NASA udnytter dokumenterede teknologier til at bygge agencys første planetariske vindlidar

NASA-forskere har fundet en måde at tilpasse en håndfuld nyligt udviklede teknologier til at bygge et nyt instrument, der kan give dem, hvad de endnu har opnået:aldrig før afslørede detaljer om vindene på Mars og i sidste ende Titan, Saturns største måne.

Vi er stolte over at udnytte ny teknologi, "sagde Mike Smith, en planetforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Smith samarbejder med Goddard fjernmåling videnskabsmand Jim Abshire om at skabe en eksperimentel eller demonstrationstestmodel af MARLI, kort for MARs LIdar for globale klimamålinger fra kredsløb. "Hvorfor starte forfra, når du kan tilpasse nyere teknologi?" Smith sagde.

NASAs første planetariske Lidar

Den eksperimentelle MARLI, som holdet mener vil være modne nok til at foreslå en fremtidig orbiter -mission om et par år, kunne blive NASAs første planetariske vindlidar. Dets hovedopgave ville være at profilere den lodrette fordeling af atmosfæriske aerosoler, herunder støv og ispartikler, og måle vindhastigheder direkte for at bestemme, hvordan disse forhold ændrer sig over tid, Beliggenhed, og sæson.

Disse oplysninger er afgørende for at forstå alt fra transport af potentielle biomarkører, såsom metan, at give input til globale cirkulationsmodeller af atmosfæren, der, blandt andet, hjælpe med at bestemme sikre og præcise landingssteder for rumfartøjer.

Selvom teamet opfattede MARLI som et potentielt næste generations instrument til sondering af Mars tynde atmosfære og avancerede konceptet gennem NASAs Planetary Instrument Concepts for Advancement of Solar System Observations, eller PICASSO, program, en ændret version kan også bruges til at undersøge Titan, Sagde Abshire. Han og hans team vandt for nylig yderligere finansiering af forskning og udvikling fra NASAs Modning af instrumenter til udforskning af solsystemer, eller MatISSE -program, at fremme MARLI yderligere og foretage de nødvendige justeringer for at muliggøre Titan -undersøgelser.

"Efter mere end 20 års lancering af kredsløb og rovere, vi har lært meget om miljøforhold på Mars, herunder temperaturer og atmosfæriske gasser "Smith fortsatte. Han tilføjede, imidlertid, at forskere har opnået meget få direkte målinger af vinden, som Mars -rovere har klokket med 45 miles i timen eller hurtigere. Og selvom Mars har en atmosfære med lav densitet, vinden er ofte stærk nok til helt at omslutte planeten i støv. "Hvis vi skulle skrive en liste over de ting, vi ikke ved, vind ville toppe listen. "

Hvis videnskabsfolk ved lidt om Mars -vinde, de ved endnu mindre om atmosfæriske aerosoler og dynamik på Titan, som er den eneste måne, der er vært for en tæt atmosfære og det eneste objekt - bortset fra Jorden - for at have stabile væskelegemer på overfladen, Tilføjede Abshire.

Løsningen

MARLI kunne give en løsning, dens udviklere tror. Fra sin bane omkring Mars eller Titan, dens stråle ville være spids cirka 30 grader fra nadir (direkte under rumfartøjet). I den retning, instrumentet ville fungere meget som Doppler -radar, en slags specialiseret radar, der måler hastighed. Det gør dette ved at afvise et mikrobølgesignal fra et ønsket mål og analysere, hvordan objektets bevægelse ændrer frekvensen af ​​det returnerede signal. Imidlertid, i stedet for radio eller mikrobølger, MARLI ville konstant pulsere infrarødt lys mod overfladen med sin indbyggede laser.

På grund af tilstedeværelsen af ​​støv og ispartikler i atmosfæren, noget lys ville sprede sig, før det kunne nå overfladen, og noget af det lys ville komme tilbage til MARLIs indbyggede teleskop, som ville samle de tilbagevendende tilbageskridtsignaler og dirigere dem til instrumentets detektorer. De resulterende data vil ikke kun afsløre, hvor hurtigt vinden blæser, men også fordelingen af ​​støv og is i den del af atmosfæren. Sådanne målinger over hele kloden ville give forskere et tredimensionelt billede af støv- og vindstrukturen på Mars, og hvordan det ændrer sig med tiden, Beliggenhed, og sæson.

"Vores tilgang har stor sandsynlighed for succes. Den udnytter vigtige laser- og modtageteknologier fra tidligere rumlidarmissioner, og anden udvikling, "herunder nogle, der har kortlagt Mars overflades egenskaber eller topografier, Kviksølv, og månen, Sagde Abshire. "Det sværeste er at få en tur til Mars, "Tilføjede Smith.

Tilpasning af teknologier og målemetoder

MARLIs laser, skal bygges af Herndon, Virginia-baserede Fibertek, Inc., er en tilpasning af den enhed, virksomheden udviklede til det Goddard-udviklede Cloud Aerosol Transport System, eller CATS. Selvom det oprindeligt blev opfattet som et flybaseret instrument, CATS -udviklere modificerede instrumentet og lancerede det til den internationale rumstation i 2015, hvor det samlede mere præcise globale profiler af Jordens skyer og atmosfæriske aerosoler. Efter 33 måneder i kredsløb, instrumentet sluttede driften i slutningen af ​​2017.

MARLIs teleskop, desuden, er en tilpasning af den, der bruges på Mars Orbiter Laser Altimeter, et instrument, der fløj på Mars Global Surveyor -rumfartøjet, og dens vindmålingsteknik ligner den, der demonstreres af et luftbåren instrument kaldet Tropospheric Wind Lidar Technology Experiment, også kendt som TWiLiTE.

Og dens detektorteknologi, skabt af teammedlem Xiaoli Sun og hans branchepartner, Dallas, Texas-baserede DRS-teknologier, repræsenterer en ny teknologi tilpasset vindmålinger. Detektoren er verdens første foton-tællende detektor, der er følsom over for det mellem-infrarøde bølgelængdebånd-et spektralt søde sted til flere fjernføler-applikationer, herunder påvisning af is.

Kombineret med en enhed, der konverterer de returnerende signaler til faktiske fotonummer, detektoren er unik. Hver detektor i sesamfrø-størrelse registrerer hver konverterede foton i det returnerende signal, giver det en hidtil uset følsomhed. Udover at blive baselined til MARLI, detektorteknologien har fundet hjem i to luftbårne laserinstrumenter, som Abshire og Haris Riris, et andet MARLI -teammedlem, designet til at måle kuldioxid og metan i Jordens atmosfære.

På grund af denne gearing, "MARLI er unikt i stand til at besvare disse vigtige videnskabelige spørgsmål med et enkelt instrument, "Sagde Abshire." Dette vil give os mulighed for bedre at forstå de ting, der sker i atmosfæren, herunder transport af støv og ispartikler - dannelsen af ​​støvstorme. Lige nu, disse grundlæggende spørgsmål er stadig tilbage. "