Les projets ORCA et AirHARP de la NASA ont ouvert la voie au PACE pour atteindre l’espace – NASA
Il n’a fallu que 13 minutes à la mission Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE) pour atteindre l’orbite terrestre basse depuis la station spatiale de Cap Canaveral en février 2024. Il a fallu plus de 13 minutes à un réseau de scientifiques de la NASA et d’institutions de recherche du monde entier. 20 ans pour concevoir et tester soigneusement les nouveaux instruments qui permettent à PACE d’étudier l’océan et l’atmosphère avec une clarté sans précédent.
Au début des années 2000, une équipe de scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, a prototypé l’instrument ORCA (Ocean Radiometer for Carbon Assessment), qui est finalement devenu le principal outil de recherche du PACE : l’instrument Ocean Color (OCI). Puis, dans les années 2010, une équipe de l’Université du Maryland, comté de Baltimore (UMBC), a travaillé avec la NASA pour prototyper le Polarimètre arc-en-ciel hyper angulaire (HARP), un instrument de la taille d’une boîte à chaussures qui collectera des mesures révolutionnaires des aérosols atmosphériques.
Ni l’OCI de PACE ni HARP2, une copie presque exacte du prototype HARP n’existerait sans les premiers investissements de la NASA dans de nouvelles technologies d’observation de la Terre grâce à des subventions compétitives distribuées par l’agence Earth Science Technology Office (ESTO). Au cours des 25 dernières années, l’ESTO a géré le développement de plus de 1 100 nouvelles technologies pour la collecte de mesures scientifiques.
Tous ces investissements dans le développement technologique au début nous ont permis de construire beaucoup plus facilement l’observatoire tel qu’il est aujourd’hui, a déclaré Jeremy Werdell, océanographe à la NASA Goddard et scientifique du projet PACE.
Charles Chuck McClain, qui a dirigé l’équipe de recherche d’ORCA jusqu’à sa retraite en 2013, a déclaré que l’engagement de la NASA en faveur du développement technologique est la pierre angulaire du succès du PACE. Sans ESTO, cela ne serait pas arrivé. Ce fut un chemin long et sinueux pour arriver là où nous en sommes aujourd’hui.
C’est ORCA qui a été le premier à démontrer qu’un télescope tournant à une vitesse de six tours par seconde pouvait parfaitement se synchroniser avec un ensemble de micropuces de dispositifs à couplage de charge qui transforment les projections télescopiques en images numériques. Cette innovation a permis à OCI d’observer des nuances hyperspectrales de couleur des océans, auparavant impossibles à obtenir à l’aide de capteurs spatiaux.
Mais ce qui a rendu ORCA particulièrement attrayant pour PACE, c’est son pedigree de tests approfondis. Une considération très importante était la préparation technologique », a déclaré Gerhard Meister, qui a repris ORCA après la retraite de McClain et occupe le poste de scientifique des instruments OCI. Comparé à d’autres modèles de radiomètres océaniques envisagés pour le PACE, « nous avions cet instrument prêt et nous avions montré qu’il fonctionnerait.
L’état de préparation technologique a également fait de HARP une solution attrayante pour relever le défi du polarimètre du PACE. Les ingénieurs de la mission avaient besoin d’un instrument suffisamment puissant pour garantir que les mesures de la couleur des océans du PACE ne soient pas compromises par les interférences atmosphériques, mais suffisamment compact pour voler sur la plate-forme d’observation du PACE.
Au moment où Vanderlei Martins, un scientifique de l’atmosphère à l’UMBC, a parlé pour la première fois à Werdell de l’incorporation d’une version de HARP dans PACE en 2016, il avait prouvé la technologie avec AirHARP, une version de HARP montée sur avion, et utilisait un prix ESTO pour préparer HARP CubeSat pour l’espace.
HARP2 s’appuie sur le même système optique développé via AirHARP et HARP CubeSat. Un objectif grand angle observe la surface de la Terre sous 60 angles de vision différents avec une résolution spatiale de 1,62 miles (2,6 kilomètres) par pixel, le tout sans aucune pièce mobile. Cela donne aux chercheurs une vision globale des aérosols à partir d’un minuscule instrument qui consomme très peu d’énergie.
Sans le soutien précoce de la NASA à AirHARP et HARP CubeSat, a déclaré Martins, je ne pense pas que nous aurions HARP2 aujourd’hui. Il a ajouté : Nous avons atteint chaque objectif, chaque élément, et c’est parce qu’ESTO est resté avec nous.
Ce soutien continue de faire une différence pour des chercheurs comme Jessie Turner, océanographe à l’Université du Connecticut, qui utilisera PACE pour étudier la prolifération d’algues et la clarté de l’eau dans la baie de Chesapeake.
Pour mon application que je développe pour les premiers utilisateurs des données PACE, je pense en fait que les polarimètres vont être vraiment utiles parce que c’est quelque chose que nous n’avons pas encore fait pour l’océan, a déclaré Turner. Les données polarimétriques peuvent réellement nous aider à déterminer quels types de particules se trouvent dans l’eau.
Sans le développement précoce et les essais des instruments par les équipes McClains et Martins, le PACE tel que nous le connaissons n’existerait pas.
Tout s’est mis en place en temps opportun, ce qui nous a permis de faire évoluer les instruments, ainsi que la science, juste à temps pour le PACE, a déclaré McClain.
Pour explorer les opportunités actuelles de collaboration avec la NASA sur de nouvelles technologies d’étude de la Terre, visitez la page de sollicitations ouvertes d’ESTO ici.
Par Gage Taylor
Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Maryland.