下一代光电探测器相机在演示任务期间部署

用于加油和修理轨道卫星的测试工具和技术不会是国际空间站在NASA下一次机器人加油任务3(RRM3)期间进行的唯一演示。用于加油和修理轨道卫星的测试工具和技术不会是国际空间站在NASA下一次机器人加油任务3(RRM3)期间进行的唯一演示。一个先进的,高度紧凑的热成像摄像机将其遗产追溯到现在正在美国国家航空航天局的Landsat 8上飞行,它安装在RRM3有效载荷的一个角落,一旦SpaceX Dragon再补给车辆将有效载荷发送到该位置,就会从该位置拍摄并录制地球表面。 11月的轨道前哨。虽然RRM3展示了由美国宇航局卫星服务项目部开发的专门开发的卫星维修工具,但它的搭便车伴侣,紧凑型热成像仪或CTI,将对火灾,冰盖,冰川和雪面温度进行成像和测量。CTI还将测量土壤和植物向大气中的水转移 - 这是了解植物生长的重要指标。地球科学家研究的许多条件,包括这些条件,都可以在红外或热波段中轻松检测到。

应变层超晶格技术实现CTI

CTI的使能技术是一种相对较新的光电探测器技术,称为应变层超晶格或SLS。

除了非常小,长约16英寸,高6英寸,SLS消耗的功率很小,在液氮温度下工作,很容易在高科技环境中制造,并且价格便宜“几乎到了一次性使用的程度“美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的探测器工程师Murzy Jhabvala说。Jhabvala与他的行业合作伙伴,位于新罕布什尔州的QmagiQ合作开发了SLS探测器组件。

他补充说,探测器技术也可以快速,轻松地针对不同的应用进行定制。例如,戈达德探测器开发实验室最近制造了一个1,024 x 1,024像素的SLS阵列,并计划在不久的将来将其尺寸增加到2,048 x 2,048像素。

CTI及其SLS探测器将采用的另一项支持技术是Goddard开发的SpaceCube 2.0,这是一种功能强大的混合计算系统,可控制仪器并处理在轨道运行时所需的图像和视频。

Jhabvala说,演示的目标是将SLS的技术准备水平提高到九级 - 或TRL-9级 - 这意味着它已经在太空飞行并证明它在太空中发现的极端环境条件下运行良好。“这是一个非常重要的技术里程碑,”Jhabvala说。“我们需要这个任务。当我们演示我们的探测器阵列时,可以制作,组装和对准焦平面阵列的多个副本,这将使我们能够在未来从太空对大片地球表面进行成像。”

基于QWIP

SLS基于量子阱红外光电探测器(QWIP)技术,Jhabvala及其政府和行业合作者花费了二十多年的精炼时间。QWIP探测器现在在Landsat 8上运行,将在即将推出的Landsat 9热红外传感器仪器上飞行,戈达德科学家为监测地表水平的衰退和流动以及植被的健康而建造 - 西方国家使用的数据监测用水量。

与其前身QWIP一样,SLS是一种大幅面探测器。阵列在半导体晶片上制造。晶圆的表面由数百个交替的,非常薄的不同材料层组成,这些材料外延生长和调谐以吸收红外光子并将它们转换成电子 - 带有电流的基本粒子。只有具有特定能量或波长的光才能释放电子。直接与阵列配对的读出芯片然后将电子转换为计算机用来重建红外源图像的电压。CTI还可以从距离地球表面近249英里的轨道捕捉视频。

十倍更敏感

与其前身的QWIP相比,SLS探测器的灵敏度提高了10倍,在更宽的红外光谱范围内工作,在温度相当高的温度下 - SLS阵列为70K(约-334华氏度),而42K(约为-384华氏度)对于QWIP阵列。

Jhabvala说,工作温度的升高将对未来的任务产生多重积极影响。

红外辐射被感知为热量。因此,必须冷却设计用于测量红外波长的探测器,以防止仪器或航天器内部产生的热量污染被观察物体的测量值。这就是为什么工程师使用低温冷却器和其他设备来保持探测器阵列和其他关键仪器组件尽可能冷。

因为Jhabvala和他的团队已经创建了一个可以在温度较高的温度下运行的阵列,它的冷却系统更小,耗电更少。Jhabvala说,未来,这些属性将导致更小的卫星,更长的寿命,更短的构建周期和更低的成本。

在RRM3发布前几个月,Jhabvala反思了他的光电探测器技术的发展以及与QmagiQ的合作,QmagiQ已获得NASA小企业创新研究基金,以创建CTI团队随后坚固耐用于太空的技术。“与这家公司一起,我们多年来取得了一些杰出的成就,”Jhabvala说。“我们正在进行的合作为NASA和美国政府带来了一些真正非凡的回报。我给予QmagiQ和NASA很多信誉。”

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