Por
O engenheiro de Goddard, Murzy Jhabvala, detém o coração de sua tecnologia de câmera Compact Thermal Imager – um sensor infravermelho de alta resolução e alto alcance espectral adequado para pequenos satélites e missões para outros objetos do sistema solar. Crédito: NASA
Sensores infravermelhos inovadores desenvolvidos por NASA aumentar a resolução para imagens da Terra e do espaço, prometendo avanços no monitoramento ambiental e na ciência planetária.
Uma câmera infravermelha recém-desenvolvida com alta resolução e equipada com uma variedade de filtros leves tem o potencial de analisar a luz solar refletida na atmosfera superior e na superfície da Terra, melhorar alertas de incêndios florestais e descobrir a composição molecular de outros planetas.
Essas câmeras são equipadas com sensores superrede de camada tensa sensíveis e de alta resolução, originalmente desenvolvidos no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, financiados pelo programa Internal Research and Development (IRAD).
Graças ao seu design compacto, baixo peso e versatilidade, engenheiros como Tilak Hewagama podem personalizá-los para diversas aplicações científicas.
Capacidades aprimoradas de sensores
“Anexar filtros diretamente ao detector elimina a massa substancial dos sistemas tradicionais de lentes e filtros”, disse Hewagama. “Isso permite um instrumento de baixa massa com um plano focal compacto que agora pode ser resfriado para detecção infravermelha usando resfriadores menores e mais eficientes. Satélites e missões mais pequenas podem beneficiar da sua resolução e precisão.”
O engenheiro Murzy Jhabvala liderou o desenvolvimento inicial do sensor no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, além de liderar os esforços atuais de integração de filtros.
Jhabvala também liderou o Experimento de termovisor compacto no Estação Espacial Internacional que demonstrou como a nova tecnologia de sensores poderia sobreviver no espaço, ao mesmo tempo que se revelou um grande sucesso para as ciências da Terra. Mais de 15 milhões de imagens capturadas em duas bandas infravermelhas renderam aos inventores, Jhabvala, e aos colegas de Goddard da NASA, Don Jennings e Compton Tucker, o prêmio de Invenção do Ano da agência para 2021.
O termovisor compacto capturou incêndios excepcionalmente graves na Austrália a partir de sua posição na Estação Espacial Internacional em 2019 e 2020. Com sua alta resolução, detectou a forma e a localização das frentes de incêndio e a que distância elas estavam das áreas povoadas – informação extremamente importante para primeiro respondentes. Crédito: NASA
Avanços na observação da Terra e do espaço
Dados do teste fornecidos informações detalhadas sobre incêndios florestaisuma melhor compreensão da estrutura vertical das nuvens e da atmosfera da Terra, e capturou uma corrente ascendente causada pelo vento que levanta as características terrestres da Terra, chamada onda gravitacional.
Os inovadores sensores infravermelhos usam camadas de estruturas moleculares repetidas para interagir com fótons individuais ou unidades de luz. Os sensores resolvem mais comprimentos de onda de infravermelho em uma resolução mais alta: 260 pés (80 metros) por pixel da órbita, em comparação com 1.000 a 3.000 pés (375 a 1.000 metros) possíveis com as câmeras térmicas atuais.
O sucesso dessas câmeras de medição de calor atraiu investimentos do Escritório de Tecnologia de Ciências da Terra (ESTO) da NASA, Inovação e Pesquisa para Pequenas Empresas e outros programas para personalizar ainda mais seu alcance e aplicações.
Jhabvala e a equipe Advanced Land Imaging Thermal IR Sensor (ALTIRS) da NASA estão desenvolvendo uma versão de seis bandas para o projeto aerotransportado LiDAR, Hyperspectral e Thermal Imager (G-LiHT) deste ano. Esta câmera inédita medirá o calor da superfície e permitirá o monitoramento da poluição e observações de incêndios em altas taxas de quadros, disse ele.
Imagens de incêndio de última geração
O cientista Goddard Earth da NASA, Doug Morton, lidera um projeto ESTO desenvolvendo um Compact Fire Imager para detecção e previsão de incêndios florestais.
“Não veremos menos incêndios, por isso estamos tentando entender como os incêndios liberam energia ao longo de seu ciclo de vida”, disse Morton. “Isso nos ajudará a compreender melhor a nova natureza dos incêndios em um mundo cada vez mais inflamável.”
O CFI monitorará tanto os incêndios mais quentes, que liberam mais gases de efeito estufa, quanto os carvões e cinzas mais frios e fumegantes, que produzem mais monóxido de carbono e partículas transportadas pelo ar, como fumaça e cinzas.
“Esses são ingredientes essenciais quando se trata de segurança e compreensão dos gases de efeito estufa liberados pelas queimadas”, disse Morton.
Depois de testar o gerador de imagens de incêndios em campanhas aéreas, a equipe de Morton prevê equipar uma frota de 10 pequenos satélites para fornecer informações globais sobre incêndios com mais imagens por dia.
Combinada com modelos informáticos da próxima geração, disse ele, “esta informação pode ajudar o serviço florestal e outras agências de combate a incêndios a prevenir incêndios, melhorar a segurança dos bombeiros na linha da frente e proteger a vida e a propriedade daqueles que vivem no caminho dos incêndios”.
Sondando nuvens na Terra e além
Equipado com filtros de polarização, o sensor pode medir como as partículas de gelo nas nuvens da atmosfera superior da Terra se espalham e polarizam a luz, disse Dong Wu, cientista da NASA Goddard Earth.
Essas aplicações complementariam a missão PACE – Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem – da NASA, disse Wu, que revelou suas primeiras imagens de luz no início do mês passado. Ambos medem a polarização da orientação das ondas de luz em relação à direção de deslocamento de diferentes partes do espectro infravermelho.
“Os polarímetros PACE monitoram a luz visível e infravermelha de ondas curtas”, explicou ele. “A missão se concentrará nas ciências dos aerossóis e das cores dos oceanos a partir de observações diurnas. Nos comprimentos de onda do infravermelho médio e longo, o novo polarímetro infravermelho capturaria as propriedades das nuvens e da superfície a partir de observações diurnas e noturnas.”
Em outro esforço, Hewagama está trabalhando com Jhabvala e Jennings para incorporar filtros variáveis lineares que fornecem detalhes ainda maiores no espectro infravermelho. Os filtros revelam a rotação e vibração das moléculas atmosféricas, bem como a composição da superfície da Terra.
Essa tecnologia também poderia beneficiar missões a planetas rochosos, cometas e asteróides, disse a cientista planetária Carrie Anderson. Ela disse que eles poderiam identificar gelo e compostos voláteis emitidos em enormes plumas de Saturnoa lua Encelado.
“Eles são essencialmente gêiseres de gelo”, disse ela, “que obviamente são frios, mas emitem luz dentro dos limites de detecção do novo sensor infravermelho. Olhar para as plumas contra o pano de fundo do Sol permitir-nos-ia identificar muito claramente a sua composição e distribuição vertical.”
