La missione Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) ha impiegato solo 13 minuti per raggiungere l’orbita terrestre bassa dalla stazione spaziale di Cape Canaveral nel febbraio 2024. Una rete di scienziati della NASA e istituti di ricerca in tutto il mondo ha impiegato più di 20 anni per realizzare e testare attentamente i nuovi strumenti che consentono a PACE di studiare l’oceano e l’atmosfera con una chiarezza senza precedenti.
All’inizio degli anni 2000, un team di scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, ha prototipato lo strumento Ocean Radiometer for Carbon Assessment (ORCA), che alla fine è diventato lo strumento di ricerca principale di PACE: l’Ocean Color Instrument (OCI). Poi, negli anni 2010, un team dell’Università del Maryland, nella contea di Baltimora (UMBC), ha collaborato con la NASA per prototipare l’Hyper Angular Rainbow Polarimeter (HARP), uno strumento grande quanto una scatola di scarpe che raccoglierà misurazioni rivoluzionarie degli aerosol atmosferici.
Né l’OCI né l’HARP2 di PACE – una copia quasi esatta del prototipo HARP – esisterebbero se non fosse stato per i primi investimenti della NASA in nuove tecnologie per l’osservazione della Terra attraverso sovvenzioni competitive distribuite dall’Earth Science Technology Office (ESTO) dell’agenzia. Negli ultimi 25 anni, ESTO ha gestito lo sviluppo di oltre 1.100 nuove tecnologie per la raccolta di misurazioni scientifiche.
“Tutti questi investimenti nello sviluppo tecnologico hanno reso molto, molto più semplice per noi trasformare l’osservatorio in quello che è oggi”, ha affermato Jeremy Werdell, oceanografo della NASA Goddard e scienziato di progetto per PACE.
Charles “Chuck” McClain, che ha guidato il gruppo di ricerca ORCA fino al suo pensionamento nel 2013, ha affermato che l’impegno della NASA nello sviluppo tecnologico è una pietra angolare del successo di PACE. “Senza ESTO, tutto ciò non sarebbe successo. È stata una strada lunga e tortuosa arrivare dove siamo oggi”.
È stata ORCA a dimostrare per prima che un telescopio che ruota a una velocità di sei giri al secondo potrebbe sincronizzarsi perfettamente con una serie di dispositivi ad accoppiamento di carica: microchip che trasformano le proiezioni telescopiche in immagini digitali. Questa innovazione ha permesso a OCI di osservare sfumature iperspettrali del colore dell’oceano precedentemente non ottenibili utilizzando sensori spaziali.
Ma ciò che ha reso ORCA particolarmente interessante per PACE è stato il suo pedigree di test approfonditi. “Una considerazione davvero importante è stata la preparazione tecnologica”, ha affermato Gerhard Meister, che ha rilevato ORCA dopo che McClain è andato in pensione e ricopre il ruolo di scienziato della strumentazione OCI. Rispetto ad altri progetti di radiometri oceanici presi in considerazione per PACE, “avevamo questo strumento già pronto e avevamo dimostrato che avrebbe funzionato”.
La disponibilità tecnologica ha inoltre reso HARP una soluzione interessante per la sfida del polarimetro lanciata da PACE. Gli ingegneri di missione avevano bisogno di uno strumento abbastanza potente da garantire che le misurazioni del colore dell’oceano di PACE non fossero compromesse dalle interferenze atmosferiche, ma sufficientemente compatto da poter volare sulla piattaforma dell’osservatorio PACE.
Quando Vanderlei Martins, uno scienziato atmosferico dell’UMBC, parlò per la prima volta con Werdell dell’incorporazione di una versione di HARP in PACE nel 2016, aveva dimostrato la tecnologia con AirHARP, una versione di HARP montata su un aereo, e stava utilizzando un premio ESTO per preparare HARP CubeSat per lo spazio.
HARP2 si basa sullo stesso sistema ottico sviluppato tramite AirHARP e HARP CubeSat. Un obiettivo grandangolare osserva la superficie terrestre da un massimo di 60 diversi angoli di visione con una risoluzione spaziale di 2,6 chilometri per pixel, il tutto senza parti in movimento. Ciò offre ai ricercatori una visione globale degli aerosol da un piccolo strumento che consuma pochissima energia.
Se non fosse stato per il supporto iniziale della NASA ad AirHARP e HARP CubeSat, ha detto Martins, “non credo che oggi avremmo HARP2”. Ha aggiunto: “Abbiamo raggiunto ogni singolo obiettivo, ogni singolo elemento, e questo perché ESTO è rimasto con noi”.
Questo supporto continua a fare la differenza per ricercatori come Jessie Turner, un’oceanografa dell’Università del Connecticut che utilizzerà PACE per studiare le fioriture algali e la limpidezza dell’acqua nella baia di Chesapeake.
“Per la mia applicazione che sto costruendo per i primi utilizzatori dei dati PACE, penso in realtà che i polarimetri saranno davvero utili perché è qualcosa che non abbiamo mai fatto prima per l’oceano”, ha detto Turner. “I dati polarimetrici possono effettivamente aiutarci a vedere che tipo di particelle ci sono nell’acqua”.
Senza lo sviluppo iniziale e i test drive degli strumenti da parte dei team di McClain e Martins, PACE come lo conosciamo non esisterebbe.
“Tutto è andato a buon fine in modo tempestivo e ci ha permesso di maturare gli strumenti, insieme alla scienza, giusto in tempo per PACE”, ha affermato McClain.
Per esplorare le attuali opportunità di collaborazione con la NASA su nuove tecnologie per lo studio della Terra, visitare la pagina delle sollecitazioni aperte di ESTO qui.
Di Gage Taylor
Il Goddard Space Flight Center della NASA, Greenbelt, Maryland.
