NASA bruger telekommunikationsteknologi for at udvikle mere dygtige, miniaturiseret spektrometer

En teknologi, der har muliggjort stadig hurtigere levering af tale og data over internettet og andre telekommunikationsplatforme, kunne spille en front-og-center-rolle i NASA's søgen efter at udvikle et superlille instrument til at indsamle hidtil usete detaljer om udenjordiske planeter, måner, kometer, og asteroider.

Selvom dens kritiske komponent er størrelsen af ​​en computerchip, instrumentet lover at overgå ydeevnen af ​​en lignende type, men væsentligt større instrument installeret på et jordbaseret observatorium på Hawaii. Siden installationen på toppen af ​​Mt. Haleakala i 2014, det japansk-udviklede Mid-Infrared Heterodyne Instrument, eller MILAHI, har samlet ekstraordinært detaljerede, kontinuerlige målinger af den atmosfæriske dynamik, termisk struktur, og overfladesammensætninger af Mars og Venus.

Så god som MILAHI er, den er for stor og tung til at flyve på en traditionel satellit, endsige en mindre dyr CubeSat, hvis lille størrelse og lavere pris ville gøre det muligt for videnskabsmænd at flyve flere, lignende udstyrede platforme til flerpunktsobservationer, sagde hovedefterforsker Tony Yu, en teknolog ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som for nylig vandt teknologiudviklingsmidler fra NASA's Planetary Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO)-program for at modne et mindre instrument af MILAHI-typen.

"Vi ønsker at lave lignende videnskab, men vi er nødt til at reducere instrumentets størrelse, " sagde Yu, tilføjer, at hans teams mål er at skabe en lille, letvægtsenhed, der bruger væsentligt mindre strøm og fungerer uden bevægelige dele, hvilket gør den ideel til at flyve på CubeSat-platforme.

BILLEDE Perfekt til planetstudier

Ligesom MILAHI, det fotoniske integrerede kredsløb indstillet til rekognoscering og udforskning, eller BILLEDE, vil være indstillet til de mellem-infrarøde bølgelængder - spektral- eller frekvensområdet, der er ideelt til fjernregistrering af vand, carbondioxid, metan, og mange andre forbindelser i udenjordiske atmosfærer og overflader. Og også ligesom MILAHI, PICTURE ville opdele mellem-infrarødt lys i dets komponentfarver - en videnskab kaldet spektroskopi - for at afsløre et væld af information om et objekts sammensætning og andre fysiske egenskaber.

Men at skrumpe instrumentet, så det passer ind i en CubeSat, som ofte ikke er større end et brød, vil kræve, at Yu og hans team, herunder Naval Research Laboratory og University of California-Santa Barbara, vedtage teknikker, der oprindeligt er skabt af telekommunikationsindustrien. "I bund og grund, det, vi gør, er at anvende telekommunikationsteknologier til brug i rummet, " sagde Yu.

Under hans PICASSO-pris, Yu og hans team fokuserer på et af PICTUREs mest kritiske undersystemer:PIC-spektrometeret, en enhed på størrelse med en chip, der er inspireret af telekommunikationsindustriens arrayed waveguide-riste, eller AWG'er.

I telekommunikation og computernetværk, AWG'er tjener et par funktioner. I en proces kaldet multipleksing, de kombinerer flere analoge eller digitale signaler med varierende bølgelængder til en enkelt optisk fiber. Ved modtagerenden af ​​et optisk kommunikationsnetværk, en omvendt proces - kendt som demultiplexing - opstår. Bølgelederne henter så de enkelte kanaler.

Med denne to-trins proces, flere kanaler kan dele en ressource – i dette tilfælde, typisk et fiberoptisk kabel - og oplever stærkt reduceret interferens og krydstale, mens effektiviteten og hastigheden af ​​telekommunikationssignaler dramatisk øges.

"Den dag er kommet"

Holdet planlægger at vedtage det samme generelle princip. PIC-spektrometeret i chipstørrelse, udstyret med de telekommunikationsinspirerede bølgeledere, ville adskille lyset i dets individuelle mellem-infrarøde bølgelængder - et vigtigt skridt i den endelige bestemmelse af den molekylære sammensætning af planetariske atmosfærer og overflader. Disse individuelle kanaler vil derefter blive blandet med laserlys, også indstillet til en bestemt bølgelængde, i en proces kaldet heterodyning - en almindeligt anvendt teknik til at forstærke signaler.

Under denne indsats, holdet vil udvikle et PIC-spektrometer, der fokuserer på det spektrale bånd, der er ideelt til at detektere kulilte. Målet under PICASSO er at hæve enhedens teknologiberedskabsniveau (TRL) – den skala, som NASA bruger til at bestemme en teknologis parathed til brug i rummet – fra dens nuværende TRL på to til en TRL på fire og derefter fremme instrumentets andre delsystemer, samt dets evne til at detektere andre molekylære forbindelser ud over kulilte.

"Vi er virkelig begejstrede for dette instrument, " sagde Mike Krainak, den tidligere leder af Goddard's Laser and Electro-Optics Branch og et PICTURE-teammedlem, som nu besidder emeritus-ingeniørposten. "Det er en teknologi med en enorm fremtid inden for alle typer applikationer. Dens dag er kommet."