La tecnología avanzada de detectores que se demostrará en la próxima misión de demostración de servicio robótico de la NASA. Crédito:NASA
Probar herramientas y tecnologías para repostar y reparar satélites en órbita no será la única demostración que tendrá lugar a bordo de la Estación Espacial Internacional durante la próxima Misión de Reabastecimiento Robótico 3 de la NASA. o RRM3.
Un avanzado, Una cámara térmica altamente compacta que rastrea su herencia a una que ahora vuela en el Landsat 8 de la NASA se ha montado en una esquina de la carga útil RRM3 y desde esa posición tomará imágenes y filmará en video la superficie de la Tierra debajo una vez que el vehículo de reabastecimiento SpaceX Dragon entregue la carga útil al puesto de avanzada en órbita. en noviembre.
Mientras RRM3 demuestra sus herramientas de servicio de satélites especialmente desarrolladas por la División de Proyectos de Servicio de Satélites de la NASA, su compañero de autoestopista, la cámara termográfica compacta, o CTI, visualizará y medirá incendios, capa de hielo, glaciares, y temperaturas de la superficie de la nieve.
El CTI también medirá la transferencia de agua del suelo y las plantas a la atmósfera, medidas importantes para comprender el crecimiento de las plantas. Muchas de las condiciones que estudian los científicos de la Tierra, incluyendo estos, se detectan fácilmente en las bandas de longitud de onda infrarroja o térmica.
La tecnología Superlattice de capa tensada permite CTI
La tecnología habilitadora de CTI es una tecnología fotodetectora relativamente nueva conocida como Superlattice de capa deformada, o SLS.
La imagen de la derecha muestra la resolución mejorada de la superrejilla de capa deformada, o SLS, matriz de detectores en comparación con la de la tecnología de fotodetector infrarrojo de pozo cuántico de la izquierda. Crédito:NASA
Además de ser muy pequeño, mide casi 16 pulgadas de largo y seis pulgadas de alto, SLS consume poca energía, opera a temperaturas de nitrógeno líquido, se fabrica fácilmente en un entorno de alta tecnología, y es económico "casi hasta el punto de ser desechable, "dijo Murzy Jhabvala, un ingeniero de detectores en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. Jhabvala colaboró con su socio de la industria, QmagiQ, con sede en New Hampshire, para desarrollar el conjunto del detector SLS.
La tecnología del detector también se personaliza rápida y fácilmente para diferentes aplicaciones, añadió. El laboratorio de desarrollo de detectores Goddard, por ejemplo, recientemente fabricado un 1, 024 x 1, 024 píxeles SLS y planea aumentar su tamaño a 2, 048 x 2, 048 píxeles en un futuro muy próximo.
Otra tecnología habilitadora que emplearán CTI y sus detectores SLS es el SpaceCube 2.0 desarrollado por Goddard, un potente sistema informático híbrido que controlará el instrumento y procesará las imágenes y el video que toma mientras está en órbita.
El objetivo de la demostración, Jhabvala dijo:es elevar el nivel de preparación tecnológica de SLS a nueve, o TRL-9, lo que significa que ha volado en el espacio y ha demostrado que funciona bien en las condiciones ambientales extremas que se encuentran en el espacio. "Este es un hito tecnológico muy importante, ", Dijo Jhabvala." Necesitábamos esta misión. Cuando demostramos nuestra matriz de detectores, se pueden hacer varias copias, ensamblado y alineados en matrices de plano focal que nos permitirían obtener imágenes de grandes franjas de la superficie de la Tierra desde el espacio en el futuro ".
Basado en QWIP
SLS se basa en el fotodetector de infrarrojos de pozo cuántico, o QWIP, tecnología que Jhabvala y su gobierno y colaboradores de la industria pasaron más de dos décadas refinando. Los detectores QWIP ahora están operando en Landsat 8 y volarán en el próximo Instrumento de sensor infrarrojo térmico Landsat 9, que los científicos de Goddard construyeron para monitorear el flujo y reflujo de los niveles de la superficie terrestre y la salud de la vegetación, datos que los estados occidentales utilizan para monitorear el consumo de agua.
El ingeniero de detectores Goddard Murzy Jhabvala (izquierda) y su equipo, incluyendo a Anh La (derecha) y Don Jennings (no en la foto), avanzó una nueva tecnología de detectores llamada celosía de capas tensas que se muestra en el fondo. Crédito:NASA / W. Hrybyk
Como su predecesor QWIP, SLS es un detector de gran formato. Las matrices se fabrican en una oblea semiconductora. La superficie de la oblea consta de cientos de capas muy delgadas de diferentes materiales que crecen y sintonizan epitaxialmente para absorber fotones infrarrojos y convertirlos en electrones, las partículas fundamentales que transportan una corriente eléctrica. Solo luz con una energía específica, o longitud de onda, puede liberar los electrones. Un chip de lectura acoplado directamente a la matriz convierte los electrones en un voltaje que usa una computadora para recrear una imagen de la fuente infrarroja. El CTI también puede capturar video desde su órbita a casi 249 millas sobre la superficie de la Tierra.
Diez veces más sensible
En comparación con su predecesor QWIP, Los detectores SLS son 10 veces más sensibles y operan en un rango espectral infrarrojo más amplio ya temperaturas sustancialmente más cálidas:70 K (aproximadamente -334 grados Fahrenheit) para la matriz SLS en comparación con 42K (aproximadamente -384 grados Fahrenheit) para la matriz QWIP.
El aumento de la temperatura de funcionamiento tendrá múltiples efectos positivos en futuras misiones, Dijo Jhabvala.
La radiación infrarroja se siente como calor. Por lo tanto, Los detectores diseñados para medir longitudes de onda infrarrojas deben enfriarse para evitar que el calor generado dentro de un instrumento o nave espacial contamine las mediciones del objeto que se está observando. Es por eso que los ingenieros usan crioenfriadores y otros dispositivos para mantener las matrices de detectores y otros componentes críticos del instrumento tan fríos como sea necesario.
Debido a que Jhabvala y su equipo han creado una matriz que puede funcionar a temperaturas más cálidas, su sistema de refrigeración es más pequeño y consume menos energía. En el futuro, estos atributos darán lugar a satélites más pequeños, mayor longevidad, ciclos de construcción más cortos, y un costo menor, Dijo Jhabvala.
Solo unos meses antes del lanzamiento de RRM3, Jhabvala reflexionó sobre la evolución de su tecnología de fotodetectores y su colaboración con QmagiQ, que ha recibido subvenciones de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas de la NASA para crear la tecnología que luego el equipo de CTI reforzó para su uso en el espacio. "Juntos, con esta empresa, hemos logrado algunos logros sobresalientes a lo largo de los años, ", Dijo Jhabvala." Nuestra colaboración en curso ha producido algunos rendimientos verdaderamente extraordinarios para la NASA y el gobierno de los Estados Unidos. Le doy mucho crédito a QmagiQ ya la NASA ".
