Efter mer än 16 års verksamhet, NASA:s Earth Observing-1 (EO-1) rymdfarkost avvecklades den 30 mars. EO-1-satelliten var en komponent i NASA:s New Millennium Program för att validera ny teknik som kan minska kostnaderna och förbättra kapaciteten för framtida rymduppdrag. Ombord på EO-1 fanns instrumentet Advanced Land Imager (ALI) utvecklat av MIT Lincoln Laboratory som ett alternativ till landavbildningssensorn som användes av Landsat Earth-observation-programmet.

"Från starten, ALI var tänkt att demonstrera ny teknik som skulle föra vidare Landsats mer än 30-åriga arv av kontinuerlig landövervakning samtidigt som den skulle ge betydande storlek, vikt, kraft, och kostnadsminskningar, " säger Jeffrey Mendenhall, nuvarande ledare för Lincoln Laboratorys Advanced Imager Technology Group och medlem i ALIs utvecklingsteam. "Trettio internationella geovetenskapliga team utvärderade en mängd olika ALI-data – till exempel, data för jordbruk, skogsbruk, Urban utveckling, klimat, vulkanologi, glaciologi, geologi, vattenförvaltning – samlas in under det första driftåret för att bedöma instrumentets prestanda i förhållande till Landsat-programmets förväntningar. Den slutliga slutsatsen var att ALI träffade, eller i många fall, överträffade Landsat 7-instrumentets prestanda."

ALI uppnådde inte bara högre bildupplösning och kvalitet, den uppvisade också större känslighet och dynamiskt omfång, och realiserade högre radiometrisk noggrannhet. Dessutom, jämfört med Landsat-bildapparaten, ALI var bara ungefär tre fjärdedelar så tungt, tog två tredjedelar så mycket utrymme, förbrukade en femtedel så mycket ström, och kostar betydligt mindre att bygga.

EO-1-satelliten sköts upp den 21 november, 2000 från Vandenberg Air Force Base i Kalifornien på ett planerat ettårigt uppdrag för att samla in 2, 000 bilder av jorden. Rymdfarkosten var designad för att fungera ytterligare ett år och hade tillräckligt med bränsle i ytterligare fem år. Dock, EO-1 visade sig vara en arbetshäst. NASA, i samarbete med U.S. Geological Survey, Nationella spaningsbyrån, Naval Research Laboratory, och National Oceanic and Atmospheric Administration, drivit EO-1 i mer än 15 år utöver dess avsedda livslängd.

ALI har samlat in mer än 90, 000 bilder, varav många var banbrytande, som den första kartläggningen av ett lavaflöde från rymden och den första spårningen av återväxten av en Amazonskog sett från rymden. Under sin livstid, ALI fångade många dramatiska scener – skildringar av askavlagringarna efter World Trade Center-attackerna 2001, översvämningar orsakade av orkanen Katrina 2005, och utbrottet av vulkanen Momotombo i Nicaragua i december 2015, för att nämna några.

Lincoln Laboratorys roll

Lincoln Laboratorys engagemang i EO-1-uppdraget började i januari 1994. NASA bad laboratoriet att genomföra en studie för att undersöka den snabba utvecklingen av ett billigt landavbildningsuppdrag som kunde fylla luckan i datainsamlingen som skapades när rymdfarkosten Landsat 6 misslyckades. lansera. Rekommendationerna från denna utredning implementerades inte omedelbart, men studiens resultat informerade den senare EO-1-sensordesignen och uppdragskonceptet. Våren 1994 Lincoln Laboratory började arbeta med NASA:s Goddard Space Flight Center för att skapa en uppföljare till Landsat Earth-imaging-uppdraget. Ytterligare samarbete 1995 med New Millennium Program och SSG, Inc. ledde till designen för ALI.

ALI-utvecklingen var en rigorös, tidskrävande utvecklingsprogram, tillverkning, systemkalibrering, och preflight-testning. "En mycket betydelsefull Lincoln Lab-insats var den optomekaniska omdesignen av teleskopstrukturen med tre delar av Invar. Den ursprungliga avsikten med en extern leverantör var att använda en helt kiselkarbiddesign som vi fann inte kunde implementeras. På mycket kort tid , för att inte kompromissa med ett mycket krävande schema, Vin Cerrati och Keith Doyle från [dåvarande] Optical Systems Engineering Group designade om och analyserade strukturen för att effektivt stödja optiken och fokalplanet, " minns Steven Forman från laboratoriets Engineering Division, som gav tillverkningsstöd till det ledande FoU-teamet från Aerospace Division.

Lincoln Laboratory levererade ALI till NASA 1999, och systemet integrerades på EO-1-satelliten på Swales Aerospace. Fem dagar efter EO-1:s lansering 2000, ALI tog sina första bilder av land. Dessa bilder visade anmärkningsvärda detaljer av Sutton, Alaska, en liten stad inkilad i en mörk dal. Senare samma dag, 25 november, ALI samlade in bilder av östra Antarktis, den marshallesiska ön Roi-Namur, och norra centrala Australien.

ALI:s inverkan

Ett av syftena med ALI-demonstrationen var att utvärdera dess bildspråk mot det från Landsat 7-instrumentet. Således, EO-1 manövrerades in i omloppsbana för att följa Landsat 7 med en minut då den genomförde 14 omlopp varje dag och upprepade samlingarna var 16:e dag. Jämförelse av ALI:s och Landsats prestanda för att avbilda samma regioner vid praktiskt taget samma tidpunkter bekräftade att den nya avbildaren kunde avbilda jorden på samma detaljnivå (30 meter per pixel) som Landsat-sensorn; dock, ALI:s uppsättning sensorer möjliggjorde skarpare, fotoliknande bilder när data bearbetades vid markstationen.

ALI:s kombination av designval resulterade i ett innovativt system. "Advanced Land Imager använde en ny arkitektur som eliminerade Landsats skanningsspegel och implementerade ny teknik, som stora, modulära fokalplansmatriser och brett synfältsoptik, säger William Brown, chef för Aerospace Division vid tiden för ALI:s utveckling.

För att minska sensorns optiska diameter, och därmed dess vikt, laboratoriets forskare ökade antalet detektorer i focal plane array. Detta val möjliggjorde en "push-broom"-metod för att skanna ett brett skikt av jorden varje dag. Landsat-systemet hade använt en sensor som samlade in data i ett "vispkvast"-läge, dvs. med en enda kamera som fokuserar på en smal del av en scen. En sådan vispkvastsensor är tung och dyr, kräver stora rörliga delar som är svåra att stabilisera. "Genom att bygga ett fokalplan som kan användas som en "skjutkvast" för att samla in data när satelliten flyger längs markspåret, ALI-teamet visade att nödvändiga data kunde erhållas med ett instrument som inte hade några rörliga delar. Detta var ett banbrytande teknikframsteg, " säger Grant Stokes, chef för laboratoriets avdelning för rymdsystem och teknik.

Dessutom, ALI använde detektorer tillverkade av olika material för att möjliggöra användningen av flera spektralband för omfattande avbildning av objekt och topografi, och markdatasystemet automatiserades för att tillåta en operatör att snabbt skaffa och bearbeta ALI-data.

"Laboratoriets unika förståelse för sensorteknologi och uppdragsbehoven gjorde det möjligt att utveckla en revolutionerande teknik för Landsat-programmet. EO-1 demonstrerade teknologi på omloppsbana som överfördes till industrin för att möjliggöra Landsat 8, " säger Stokes. Landsat 8-instrumentet, den operativa landbildaren, är baserad på ALI-designen och har varit i omloppsbana sedan 2013, samla in värdefull data om jordens ytor i det synliga, nära infraröd, och kortvågiga infraröda band.

Farväl

När, den 30 mars, EO-1:s operation avslutades, NASA hade stängt av satelliten genom att tömma dess bränsle, stoppa alla rörliga delar, ladda ur batteriet, och stänga av sändaren. EO-1:s omloppsbana kommer långsamt att försämras och, på cirka 39 år, EO-1 kommer åter in i jordens atmosfär, där den förväntas splittras och sedan brinna upp.

EO-1 har haft en fantastisk körning. Det förändrade hur spektrala mätningar görs och används av forskarsamhället, enligt Betsy Middleton, EO-1:s projektforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center. EO-1 har också validerat nya koncept och system för vetenskapsuppdrag, och har erbjudit oss spännande, spektakulär utsikt över jorden.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.