美国国家航空航天局开发的创新红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率，有望在环境监测和行星科学方面取得进展。

一种新开发的高分辨率红外相机配备了一系列轻型滤光片，能分析从地球上层大气和表面反射的阳光，增强森林火灾警报，并揭示其他行星的分子组成。

这些相机配备了敏感的、高分辨率的应变层超晶格传感器，最初由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心开发，由内部研究与发展（IRAD）计划资助。

由于其紧凑的设计，低重量和多功能性，Tilak Hewagama等工程师可以为各种科学应用定制它们。

增强的传感器功能

Hewagama说：“将过滤器直接连接到探测器上，消除了传统透镜和过滤器系统的大量质量。这使得具有紧凑焦平面的低质量仪器现在可以使用更小，更高效的冷却器进行红外探测。较小的卫星和任务可以从它们的分辨率和准确性中受益。”

工程师Murzy Jhabvala在美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心领导了最初的传感器开发，同时也领导了今天的滤波器集成工作。

Jhabvala还在国际空间站上领导了紧凑型热成像仪实验，该实验展示了新的传感器技术如何在太空中生存，同时证明了地球科学的重大成功。在两个红外波段拍摄的1500多万张图像，为发明者Jhabvala以及美国宇航局戈达德的同事唐·詹宁斯和康普顿·塔克赢得了2021年的年度发明奖。

地球与空间观测突破

来自测试的数据提供了有关野火的详细信息，更好地了解了地球云和大气的垂直结构，并捕获了由风从地球陆地上升起的上升气流，这种上升气流被称为重力波。

这种突破性的红外传感器使用重复分子结构层与单个光子或光单元相互作用。这些传感器以更高的分辨率解析更多波长的红外：距离轨道每像素260英尺（80米），而目前的热像仪可能达到1000至3000英尺（375至1000米）。

这些热测量相机的成功吸引了美国宇航局地球科学技术办公室（ESTO）、小企业创新与研究以及其他项目的投资，以进一步定制它们的范围和应用。

Jhabvala和NASA的先进陆地成像热红外传感器（ALTIRS）团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热成像仪（G-LiHT）机载项目开发六波段版本。他说，这款同类相机将用于测量地表热量，并以高帧率进行污染监测和火灾观测。

下一代火灾成像

美国宇航局戈达德地球科学家道格·莫顿领导了一个ESTO项目，开发用于野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。

莫顿说：“我们不会看到更少的火灾，所以我们试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解在一个日益易燃的世界里火灾的新性质。”

CFI将监测释放更多温室气体的最炽热的火灾，以及产生更多一氧化碳和烟雾和灰烬等空气颗粒的较冷的阴燃煤和灰烬。

莫顿说：“这些都是安全和了解燃烧释放的温室气体的关键因素。”

莫顿的团队在空中测试了火灾成像仪之后，设想装备一个由10颗小卫星组成的舰队，每天用更多的图像提供全球火灾信息。

他说，与下一代计算机模型相结合，“这些信息可以帮助林务局和其他消防机构预防火灾，提高一线消防员的安全，并保护火灾路径上居民的生命和财产。”

探测地球及其他地方的云层

美国宇航局戈达德地球科学家董武（音译）说，该传感器配备了偏振滤光片，可以测量地球上层大气云层中的冰粒如何散射和偏振光。

董武指出，这些应用将补充美国宇航局的PACE -浮游生物，气溶胶，云，海洋生态系统-任务，该任务于上个月早些时候公布了它的第一张光图像。两者都是从红外光谱的不同部分测量光波的偏振方向与传播方向的关系。

“PACE偏振计监测可见光和短波红外光，”他解释说。该任务将侧重于白天观测的气溶胶和海洋颜色科学。在中长红外波段，新的红外偏振仪将从白天和夜晚的观测中捕捉云和表面的特性。”

在另一项努力中，Hewagama正在与Jhabvala和Jennings合作，将线性可变滤波器结合起来，在红外光谱中提供更多细节。这些过滤器揭示了大气分子的旋转和振动，以及地球表面的组成。

行星科学家卡丽·安德森指出，这项技术也可能有利于岩石行星、彗星和小行星的任务。她说，他们可以识别土星卫星土卫二喷出的巨大羽状物中的冰和挥发性化合物。

“它们本质上是冰的间歇泉，”她说，“当然是冷的，但在新的红外传感器的探测范围内会发出光。在太阳的背景下观察这些羽流将使我们能够非常清楚地确定它们的组成和垂直分布。”

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