vers une éventuelle mission spatiale pour la télédétection active du CO2, comme les ASCENDS (Active Sensing of CO2 Emissions over Nights, Jours, et saisons) concept de mission. Recommandé par le Conseil national de recherches dans son enquête décennale 2007, ASCENDS vise à faciliter une meilleure compréhension du rôle que joue le CO2 dans le cycle mondial du carbone. La nouvelle technologie Lidar IPDA a le potentiel de fournir des mesures de CO2 par satellite qui fourniront des mesures de CO2 précises toute la journée et la nuit, toute l'année, à toutes les latitudes. Ces données permettront d'identifier les sources et les puits de CO2 d'origine humaine, améliorer les modèles climatiques et les prévisions climatiques, et permettre une meilleure compréhension du lien entre le climat et les échanges de CO2.

Plus de 11 jours en mars 2015, le Lidar IPDA à détection directe pulsée de 2 microns a effectué 10 vols d'ingénierie, totalisant environ 27 heures, au-dessus de la Virginie à bord de l'avion NASA B200 King Air. Les vols d'essai se sont déroulés sur des terrains variés avec une réflectivité variable, et l'analyse montre que la profondeur optique mesurée pour la longueur de la colonne correspond à la valeur modélisée à quelques pour cent près. Les résultats des tests sont positifs et l'instrument a probablement effectué la première démonstration de preuve de principe d'un détection directe, mesure du CO2 à deux microns. Actuellement, l'équipe du projet travaille à incorporer une troisième impulsion transmise dans le système. Un système à triple impulsion permettrait des mesures simultanées de CO2 et de vapeur d'eau (H2O) dans un seul instrument compact.