p De repente, um pequeno satélite financiado pela NASA, um dos muitos passageiros a bordo da espaçonave SpaceX Dragon, disparado para o céu com a missão de provar que sua nova tecnologia pode mudar a forma como medimos a Terra, e eventualmente, a lua. p O instrumento Compact Infrared Radiometer in Space em um CubeSat, também conhecido como CIRiS, lançado da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, na Flórida, para a Estação Espacial Internacional em 5 de dezembro. O satélite do tamanho de uma mochila tem como objetivo coletar, processar e calibrar imagens infravermelhas para revelar a temperatura da Terra pela primeira vez a partir de um pequeno satélite. "Se pudermos fazer isso, aumentamos muito o valor dos dados para aplicações de Ciências da Terra, bem como gestão de terra e água, "David Osterman, o investigador principal do CIRiS da Ball Aerospace, disse.

p Os agricultores podem usar os dados do CIRiS para determinar se um pomar de laranjeiras precisa de mais água ou se um vinhedo está muito úmido. Na verdade, agricultores, gestores de água e outros tomadores de decisão estão começando a usar estimativas de sensoriamento remoto do uso consuntivo de água de sensores maiores, como o Sensor infravermelho térmico (TIRS) a bordo do Landsat 8, que é administrado em conjunto pela U.S. Geological Survey e a NASA.

p O CIRiS visa demonstrar novas capacidades para complementar as futuras missões de observação da Terra da NASA, como Landsat, aumentando a frequência de coleta de imagens em um tamanho e custo potencialmente reduzidos. "Queremos alcançar alto desempenho em tudo, mas ainda cabendo em um espaço pequeno, "Osterman disse.

p Mesmo antes de o CIRiS deixar a Terra, A NASA financiou seu irmão, L-CIRiS, que tem um "L" para lunar, para ir à Lua e usar instrumentos semelhantes para identificar minerais lunares. L-CIRiS também será construído pela Ball Aerospace e foi selecionado como parte do programa lunar Artemis da NASA, que ajudará a NASA a enviar astronautas à Lua até 2024 como uma forma de se preparar para enviar os primeiros humanos a Marte.

p O CIRiS de observação da Terra está atualmente na estação espacial. Ele ficará lá por algumas semanas até que seja transferido para o veículo de carga Cygnus, que o levará 100 quilômetros acima da estação espacial para implantação.

p Pequeno satélite, big data

p Pequenos satélites, incluindo CubeSats, estão desempenhando um papel crescente na exploração, demonstração de tecnologia, pesquisa científica e investigações educacionais na NASA. As missões até agora incluíram a exploração do espaço planetário, Observações da Terra, e ciência fundamental da Terra e do espaço. Os CubeSats também são usados ​​para desenvolver tecnologias espaciais precursoras, como comunicações de laser de ponta, comunicações de satélite a satélite e capacidades de movimento autônomo.

p O CIRiS CubeSat, que pode medir remotamente a temperatura da superfície da Terra, miniaturiza vários componentes e elimina outros que os instrumentos convencionais usam para coletar imagens de ondas longas (espectro infravermelho). Essas imagens indicam regiões quentes e frias como cores em uma exibição de "mapa de calor".

p Depois que o CIRiS coleta essas imagens, ele os calibra enquanto em órbita, o que significa que atribui valores numéricos validados a cada pixel. "A calibração permite que você pegue os dados e os mova um passo adiante, para onde eles tenham significado científico e possam contribuir para a ciência real, "Osterman disse. Você não só pode ver se um trecho de terra é mais quente do que seus arredores, você pode ver por quanto.

p Por exemplo, medições infravermelhas podem ajudar os cientistas a entender melhor a evapotranspiração, que é a água evaporada do solo mais a água liberada das folhas das plantas conforme elas transpiram, ou respirar. A evapotranspiração ajuda a resfriar as plantas, portanto, a temperatura é um indicador chave do uso de água pelas plantas. Saber o nível quantitativo de evapotranspiração é útil para os produtores, pois eles determinam quais plantas precisam de mais água.

p O objetivo da missão do CIRiS é validar e demonstrar novas tecnologias. Se for bem sucedido, um próximo passo potencial seria uma missão que adiciona a capacidade de coletar imagens na parte visível do espectro para determinar as cores das plantas e a área foliar. A luz visível pode revelar quanto as plantas de sol estão recebendo e quão saudáveis ​​elas são.

p Aplicando os dados

p A coleta de imagens nas faixas visíveis e infravermelhas ajudará a indústria da viticultura, por exemplo. As uvas utilizadas para o vinho precisam de condições específicas para florescer. "Os produtores normalmente querem ser capazes de impor estresse nas videiras durante certos estágios de desenvolvimento para controlar o crescimento da vegetação, que determina quanto açúcar se desenvolve nas uvas, entre outras qualidades, "Bill Kustas, um cientista do Serviço de Pesquisa Agrícola do USDA em Beltsville, Maryland, disse.

p Bill Kustas e sua colega Martha Anderson estão liderando um projeto financiado pela NASA chamado GRAPEX, em colaboração com a vinícola E&J Gallo, visa integrar a informação de teledetecção térmica nas ferramentas de tomada de decisão de irrigação para vinhas. "É um grande desafio irrigar uvas para vinho para chegar às metas que os produtores desejam alcançar, "Anderson disse.

p Em uma escala mais ampla, produtores de safras em toda a Califórnia precisam ser capazes de relatar o uso de água para cumprir a Lei de Gestão de Água Subterrânea Sustentável do Estado da Califórnia (SGMA), que visa ajudar o estado a usar e conservar de forma mais eficiente os reservatórios de água subterrânea que o abastecem com água doce. "Os produtores veem as informações de evapotranspiração de sensoriamento remoto como valiosas para a conformidade com o SGMA porque eles podem usar o sensoriamento remoto para estimar quanta água estão usando, em vez de tentar extrair essas informações de seus registros de irrigação, "Anderson disse.

p Testando a tecnologia

p CIRiS coleta energia infravermelha e usa um "plano focal" para converter essa energia em um sinal elétrico, semelhante a como uma câmera digital transforma a energia da luz visível em um sinal elétrico. Muitos planos focais para detecção de infravermelho requerem operação em temperaturas criogênicas, e, portanto, deve incorporar um resfriador criogênico para estabelecer essas temperaturas, Osterman disse. A equipe decidiu usar um tipo diferente de plano focal que opera sem resfriamento criogênico para diminuir o tamanho do sensor.

p Embora o plano focal do CIRiS não tenha o mesmo nível de sensibilidade que um plano focal maior com um cri resfriador, espera compensar quaisquer deficiências com habilidades robustas para processar os dados. "Estamos tentando substituir o desempenho do software pelo desempenho do hardware, "Osterman disse. O aspecto do software, ou processamento de dados, é iniciado na espaçonave e continua depois que os dados são baixados para o solo.

p Os dados coletados pelo CIRiS podem ser comparados com imagens de outros sensores térmicos da NASA atualmente no espaço, como o ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS). Coletivamente, Os instrumentos de pesquisa da NASA, como CIRiS e ECOSTRESS, ajudam a identificar as características ideais do sensor que podem ser transferidas para programas de monitoramento de longo prazo, Anderson disse.

p Se o CubeSat tiver sucesso em provar que pode operar no espaço, Osterman espera ver uma pequena constelação de instrumentos semelhantes ao CIRiS orbitando a Terra. Múltiplos CubeSats em órbita nos permitiriam medir as mudanças na evapotranspiração e outros fenômenos potencialmente tão frequentemente quanto todos os dias.

p "Tem sido muito empolgante ver como pequenos instrumentos e espaçonaves podem contribuir para a nossa compreensão da Terra e, eventualmente, da Lua, "Osterman disse.