Att testa verktyg och teknik för att tanka och reparera satelliter i omloppsbana kommer inte att vara den enda demonstrationen som äger rum ombord på den internationella rymdstationen under NASA:s nästa Robotic Refueling Mission 3, eller RRM3.

En avancerad, mycket kompakt värmekamera som spårar sitt arv till en som nu flyger på NASA:s Landsat 8 har monterats i ett hörn av RRM3-nyttolasten och kommer från den positionen att avbilda och videofilma jordens yta nedanför när SpaceX Dragon-återförsörjningsfordonet levererar nyttolasten till den kretsande utposten i november.

Medan RRM3 demonstrerar sina specialutvecklade satellitserviceverktyg utvecklade av NASAs Satellite Servicing Projects Division, dess liftarekamrat, den kompakta värmekameran, eller CTI, kommer att avbilda och mäta bränder, isflak, glaciärer, och temperaturer på snöytan.

CTI kommer också att mäta överföringen av vatten från jord och växter till atmosfären - viktiga mätningar för att förstå växternas tillväxt. Många av de tillstånd som jordforskare studerar, inklusive dessa, detekteras lätt i de infraröda eller termiska våglängdsbanden.

Strained-Layer Superlattice Technology möjliggör CTI

CTI:s möjliggörande teknologi är en relativt ny fotodetektorteknologi känd som Strained-Layer Superlattice, eller SLS.

Förutom att vara väldigt liten, mäter nästan 16 tum lång och sex tum hög, SLS förbrukar lite ström, fungerar vid temperaturer av flytande kväve, är lätt att tillverka i en högteknologisk miljö, och är billig "nästan till den grad att den är engångs, sade Murzy Jhabvala, en detektoringenjör vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Jhabvala samarbetade med sin industripartner, det New Hampshire-baserade QmagiQ, att utveckla SLS-detektorenheten.

Detektortekniken anpassas också snabbt och enkelt för olika applikationer, han lade till. Goddard Detector Development Laboratory, till exempel, tillverkade nyligen en 1, 024 x 1, 024-pixel SLS-array och planerar att öka sin storlek till 2, 048 x 2, 048 pixlar inom en mycket nära framtid.

En annan möjliggörande teknik som CTI och dess SLS-detektorer kommer att använda är den Goddard-utvecklade SpaceCube 2.0, ett kraftfullt hybridberäkningssystem som kommer att styra instrumentet och bearbeta bilder och video som det tar när det är i omloppsbana.

Demonstrationens mål, Jhabvala sa, är att höja SLS:s teknikberedskapsnivå till nio – eller TRL-9 – vilket betyder att den har flugit i rymden och har visat att den fungerar bra under de extrema miljöförhållanden som finns i rymden. "Detta är en mycket viktig teknisk milstolpe, " sa Jhabvala. "Vi behövde det här uppdraget. När vi demonstrerar vår detektoruppsättning, flera kopior kan göras, monterade, och inriktade i fokalplansmatriser som skulle tillåta oss att avbilda stora delar av jordens yta från rymden i framtiden."

QWIP-baserad

SLS är baserad på Quantum Well Infrared Photodetector, eller QWIP, teknologi som Jhabvala och hans regerings- och industrisamarbetspartner ägnat mer än två decennier åt att förfina. QWIP-detektorerna fungerar nu på Landsat 8 och kommer att flyga på det kommande Landsat 9 Thermal Infrared Sensor Instrument, som forskare från Goddard byggde för att övervaka ebb och flödet av markytans nivåer och vegetationens hälsa – data som västerländska stater använder för att övervaka vattenförbrukningen.

Precis som sin QWIP-föregångare, SLS är en storformatsdetektor. Arrayerna är tillverkade på en halvledarskiva. Skivans yta består av hundratals alternerande, mycket tunna lager av olika material som är epitaxiellt odlade och inställda för att absorbera infraröda fotoner och omvandla dem till elektroner – de fundamentala partiklarna som bär en elektrisk ström. Endast ljus med en viss energi, eller våglängd, kan släppa ut elektronerna. Ett avläsningschip direkt kopplat till matrisen omvandlar sedan elektronerna till en spänning som en dator använder för att återskapa en bild av den infraröda källan. CTI kan också fånga video från sin omloppsbana nästan 249 miles över jordens yta.

Tio gånger känsligare

Jämfört med sin QWIP-föregångare, SLS-detektorer är 10 gånger känsligare och fungerar över ett bredare infrarött spektralområde och vid betydligt varmare temperaturer – 70K (cirka -334 grader Fahrenheit) för SLS-matrisen jämfört med 42K (cirka -384 grader Fahrenheit) för QWIP-matrisen.

Ökningen av driftstemperaturen kommer att ha flera positiva effekter på framtida uppdrag, sa Jhabvala.

Infraröd strålning känns av som värme. Därför, Detektorer som är konstruerade för att mäta infraröda våglängder måste kylas för att förhindra att värme som genereras inuti ett instrument eller rymdfarkost förorenar mätningarna av objektet som observeras. Det är därför ingenjörer använder kryokylare och andra enheter för att hålla detektorsystem och andra kritiska instrumentkomponenter så kalla som behövs.

Eftersom Jhabvala och hans team har skapat en array som kan fungera vid varmare temperaturer, dess kylsystem är mindre och förbrukar mindre ström. I framtiden, dessa attribut kommer att leda till mindre satelliter, ökad livslängd, kortare byggcykler, och lägre kostnad, sa Jhabvala.

Bara några månader innan RRM3-lanseringen, Jhabvala reflekterade över utvecklingen av sin fotodetektorteknologi och samarbete med QmagiQ, som har fått NASA Small Business Innovation Research-anslag för att skapa den teknik som CTI-teamet sedan robustade för användning i rymden. "Tillsammans, med detta företag, vi har gjort några enastående prestationer under åren, "Jhabvala sa. "Vårt pågående samarbete har gett några verkligt extraordinära avkastningar för NASA och den amerikanska regeringen. Jag ger QmagiQ och NASA mycket kredit."