En teknik som har möjliggjort allt snabbare leverans av röst och data över Internet och andra telekommunikationsplattformar skulle kunna spela en central roll i NASA:s strävan att utveckla ett superlitet instrument för att samla in oöverträffade detaljer om utomjordiska planeter, månar, kometer, och asteroider.

Även om dess kritiska komponent är storleken på ett datorchip, instrumentet lovar att överträffa prestandan för en liknande typ, men betydligt större instrument installerat vid ett markbaserat observatorium på Hawaii. Sedan installationen på toppen av berget Haleakala 2014, det japanskt utvecklade Mid-Infrared Heterodyne Instrument, eller MILAHI, har samlat utomordentligt detaljerade, kontinuerliga mätningar av atmosfärens dynamik, termisk struktur, och ytsammansättningar av Mars och Venus.

Så bra som MILAHI är, den är för stor och tung för att flyga på en traditionell satellit, än mindre en mindre dyr CubeSat vars ringa storlek och lägre kostnad skulle göra det möjligt för forskare att flyga flera, liknande utrustade plattformar för flerpunktsobservationer, sa chefsutredaren Tony Yu, en teknolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som nyligen vunnit medel för teknikutveckling från NASA:s Planetary Concepts for the Advancement of Solar System Observations (PICASSO)-program för att mogna ett mindre instrument av MILAHI-typ.

"Vi vill göra liknande vetenskap, men vi måste minska instrumentets storlek, " Yu sa, och tillägger att hans lags mål är att skapa en liten, lätt enhet som förbrukar betydligt mindre ström och fungerar utan rörliga delar, vilket gör den idealisk för att flyga på CubeSat-plattformar.

BILD Perfekt för planetstudier

Som MILAHI, den fotoniska integrerade kretsen avstämd för spaning och utforskning, eller BILD, skulle vara inställd på de mellaninfraröda våglängderna – spektral- eller frekvensområdet idealiskt för fjärravkänning av vatten, koldioxid, metan, och många andra föreningar i utomjordiska atmosfärer och ytor. Och även som MILAHI, PICTURE skulle dela upp mittinfrarött ljus i dess komponentfärger - en vetenskap som kallas spektroskopi - för att avslöja en mängd information om ett objekts sammansättning och andra fysiska egenskaper.

Men att krympa instrumentet för att passa in i en CubeSat, som ofta inte är större än ett bröd, kommer att kräva att Yu och hans team, inklusive Naval Research Laboratory och University of California-Santa Barbara, använda tekniker som ursprungligen skapades av telekommunikationsindustrin. "I grund och botten, vad vi gör är att tillämpa telekomteknik för användning i rymden, " sa Yu.

Under hans PICASSO-utmärkelse, Yu och hans team fokuserar på ett av PICTUREs mest kritiska delsystem:PIC-spektrometern, den chip-stora enheten inspirerad av telekomindustrins arrangerade vågledargitter, eller AWG.

I telekommunikations- och datornätverk, AWGs fyller ett par funktioner. I en process som kallas multiplexering, de kombinerar flera analoga eller digitala signaler med varierande våglängder till en enda optisk fiber. I mottagaränden av ett optiskt kommunikationsnätverk, en omvänd process – känd som demultiplexing – inträffar. Vågledarna hämtar sedan de individuella kanalerna.

Med denna tvåstegsprocess, flera kanaler kan dela en resurs – i det här fallet, typiskt en fiberoptisk kabel – och upplev kraftigt minskad störning och överhörning samtidigt som effektiviteten och hastigheten för telekommunikationssignaler dramatiskt ökar.

"Dess dag har kommit"

Teamet planerar att anta samma allmänna princip. PIC-spektrometern i chipstorlek, utrustad med telekommunikationsinspirerade vågledare, skulle separera ljuset i dess individuella medelinfraröda våglängder - ett viktigt steg för att i slutändan bestämma den molekylära sammansättningen av planetariska atmosfärer och ytor. Dessa individuella kanaler skulle sedan blandas med laserljus, även inställd på en specifik våglängd, i en process som kallas heterodyning – en vanlig teknik för att förstärka signaler.

Under denna ansträngning, teamet kommer att utveckla en PIC-spektrometer som fokuserar på det spektrala bandet som är idealiskt för att detektera kolmonoxid. Målet under PICASSO är att höja enhetens teknologiberedskapsnivå (TRL) – den skala som NASA använder för att bestämma en teknologis beredskap för användning i rymden – från dess nuvarande TRL på två till en TRL på fyra och sedan för att avancera instrumentets andra delsystem, samt dess förmåga att detektera andra molekylära föreningar utöver kolmonoxid.

"Vi är verkligen glada över det här instrumentet, sa Mike Krainak, den tidigare chefen för Goddards Laser and Electro-Optics Branch och en PICTURE-teammedlem, som nu innehar posten som emeritusingenjör. "Det är en teknik med en enorm framtid i alla typer av tillämpningar. Dess dag har kommit."