據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，一款先進(jìn)的高度緊湊的熱像儀（最早可追溯的前身正安裝在nasa陸地衛(wèi)星8號(hào)（landsat-8）上飛行），目前已安裝在rrm-3有效載荷的一角，一旦11月spacex dragon補(bǔ)給車向軌道前哨交付有效載荷，這款熱像儀將會(huì)從其位置清晰地拍攝地球表面的照片和視頻。

當(dāng)rrm-3演示由nasa的衛(wèi)星服務(wù)項(xiàng)目部門（satellite servicing projects division，sspd）開發(fā)的專用衛(wèi)星服務(wù)工具時(shí)，伴隨而來(lái)的這款緊湊型熱像儀（compact thermal imager，簡(jiǎn)稱cti），將會(huì)對(duì)地球表面的火災(zāi)、冰原、冰河和雪表面的溫度進(jìn)行成像與測(cè)量。

cti還將測(cè)量從土壤和植物轉(zhuǎn)移到大氣的水分，這是研究了解植物生長(zhǎng)的重要測(cè)量方法。包括上述測(cè)量與成像在內(nèi)的地球科學(xué)家研究的許多條件，都可以在紅外波段方便地進(jìn)行探測(cè)。

基于應(yīng)變層超晶格技術(shù)（sls）的cti

這款cti的使能技術(shù)是一種被稱為應(yīng)變層超晶格（strained-layer superlattice，簡(jiǎn)稱sls）的相對(duì)較新的光電探測(cè)器技術(shù)。

murzy jhabvala是位于馬里蘭州greenbelt的nasa戈達(dá)德太空飛行中心（goddard space flight center）的探測(cè)器工程師，他介紹道：“sls除了擁有非常小的尺寸（長(zhǎng)約16英寸、高約6英寸），其特點(diǎn)還包括功率小、可在液氮溫度下運(yùn)行、易在高科技環(huán)境中組裝且成本廉價(jià)（幾乎可當(dāng)作一次性產(chǎn)品）等。”jhabvala與其產(chǎn)業(yè)合作伙伴——位于新罕布什爾州（new hampshire）的qmagiq公司，共同合作開發(fā)了這款sls探測(cè)器組件。

jhabvala補(bǔ)充道，這項(xiàng)探測(cè)器技術(shù)也可為不同應(yīng)用快速且方便地提供定制方案。例如，戈達(dá)德探測(cè)器開發(fā)實(shí)驗(yàn)室（goddard detector development laboratory）最近制造了一個(gè)1024 x 1024像素的sls陣列，并計(jì)劃在不久的將來(lái)將其尺寸增至2048 x 2048像素。

cti和其sls探測(cè)器將采用的另一項(xiàng)使能技術(shù)，是由戈達(dá)德開發(fā)的spacecube 2.0，這是一款強(qiáng)大的混合型計(jì)算系統(tǒng)，它將控制儀器并處理在軌道中所需的圖像和視頻。

jhabvala認(rèn)為，此次示范的目標(biāo)是將sls的技術(shù)成熟度（technology readiness level，trl）提高至trl-9，達(dá)到該級(jí)別就意味著sls已能在太空中飛行，并證明它可在太空極端環(huán)境條件下良好運(yùn)行。jhabvala說(shuō)：“這是非常重要的技術(shù)里程碑，我們需要通過(guò)這個(gè)任務(wù)來(lái)證明。當(dāng)我們成功地完成了探測(cè)器陣列演示，更多的探測(cè)器就可被制造、組裝并接入焦平面陣列，這將使我們未來(lái)有能力從太空對(duì)大片的地球表面進(jìn)行成像。”

基于量子阱紅外光電探測(cè)器（qwip）技術(shù)

sls基于量子阱紅外光電探測(cè)器（qwip）技術(shù)，jhabvala與政府和業(yè)界合作伙伴花了20多年的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行改善。qwip探測(cè)器目前正在陸地衛(wèi)星8號(hào)上運(yùn)行，并配備在即將完成的陸地衛(wèi)星9號(hào)熱紅外傳感儀器上。該紅外傳感器被戈達(dá)德科學(xué)家用來(lái)監(jiān)測(cè)陸地表面潮起潮落和植被健康狀況，西方國(guó)家可利用這些數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)全球水源消耗。

與其qwip前身一樣，sls是一款大尺寸探測(cè)器。這些陣列是基于半導(dǎo)體晶圓制造的。晶圓的表面由數(shù)百個(gè)相互交錯(cuò)、非常薄的不同材料層構(gòu)成，經(jīng)過(guò)外延生長(zhǎng)和調(diào)諧來(lái)吸收紅外光子并將其轉(zhuǎn)化為電子（即電流的基本粒子）。只有具有特定能量或波長(zhǎng)的光才能釋放電子。讀取芯片直接與陣列配對(duì)，然后將電子轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)用來(lái)重建紅外源圖像的電壓。這樣，cti也可以從距離地球表面近249英里的軌道上采集視頻。

10倍以上的靈敏度

sls探測(cè)器比其qwip前身的靈敏度高出10倍，并可在更寬的紅外光譜范圍和更高的溫度（70k，約-203℃）下運(yùn)行。與之相比，qwip陣列需要在42k（約-231℃）下正常運(yùn)行。

jhabvala認(rèn)為，工作溫度的提高會(huì)對(duì)未來(lái)的任務(wù)產(chǎn)生多重積極影響。

紅外線輻射作為熱能被感知。因此，必須為測(cè)量紅外波長(zhǎng)的探測(cè)器設(shè)計(jì)制冷，以防止儀器或航天器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量影響被觀測(cè)物體的測(cè)量值。這就是工程師們使用冷卻器和其他設(shè)備來(lái)保持探測(cè)器陣列和其他關(guān)鍵儀器部件溫度的主要原因。

目前，jhabvala與其團(tuán)隊(duì)已創(chuàng)造出可在更高溫度下運(yùn)行的陣列，其冷卻系統(tǒng)尺寸更小，能耗更低。jhabvala認(rèn)為，利用這些屬性未來(lái)將會(huì)打造出尺寸更小、壽命更長(zhǎng)、建造周期更短且成本更低的衛(wèi)星。

就在rrm-3發(fā)布的前幾個(gè)月，jhabvala回顧了該光電探測(cè)器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，以及與qmagiq的合作歷程。qmagiq已獲得nasa的小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究計(jì)劃（small business innovation research，sbir）的資金支持，cti團(tuán)隊(duì)將強(qiáng)化qmagiq開發(fā)的技術(shù)，用于太空應(yīng)用。jhabvala說(shuō)：“在過(guò)去幾年里，我們與qmagiq公司共同合作取得了杰出成就。我們的持續(xù)合作已為nasa和美國(guó)政府帶來(lái)了真正的回報(bào)。我們與qmagiq和nasa有著良好的信任基礎(chǔ)。”

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