NASA розробило сенсор для моніторингу лісових пожеж з космосу

Американське космічне агентство NASA представило революційну технологію для боротьби з лісовими пожежами — компактний космічний сенсор, який дозволить рятувальникам відстежувати вогнища у глобальному масштабі. Новий датчик може стати основою для майбутніх констеляцій малих супутників, повністю присвячених управлінню пожежами та їх запобіганню.

Розроблений за підтримки Управління технологій наук про Землю NASA датчик отримав назву «Компактний трекер інфрачервоного випромінювання пожеж» або c-FIRST. Це невеликий інфрачервоний сенсор середньохвильового діапазону, який збирає дані теплового випромінювання у п'яти спектральних смугах. На відміну від традиційних космічних датчиків для спостереження за пожежами, які мають тривалі періоди повторного огляду та спостерігають за місцевістю лише раз на кілька днів або навіть тижнів, компактний c-FIRST може використовуватися у констеляції малих супутників для багаторазового спостереження за день.

Унікальність нового датчика полягає у його динамічному спектральному діапазоні, який охоплює весь температурний профіль наземних лісових пожеж. Це дозволяє рятувальникам виявляти все — від тліючих пожеж низької інтенсивності до палаючих вогнищ високої інтенсивності. Датчик забезпечує високу просторову роздільність та може надавати дані менш ніж за годину.

«Лісові пожежі стають все частішими, і не тільки в Каліфорнії. Це всесвітня проблема, яка генерує тонни побічних продуктів, що створюють дуже нездорові умови для людей», — заявив Сарат Гунапала, інженер-дослідник Лабораторії реактивного руху NASA та головний дослідник проєкту c-FIRST.

Потреба у космічних засобах, присвячених управлінню лісовими пожежами, є критичною. Під час пожеж Палісейдс та Ітон на початку цього року сильні вітри не дозволили критично важливим спостережним літакам піднятися у небо, що ускладнило для пожежників моніторинг та відстеження масштабних вогнищ. Космічні сенсори з високою частотою повторних оглядів та високою просторовою роздільністю забезпечили б пожежників та рятувальників постійним джерелом даних з неба.

«Наземні засоби не мають далекого зору. Вони можуть бачити лише локальну область. А повітряні засоби не можуть літати постійно. Невелика констеляція кубсатів могла б забезпечити постійне покриття», — пояснив Гунапала.

Датчик c-FIRST використовує десятиліття розробки сенсорів у Лабораторії реактивного руху для досягнення компактного розміру та високої продуктивності. Зокрема, інфрачервоний детектор високої робочої температури HOT-BIRD розміром з монету, також розроблений у JPL за підтримки ESTO, дозволяє c-FIRST залишатися малим, усуваючи потребу у громіздких підсистемах кріоохолодження, які додають масу традиційним інфрачервоним сенсорам.

Лише з HOT-BIRD датчик c-FIRST може збирати зображення високої роздільності та кількісні дані про об'єкти з температурою від 300 градусів Кельвіна (приблизно 27 градусів Цельсія) до 1000 градусів Кельвіна (приблизно 727 градусів Цельсія). Але у поєднанні з найсучаснішою цифровою інтегральною схемою зчитування DROIC, c-FIRST може спостерігати за об'єктами з температурою понад 1600 градусів Кельвіна (приблизно 1327 градусів Цельсія).

Розроблена компанією Copious Imaging LLC та JPL за фінансування програми дослідження інновацій малого бізнесу NASA, ця DROIC має цифровий лічильник у пікселі для зменшення насичення, дозволяючи c-FIRST захоплювати надійні інфрачервоні дані у ширшому спектральному діапазоні.

Штучний інтелект також відіграватиме роль у успіху c-FIRST. Гунапала планує використовувати штучний інтелект у бортовому розумному контролері, який аналізує зібрані дані на предмет ознак гарячих точок або активних вогнищ. Ці дані будуть пріоритетними для передачі, тримаючи рятувальників на крок попереду потенційних лісових пожеж.

«Ми хотіли, щоб він був простим, малим, недорогим, з низьким енергоспоживанням, малою вагою та невеликим об'ємом, щоб він був ідеальним для констеляції малих супутників», — сказав Гунапала.

Гунапала та його команда мали унікальну можливість протестувати c-FIRST після пожеж Палісейдс та Ітон у Каліфорнії. Літаючи зі своїм інструментом на борту літака NASA B-200 Super King Air, вчені виявили залишкові гарячі точки в районі Палісейдс та каньйону Ітон через п'ять днів після того, як початкове горіння було локалізовано.

Тепер команда розглядає шлях до низької навколоземної орбіти. Гунапала пояснив, що їхній поточний прототип використовує стандартний настільний комп'ютер, який не підходить для суворих умов космосу, і вони працюють над включенням радіаційно-стійкого комп'ютера у конструкцію свого інструменту.

Але цей успішний тест над Лос-Анджелесом демонструє, що c-FIRST придатний для виявлення пожеж та наукових застосувань. Оскільки лісові пожежі стають все більш поширеними та руйнівними, Гунапала сподівається, що цей інструмент допоможе рятувальникам боротися з початковими лісовими пожежами до того, як вони стануть катастрофами.

«Щоб боротися з цими речами, потрібно виявляти їх, коли вони дуже малі», — заявив Гунапала.

Публікація про c-FIRST з'явилася у журналі Товариства фото-оптичного приладобудування у березні 2023 року. Додаткові деталі доступні у записі про цей проєкт на NASA TechPort. Керівником проєкту є Сарат Гунапала з Лабораторії реактивного руху NASA, спонсорською організацією виступає Управління технологій наук про Землю NASA.