L'ingénieur Goddard, Murzy Jhabvala, détient le cœur de sa technologie de caméra d'imagerie thermique compacte : un capteur infrarouge haute résolution et à large plage spectrale adapté aux petits satellites et aux missions vers d'autres objets du système solaire. Crédit : NASA
Des capteurs infrarouges innovants développés par NASA augmenter la résolution de l’imagerie de la Terre et de l’espace, ce qui promet des progrès dans la surveillance de l’environnement et la science planétaire.
Une caméra infrarouge nouvellement développée, dotée d'une haute résolution et équipée d'une gamme de filtres légers, a le potentiel d'analyser la lumière solaire réfléchie par la haute atmosphère et la surface de la Terre, d'améliorer les alertes d'incendie de forêt et de découvrir la composition moléculaire d'autres planètes.
Ces caméras sont équipées de capteurs à super-réseau à couche contrainte sensibles et haute résolution, développés à l'origine au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, et financés par le programme de recherche et développement interne (IRAD).
Grâce à leur conception compacte, leur faible poids et leur polyvalence, des ingénieurs tels que Tilak Hewagama peuvent les personnaliser pour diverses applications scientifiques.
Capacités améliorées des capteurs
« La fixation de filtres directement sur le détecteur élimine la masse substantielle des systèmes traditionnels de lentilles et de filtres », a déclaré Hewagama. « Cela permet d'obtenir un instrument de faible masse doté d'un plan focal compact qui peut désormais être refroidi pour la détection infrarouge à l'aide de refroidisseurs plus petits et plus efficaces. Les petits satellites et missions peuvent bénéficier de leur résolution et précision.»
L'ingénieur Murzy Jhabvala a dirigé le développement initial du capteur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, ainsi que les efforts actuels d'intégration des filtres.
Jhabvala a également dirigé l'expérience de l'imageur thermique compact sur le Station spatiale internationale qui a démontré comment la nouvelle technologie de capteurs pouvait survivre dans l'espace tout en s'avérant un succès majeur pour les sciences de la Terre. Plus de 15 millions d’images capturées dans deux bandes infrarouges ont valu aux inventeurs Jhabvala et à leurs collègues Goddard de la NASA, Don Jennings et Compton Tucker, le prix de l’invention de l’année 2021 de l’agence.
L'imageur thermique compact a capturé des incendies inhabituellement graves en Australie depuis son perchoir sur la Station spatiale internationale en 2019 et 2020. Grâce à sa haute résolution, il a détecté la forme et l'emplacement des fronts de feu et leur distance par rapport aux zones habitées – des informations d'une importance cruciale pour les premiers répondeurs. Crédit : NASA
Percées dans l’observation de la Terre et de l’espace
Les données du test ont fourni des informations détaillées sur les incendies de forêt, une meilleure compréhension de la structure verticale des nuages et de l'atmosphère terrestre, et ont capturé un courant ascendant provoqué par le vent soulevant les caractéristiques terrestres de la Terre, appelé onde de gravité.
Les capteurs infrarouges révolutionnaires utilisent des couches de structures moléculaires répétitives pour interagir avec des photons individuels ou des unités de lumière. Les capteurs détectent davantage de longueurs d'onde infrarouges à une résolution plus élevée : 260 pieds (80 mètres) par pixel depuis l'orbite, contre 1 000 à 3 000 pieds (375 à 1 000 mètres) possibles avec les caméras thermiques actuelles.
Le succès de ces caméras de mesure de la chaleur a attiré des investissements de la part du Earth Science Technology Office (ESTO) de la NASA, du Small Business Innovation and Research et d'autres programmes pour personnaliser davantage leur portée et leurs applications.
Jhabvala et l'équipe ALTIRS (Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor) de la NASA développent une version à six bandes pour le projet aéroporté LiDAR, Hyperspectral et Thermal Imager (G-LiHT) de cette année. Cette caméra, première en son genre, mesurera la chaleur de surface et permettra la surveillance de la pollution et l'observation des incendies à des fréquences d'images élevées, a-t-il déclaré.
Imagerie d'incendie de nouvelle génération
Doug Morton, scientifique Goddard Earth de la NASA, dirige un projet ESTO développant un imageur d'incendie compact pour la détection et la prévision des incendies de forêt.
« Nous n'allons pas voir moins d'incendies, c'est pourquoi nous essayons de comprendre comment les incendies libèrent de l'énergie au cours de leur cycle de vie », a déclaré Morton. « Cela nous aidera à mieux comprendre la nouvelle nature des incendies dans un monde de plus en plus inflammable. »
CFI surveillera à la fois les incendies les plus chauds qui libèrent plus de gaz à effet de serre et les charbons et cendres plus froids et couvants qui produisent plus de monoxyde de carbone et de particules en suspension dans l’air comme la fumée et les cendres.
« Ce sont des ingrédients clés en matière de sécurité et de compréhension des gaz à effet de serre libérés par la combustion », a déclaré Morton.
Après avoir testé l'imageur d'incendie lors de campagnes aéroportées, l'équipe de Morton envisage d'équiper une flotte de 10 petits satellites pour fournir des informations mondiales sur les incendies avec plus d'images par jour.
Combinées aux modèles informatiques de nouvelle génération, a-t-il déclaré, « ces informations peuvent aider les services forestiers et d’autres agences de lutte contre les incendies à prévenir les incendies, à améliorer la sécurité des pompiers en première ligne et à protéger la vie et les biens de ceux qui vivent sur le chemin des incendies ».
Sonder les nuages sur Terre et au-delà
Équipé de filtres de polarisation, le capteur pourrait mesurer la façon dont les particules de glace dans les nuages de la haute atmosphère terrestre dispersent et polarisent la lumière, a déclaré Dong Wu, scientifique Goddard Earth de la NASA.
Ces applications viendraient compléter la mission PACE (plancton, aérosol, nuage, écosystème océanique) de la NASA, a déclaré Wu, qui a révélé ses premières images lumineuses au début du mois dernier. Les deux mesurent la polarisation de l’orientation de l’onde lumineuse par rapport à la direction de déplacement à partir de différentes parties du spectre infrarouge.
« Les polarimètres PACE surveillent la lumière visible et infrarouge à ondes courtes », a-t-il expliqué. « La mission se concentrera sur la science de la couleur des aérosols et des océans à partir d’observations diurnes. Aux longueurs d’onde infrarouges moyennes et longues, le nouveau polarimètre infrarouge permettrait de capturer les propriétés des nuages et des surfaces à partir d’observations diurnes et nocturnes.
Dans un autre effort, Hewagama travaille avec Jhabvala et Jennings pour incorporer des filtres variables linéaires qui fournissent encore plus de détails dans le spectre infrarouge. Les filtres révèlent la rotation et les vibrations des molécules atmosphériques ainsi que la composition de la surface de la Terre.
Cette technologie pourrait également bénéficier aux missions sur des planètes rocheuses, des comètes et des astéroïdes, a déclaré la planétologue Carrie Anderson. Elle a déclaré qu'ils pouvaient identifier la glace et les composés volatils émis dans d'énormes panaches de Saturnela lune Encelade.
« Ce sont essentiellement des geysers de glace », a-t-elle déclaré, « qui sont bien sûr froids, mais émettent de la lumière dans les limites de détection du nouveau capteur infrarouge. Regarder les panaches sur fond de Soleil nous permettrait d’identifier très clairement leur composition et leur répartition verticale.
