Situri arheologice biblice, ajutate de noua generatie de sateliti. EO-1 NASA, 10 ani de inovatie
Situri arheologice biblice, ajutate de noua generatie de sateliti. EO-1 NASA, 10 ani de inovatie
Mai multe stanci abrupte inconjoara valea fierbinte, bruna, care adaposteste Khirbat en-Nahas, una dintre cele mai mari mine de cupru si topitorii ale lumii antice. Valea pustiului Iordaniei nu este, cum s-ar parea, leaganul vreunei civilizatii, dar arheologii Savage si Tom Stephen Levy cred ca poate fi vorba de situl unui stat organizat timpuriu.
©traducere si redactare pentru Lacasuri Ortodoxe: KSLCatalin
"Minele de cupru si topitoriile sunt un semn distinctiv al societatii timpurii organizate la nivel de stat din estul Mediteranei", spune Savage, un cercetator al Universitatii de Stat Arizona. Echipa sa a descoperit dovezi ale unei activitati sofisticate din punct de vedere economic si politic in aceasta vale, cu aproximativ 3000 de ani in urma.
Savage nu a fost niciodata in Khirbat en-Nahas, dar el detine atatea imagini si date despre sit incat nici arheologii nu au putut avea vreodata. in loc sa cheltuiasca bani multi, cu o zi torida in desert, Savage se conecteaza la reteaua web, da clicuri pe o harta pentru a selecta locatia… si apoi "Submit". Prin aceasta procedura, el solicita NASA Earth Observing 1 (EO-1) sa isi seteze instrumentele pe acest sit arheologic, la urmatorul zbor pe deasupra acestuia.
Acest tip de experienta axata pe utilizator nu a facut parte din planurile initiale ale EO-1, dar este un exemplu al spiritului de explorare si de experimentare, care a caracterizat aceasta misiune.
Programat sa zboare pentru un an, conceput sa dureze un an si jumatate, EO-1 si-a sarbatorit deja cea de-a zecea aniversare, in 21 noiembrie 2010. in timpul unui deceniu petrecut in spatiu, satelitul a realizat mult mai mult decat oricine ar fi visat.
"NASA Earth Observing 1 (EO-1) a avut trei misiuni", spune managerul misiunii, Dan Mandl de la NASA Goddard Space Flight Center (GSFC). Misiunea sa initiala a fost de a testa noile tehnologii, o misiune finalizata in primul an. Cea de-a doua misiune a sa a fost furnizarea de imagini si date. Cea de-a treia misiune a constat in testarea software-ului nou care sa duca la scaderea cheltuielilor (cost-saving), incat satelitul sa devina semi-autonom si sa permita utilizatorilor sa ii controleze senzorii. Noua tehnologie de testare este mai rapida, mai buna si mai ieftina.
EO-1 a fost comandat, ca parte a Programului New Millennium al NASA, infiintat pentru a dezvolta o tehnologie care sa reduca riscul si costul misiunilor stiintifice viitoare. Pe scurt, NASA a spus inginerilor sai: gasiti o modalitate de a zbura mai repede, mai bine si mai ieftin.
"Scopul primar al EO-1 a fost de a demonstra ca Advanced Land Imager (ALI) a fost un instrument de urmarire adecvat pentru Landsat", spune Bryant Cramer, manager de program la GSFC in timpul dezvoltarii si lansarii EO-1. Ca si Landsat-7, datele ALI au fost adunate prin inregistrarile a sapte lungimi de unda ale luminii reflectate de suprafata Pamantului. De asemenea, ALI inregistreaza suplimentar doua lungimi de unda pentru imbunatatirea masuratorilor in cazul padurilor si al culturilor, apelor de coasta si aerosolilor.
Mai tarziu, un instrument inovator, spectrometrul imagistic Hyperion, a fost adaugat si el misiunii. inregistrarile Hyperion, cu mai mult de 200 de lungimi de unda adiacente ale luminii, ajuta la intelegerea mai buna a invelisurilor de la suprafata Pamantului.
"EO-1 a reusit, dincolo de asteptarile oricui", spune fostul cercetator in acest proiect, Steve Ungar (GSFC). Echipa EO-1 de ingineri si oameni de stiinta, care a fost intocmita pentru aceasta misiune a recunoscut ulterior ca EO-1 ar putea avea o miza in viitorul tehnologiei prin satelit.
in plus fata de cei doi senzori primari, echipa a propus alte 32 de noi tehnologii pentru EO-1, printre care:
Un design imbunatatit al antenei, care sa amplifice semnalul de la sol (o antena cu retele fazate),
Un inregistrator de date rapid si un procesor conectat prin cabluri de fibra optica, pentru imbunatatirea vitezei si a capacitatii sistemelor de calcul de la bord,
Software-ul (“formation flying”), pentru pastrarea satelitului la exact un minut in spatele satelitului Landsat,
Un propulsor cu impulsuri cu plasma, cu tub de teflon pentru combustibil; echipa a dorit sa stie daca combustibilul-teflon ar mentine pozitia satelitului fara sa contamineze datele stiintifice,
Un panou usor, solar, flexibil;
placi cu film de carbon (radiatoare) care sa raceasca instrumentele,
Linear Etalon Imaging Spectrometer Array (LEISA) Atmospheric Corrector (ALC), un instrument hiperspectral menit sa imbunatateasca modul in care atmosfera este filtrata, comparativ cu imaginile luate de senzori ca Landsat.
Desi fiecare noua tehnologie a crescut potentialul unui design avansat al navei spatiale, totusi au existat mereu si riscuri. Radiatoarele carbon-carbon folosite pentru racire pasiva, de exemplu, au fost mult mai usoare si mai simple decat traditionalele cryo-coolere. "Dar, cum ai atins placa de carbon cu mana, imediat te-ai facut negru", isi aminteste Ungar. "Din moment ce aceasta reprezenta un risc pentru pentru imagini, inginerii au venit cu un invelis suplimentar pentru a preveni contaminarea."
"Hyperion este probabil si viitorul tele-detectiei", spune Cramer. Hyperion este un instrument hiperspectral, o schimbare in tehnologie, asa cum s-a trecut de la televizorul alb-negru la cel color, adauga Mandl.
Alte instrumente de teledetectie – multispectrometrele – masoara si ele, dar lungimi de unda discrete ale luminii. Este ca si cum, daca ochii tai ar putea vedea numai lumina rosie si albastra, ai putea spune multe despre lumea bazata pe cat de mult rosu sau albastru vezi, dar viziunea ta ar avea lacune mari in tonurile de verde. Un instrument hiperspectral corecteaza acest “daltonism”, prin masurarea mai multor lungimi de unda ale luminii.
?tiinta din spatele instrumentelor hiperspectrale este cu adevarat spectroscopie, spunea de curand cercetatorul proiectullui EO-1, Elizabeth Middleton (GSFC). "Spectroscopia este studiul compozitiei materialelor, folosind lungimi de unda specifice", explica ea. "Hyperion masoara compozitia chimica a suprafetei Pamantului".
Chimistii au folosit mult timp spectroscopia pentru identificarea substantelor, pentru ca totul reflecta energia electromagnetica (inclusiv lumina) la lungimi de unda specifice si in moduri unice, precum o amprenta digitala. Prin masurarea energiei care provine dintr-un material, oamenii de stiinta isi pot da seama despre ce material este vorba. Hyperion masoara lumina reflectata, ca multi alti sateliti pentru imagini, dar din moment ce inregistrarea se face cu mai mult de 200 de lungimi de unda, pot fi detectate amprentele digitale ale materialelor de pe suprafata Pamantului.
Spectrocopia imagistica spatiala ajuta o gama larga de stiinte, inclusiv cautarea vechilor mine de cupru sau situri ale unor topitorii in Iordania. "Sunt in cautarea unei semnaturi spectrografice pentru mineralele de cupru", spune Savage. El a intentionat sa utilizeze semnatura unica a luminii cuprului pentru a descoperi mai multe situri de topire in apropierea Khirbat en-Nahas, dar de cand a inceput sa lucreze cu datele obtinute de Hyperion, si-a dat seama ca poate face cu mult mai mult.
"Hyperion a deschis intr-adevar o cale noua de analiza, pe care nu am avut-o in explorarile anterioare", spune Savage. "Pot sa va spun din ce zona provine minereul, din care parti ale sitului a fost utilizat pentru topire si din care nu a fost; si ca diferite parti ale sitului au folosit minereu din diferite regiuni". Aceste informatii ar costa foarte mult in domeniul cercetarii, dar Hyperion, spune Levy (de la Universitatea din California-San Diego), cu o harta accesibila, poate identifica mai bine siturile de topire si eventualele mine.
Datele Hyperion au gasit o gama larga de alte utilizari, inclusiv in gasirea de dovezi ale vietii microbiene in Zona Artica si monitorizarea activitatii vulcanice.
Poate ca cel mai important lucru pe care ni-l ofera Hyperion, spune Middleton, este acela ca invata comunitatea cum sa lucreze cu date complexe hiperspectrale. Germania va lansa in curand un instrument urmator hiperspectral, EnMap, urmat de satelitul NASA HyspIRI, care este inca in stadiul de planificare. Ambele misiuni se bazeaza pe lectiile invatate de la Hyperion.
Advanced Land Imager (ALI) a fost construit, spune Cramer, pentru a testa noile tehnologii si pentru a oferi o schimbare de tehnologie in conditii de siguranta pentru viitoarele misiuni Landsat. Seria de sateliti Landsat a furnizat o inregistrare continua a schimbarilor in peisajul Pamantului, din 1972 pana in prezent. Imaginile ALI de pe Pamant au acelasi nivel de detaliere (30 metri pe pixel), si au un set mai detaliat de senzori care permit ca imaginile sa fie clare.
ALI difera de senzorii anteriori Landsat, prin modul in care preia imaginile. Instrumentele anterioare Landsat scanau dintr-o parte in alta. Imaginea este construita din benzi orizontale de informatii. ALI, de cealalta parte, este mai mult ca o “matura”. El are detectoare aranjate paralel, unul fata de altul, si indreptate in fata, colectand informatii in benzi verticale. Acest aranjament elimina necesitatea ca senzorul optic sa se mute dintr-o parte in alta, iar mai putine piese mobile inseamna mai putine sanse de esec, spune alt inginer EO-1, Stuart Frye (GSFC).
Dupa zece ani de functionare, ALI a dovedit ca tehnologia “maturarii” este suficient de stabila si de sigura incat urmatorii sateliti Landsat, Landsat Data Continuity Mission, sa foloseasca acelasi design. "Comunitatea Landsat s-a obisnuit cu senzorii de “maturare” ca si cand i-ar folosi si construi de ani de zile", spune Cramer. "Acesta este un tribut adus EO-1".
Acumularea de mici amanunte a avut un beneficiu mare pentru studierea anumitor tipuri de evenimente pamantesti. "ALI este foarte util in identificarea elementelor mai mici, cum ar fi inundatiile si alunecarile de teren la nivel local", spune Eric Anderson, cercetator la Cathalac, o organizatie care ajuta in evidenta dezastrelor. Deoarece ALI si Hyperion pot fi indreptati spre o anumita locatie de pe teren, oamenii de stiinta si cei ce se ocupa cu catastrofele din relief, pot aduna imagini la fiecare 2-5 zile; Landsat este de obicei limitat pentru 1 data la 16 zile, deoarece inregistreaza drept in jos.
Cu cat misiunea EO-1 imbatranea, cu atat si inovatia dinspre final a devenit si cea mai importanta: computerul de bord. "OE-1 are doua procesoare separate, cu cate 256 MB memorie suplimentara fiecare", spune Mandl. Poate sa nu para prea mult, comparativ cu un calculator desktop modern, dar este suficient pentru a remodela misiunea navei spatiale. "Aceasta a insemnat un exces de capacitate, deci puteam incerca lucruri noi".
Primul software nou incarcat pe EO-1 a fost Autonomous Science Experiment, un instrument de programare inteligent de bord, care permite satelitului sa decida pentru sine care imaginil ale Hyperion si ALI ar trebui luate. inainte de acest software, spune Mandl, era nevoie de 67 de pasi ingineresti de zbor, pentru a-i transmite satelitului sa dobandeasca o imagine. "Acum este o singura comanda transmisa", spune Frye. "in cazul in care apar conflicte intre obiective, programatorul de la bord decide care imagine trebuie luata. Directionarea este 100% automatizata".
Deoarece satelitul poate gandi pentru sine, sistemul poate accepta o cerere de “target” (tinta – obiectiv) cu cel mult 5 ore inainte ca satelitul sa zboare peste tinta, comparativ cu cele 2-3 zile care erau necesare pentru majoritatea altor senzori. Programatorul de la bord organizeaza dupa prioritati cererile, bazandu-se pe ceea ce inseamna de fapt ele (clasificare dupa o tema), si dupa vreme. Software-ul utilizeaza previziunile meteo ale National Oceanic and Atmospheric Administration, deci, daca un sit apare prea tulbure, urmatoarea tinta mai putin tulbure va avea prioritate.
"Este o metoda orientata spre client, in derularea unei misiuni", spune Mandl. Oricine, de la arheolog si pana la o agentie de raportare a dezastrelor, ii poate solicita imagini. "Misiunea de zbor, cu experienta personalizarii dupa utilizator, este una dintre cele mai mari realizari ale lui OE-1".
Uneori, "clientii" vizati de EO-1 sunt… alti sateliti. Ca parte a SensorWeb, EO-1 obtine in mod automat imaginile care sunt declansate de catre alti sateliti. De exemplu, EO-1 monitorizeaza 100 de vulcani. Cand Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) de pe NASA Terra sau satelitii Aqua detecteaza un punct fierbinte pe oricare dintre ele, EO-1 obtine in mod automat o imagine la urmatoarea sa trecere. Hyperion poate inregistra atunci temperatura si pozitia fluxurilor de lava, in timp ce ALI studiaza stratul de cenusa. Daca software-ul de la bord detecteaza un punct fierbinte intre masuratorile Hyperion, sistemele de la bord vizeaza in mod automat o alta prelevare, cu proxima ocazie. Imaginile sunt distribuite oficialilor locali. Sistemul SensorWeb este un deschizator de drumuri, pentru ca ajuta la realizarea unor colaborari internationale prin satelit, in special in cazul unor catastrofe.
SensorWeb si instrumentul de programare au produs economii semnificative de cost. "Initial erau cheltuiti aproximativ 7.500 dolari pe o imagine, pentru a o achizitiona. Acum, costul este mai mic de 600 dolari scena", spune Cramer.
"EO-1 este una dintre cele mai ieftine misiuni ale NASA Earth”, confirma Middleton. Aceste economii de costuri inseamna ca oricine poate urmarii acum EO-1 si sa aiba acces la date, ceea ce le face utile pentru o gama tot mai mare de oameni.
in final, valoarea EO-1 depaseste cu mult pretul sau. "EO-1 a facut atat de multe lucruri diferite, NASA a reusit trei sau patru misiuni la pretul uneia", spune Cramer. "Am realizat toate lucrurile pe care le speram, si mai mult decat atat".
Referinte:
Earth Observatory. (n.d.) Earth Observing-1. NASA. Accessed November 22, 2010.
Earth Observing-1 (n.d.) Advanced Land Imager validation summary. (pdf) Accessed November 18, 2010.
Earth Observing-1 (n.d.) EO-1 extended mission. Accessed November 18, 2010.
Earth Observing-1. (n.d.) Hyperion validation summary. (pdf) Accessed November 18, 2010.
Earth Observing-1 (n.d.)Technology validation. Accessed November 18, 2010.
©traducere si redactare pentru Lacasuri Ortodoxe: KSLCatalin
articol publicat in paginile scrise MONITOR Lacasuri Ortodoxe® nr. 51/2011
