Le scientifique des instruments de la NASA, Bryan Blair, venait de terminer l'écriture du logiciel de vol de l'altimètre laser Mars Orbiter de l'agence, ou MOLA, lorsqu'il a été invité en 1991 à piloter un instrument lidar à bord d'un avion de recherche P-3 pour tester de nouvelles techniques lidar au-dessus des calottes glaciaires du Groenland. En route, il a recueilli des mesures de zones boisées dans l'État de New York. Ce qu'il a découvert dans les données l'a stupéfié, résultant en une quête de 27 ans pour construire un lidar spatial pour mesurer les forêts.

Cet instrument, l'enquête sur la dynamique des écosystèmes mondiaux, ou GEDI - collecte maintenant des données en tant que charge utile attachée au module d'expérimentation japonais, la plus grande installation scientifique de la Station spatiale internationale. Il est prévu de collecter des données pendant au moins deux ans.

"Nous tirions des lasers au-dessus des forêts et ce que nous avons vu était fou, résultats compliqués dans les signaux qui sont revenus indiquant peut-être la structure des forêts ci-dessous, " se souvient Blair, le chercheur principal adjoint du GEDI au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Le vol et la découverte de l'avion l'ont fait réfléchir :la détection et la télémétrie de la lumière, ou lidar, la technique que les scientifiques ont utilisée pour cartographier la topographie martienne stérile avec MOLA, serait tout aussi efficace pour cartographier les forêts ? À l'aide de fonds de recherche et développement, il a concocté divers programmes de R&D de la NASA, il a avancé une idée innovante dans la toute première mission dédiée à fournir des vues tridimensionnelles des forêts et des détails sur le rôle des forêts dans le cycle du carbone.

« Les près de trois décennies de développement de GEDI témoignent de la valeur de la recherche et du développement, qui fait souvent mûrir des « idées folles » en instruments. Il souligne également l'importance de concevoir une idée, construire un prototype, tester l'instrument, et, comme dans le cas de GEDI, construire d'abord un instrument d'avion pour finaliser la technique de mesure et les technologies nécessaires, ", a déclaré Peter Hughes, technologue en chef de Goddard. "GEDI est une illustration de ce qui peut arriver lorsque la NASA investit dans de bonnes idées."

Les technologies innovantes permettent GEDI

Dirigé par le professeur Ralph Dubayah de l'Université du Maryland, GEDI, prononcé Jedi, comme dans la gloire de Star Wars, exerce son métier avec plusieurs technologies innovantes. Au cœur des capacités de GEDI se trouve son trio de lasers spécialisés qui envoient des faisceaux laser vers la Terre où ils pénètrent dans les forêts et ricochent sur tout ce qu'ils frappent, qui peuvent être des feuilles au sommet d'une canopée dense, branches saillantes, et, finalement, le sol d'où émerge la forêt. Son télescope embarqué reçoit alors les signaux réfléchis marquant le temps qu'ils mettent pour revenir.

Cependant, GEDI, que le programme Earth Venture de la NASA a sélectionné pour le développement il y a quatre ans, fait plus. Contrairement à de nombreux autres instruments lidar volant dans l'espace, GEDI utilise la technique de mesure dite basée sur la forme d'onde qui analyse la forme du signal lumineux renvoyé, pas seulement le temps qu'il a fallu pour revenir. La forme d'onde révèle la répartition des surfaces au-dessus du terrain, ce qui le rend particulièrement utile pour mesurer la densité et la structure des arbres et de la végétation, et même la structure des feuilles et des branches dans la canopée d'une forêt.

Par conséquent, il permet aux scientifiques d'obtenir la structure tridimensionnelle de la végétation depuis l'espace. Cette information est utile pour cartographier l'habitat faunique, biodiversité, ainsi que la quantité de biomasse et de carbone stockée dans la végétation.

Le 1, Le GEDI de 160 livres est également assis sur un cardan, et donc, est activement pointé sur des traces au sol spécifiques sur la Terre ci-dessous. Pour lui donner une vue encore plus large de la surface, GEDI utilise une optique sophistiquée qui divise les trois faisceaux laser en huit pistes au sol - deux des lasers génèrent deux pistes au sol chacun, et le troisième en génère quatre. Ensemble, ces technologies permettent à GEDI d'échantillonner toutes les terres entre 51,6 degrés de latitude nord et 51,6 degrés de latitude sud couvrant les forêts tempérées et tropicales.

"Sans le système de pointage, il aurait fallu trois fois plus de temps pour compléter la couverture dont nous avons besoin, " expliqua Blair.

LVIS :l'éclaireur essentiel

Blair souligne que GEDI n'aurait pas été possible sans son prédécesseur, un instrument embarqué appelé Land, Capteur de végétation et de glace, ou LVIS, que Blair a commencé à voler à la fin des années 1990, quelques années seulement après avoir conçu le concept de l'instrument. Depuis, LVIS est devenu une sorte de pilier pour des mesures plus localisées. En plus de cartographier les forêts, LVIS a mesuré les calottes glaciaires.

LVIS a non seulement fourni des données inédites sur le couvert forestier, il a créé une communauté d'utilisateurs de données familiarisés avec la technique de mesure et son utilité - une communauté qui utilisera les mesures plus globales de GEDI au cours des prochains mois, dit Blair. "Sans cette communauté d'utilisateurs déjà établie, il aurait été plus difficile de faire financer la mission, " il a dit.

"Nous avons été les pionniers de cette mission chez Goddard, " Blair a ajouté. " Nous n'aurions pas pu accomplir cela sans le soutien de Goddard et de la division des sciences de la Terre du siège de la NASA au fil des ans. Il s'agit d'un instrument local basé sur une technique de mesure locale."