Nær-infrarøde lasersystemer til overvågning af skovdynamik fra rummet passerer sidste test

Alle systemer skal lanceres i november af NASA's Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) mission, som vil bruge laser i høj opløsning til at studere Jordens skove og topografi fra den internationale rumstation (ISS).

Den videnskabelige mission søger at besvare spørgsmål om, hvor meget skovrydning har bidraget til atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer, og hvor meget kulstofskove ville absorbere i fremtiden. Det ledes af en forskningsgruppe ved University of Maryland, som arbejder i samarbejde med et team ved National Aeronautics and Space Administration, der designer laseren til GEDI.

Under The Optical Society's Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS konference afholdes 16.-20. September, 2018, i Washington, D.C., NASA Goddard Space Flight Center laseringeniør Paul Stysley og kolleger Barry Coyle, Erich Frese og Furqan Chiragh vil præsentere deres arbejde med at designe og bygge lasersystemerne til GEDI -missionen. De vil beskrive den omfattende test, som systemerne skulle gennemgå for både transport og efterfølgende drift i lav-jordbane.

Præsentationen vil være en del af sessionen "Novel Devices Manufacturing and Testing", afholdes mandag kl. 10:30 17. september i Jefferson West balsal på Washington Hilton hotel.

"Vi ønskede at designe en laser, der kunne muliggøre LIDAR-baseret fjernmåling til jordvidenskab og planetariske efterforskningsmissioner, " sagde Stysley.

Teamet designede et lasersystem, der "er forholdsvis simpelt, har passende margen på ydeevnespecifikationer, og er godt forstået, "tilføjede han." Dette, på tur, gør det muligt at være effektivt og tilpasningsdygtigt til forskellige missioner, såvel som robust i et rumflyvningsmiljø. "

Ved hjælp af lysdetektering og rækkevidde (LIDAR) teknologi, forskere skyder laserenergipulser på jordens overflade og registrerer præcist deres tilbagevendenstidspunkt. Disse data producerer et 3D-billede i form af lodret observation eller en fuldbølgeform, der viser verdens skovbaldakin og topografien af ​​jorden under den.

Dette er muligt, fordi de transmitterede laserlyspulser reflekteres af jorden, træer, vegetation eller skyer, og afhentes derefter af GEDIs modtager. De tilbagevendende fotoner er rettet mod detektorer, som konverterer lysets lysstyrke til en elektronisk spænding, der registreres som en funktion af tiden i intervaller på 1 nanosekund. Tid kan konverteres til rækkevidde (afstand) ved at gange det med lysets hastighed, og derefter kan den fulde bølgeform beregnes af den registrerede spænding som funktion af rækkevidde.

Lasersystemet gør det muligt at indsamle data i fuld bølgeform, som vil levere højde- og vegetationshøjdemålinger på jorden på globalt plan. "Kapitel- og 3D-bølgeformdataprodukterne er baseret på dem, der allerede er leveret af NASA's Land, Vegetation, og Ice Sensor-facilitet på luftbårne LIDAR-missioner, "Sagde Stysley." GEDI -laserne var internt designet, fremstillet, samlet og testet af laser- og elektrooptisk filial på NASA-Goddard. "

"Vores design er let at tilpasse til LIDAR-missioner, der skal følges videre, eller til planetariske missioner, der har brug for en effektiv laserhøjdemåler, "Sagde Stysley.

Ved design af lasersystemet, Stysley sagde, at NASA-gruppen skulle sikre, at den ville være i stand til at overleve den ekstreme varme og vibrationer ved at blive sprængt ud i rummet på en raket, samt udholde det barske miljø i rummet, engang installeret på det japanske eksperimentmodul-eksponerede anlæg uden for ISS.

Gruppen satte laserne igennem termisk vakuumtest til flysimulering i nærheden af ​​rummet for at sikre, at laserne kan fungere og overleve i rummet, samt vibrationskvalificeringstest af lasernes sidste samling.

Stysley og hans kolleger var noget overraskede over, hvor meget du kan lære om en laser, da den gennemgår rumfart miljøtest.

"Uanset hvor godt du kender et laserdesign, det er vigtigt at teste det korrekt på de miljøkrav, der stilles til dig af en mission og have tilstrækkelig ydelsesmargen på dit design til at kunne kompensere for eventuelle mindre 'overraskelser', der opstår under test, " sagde Stysley. "Subtile ændringer i ting som temperaturprofil kan afsløre nye ting om, hvordan din laser opfører sig i relativt usædvanlige situationer og, tit, ressourcer - penge, tid, og teknisk nødhjælp - vil være nødvendig for at opfylde kravene."

GEDI -missionen, planlagt til lancering i november, vil operere på ISS i op til to år.