NASA'nın CASALS lidarı Dünya'nın 3B haritalarındaki boşlukları kapatmayı hedefliyor

NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki bir ekip, yeryüzünü uzaydan üç boyutlu ölçen lazer cihazlarının en büyük zaafını gidermeye çalışan yeni bir alet geliştirdi. NASA'nın 21 Ekim'deki açıklamasına göre CASALS adlı cihaz, lazer ışınını hareketli aynalar yerine ışığın kendi dalga boyuyla yönlendiriyor ve yerden kesintisiz, üç boyutlu bir şerit halinde veri topluyor.

CASALS, İngilizce adının kısaltması; açık hali "Eş Zamanlı Yapay Zekâ Destekli Spektrometri Lidar Sistemi" anlamına geliyor. Lidar, lazer darbeleri gönderip yansımanın geri dönüş süresini ölçerek mesafe hesaplayan bir yöntem. Ormanların boyunu, buzulların kalınlığını ya da arazinin yükseltisini ölçmek için kullanılıyor.

Sorun: çizgiler arasında kalan ölçülmemiş araziler

NASA'nın açıklamasına göre bugün yörüngedeki lazer ölçerler Dünya'nın ormanlarını ve arazisini her seferinde dar bir çizgi boyunca ölçüyor. Bu çizgilerin arasında kalan boşluklar çok büyük; bilim insanlarının hiç doğrudan ölçemediği milyonlarca dönümlük arazi bu aralıklarda kalıyor. Yani uzaydan bakan lidar, bir ormanı ancak birbirinden uzak kesitler halinde görebiliyor.

Bu boşlukları kapatmanın klasik yolu, ışını mekanik aynalarla sağa sola süpürmek. Ancak motorlu aynalar ağır, enerji isteyen ve uzayın zorlu koşullarında arıza çıkarmaya yatkın parçalar.

Çözüm: ışını rengiyle yönlendirmek

CASALS bu sorunu hareketli parça kullanmadan çözüyor. Cihazın kalbinde, 1040 nanometre dalga boyu çevresinde çalışan, hızlı darbeli ve ayarlanabilir bir "tohum" lazer var. Bu lazer 256 farklı dalga boyu arasında hızla dolaşıyor ve her darbe, yüzeyinde mikroskobik oluklar bulunan bir geçirgen kırınım ızgarasından geçiyor.

Gerisini kırınım fiziği hallediyor. Işık, dalga boyuna göre biraz farklı açılarla büküldüğü için ızgara 256 darbenin her birini uçuş yolunun farklı bir noktasına yöneltiyor. Böylece tek bir çizgi yerine, yerde yan yana dizilen noktalardan oluşan kesintisiz bir şerit taranıyor. Hareketli parçaların ortadan kalkması cihazın boyutunu, ağırlığını ve güç ihtiyacını da ciddi ölçüde düşürüyor; NASA bunun aleti uzay için daha güvenilir kıldığını vurguluyor.

İkinci yenilik algılayıcıda. Bir dedektörün gelen ışık parçacıklarını, yani fotonları ne kadar verimli elektrik sinyaline çevirdiğini gösteren değere kuantum verimliliği deniyor. CASALS'ın algılayıcı dizisi yüzde 80 kuantum verimliliğiyle çalışıyor; yani sensöre geri dönen ışığın neredeyse hiçbirini boşa harcamıyor. Bu da koyu yüzeylerden ya da sık bitki örtüsünün içinden dönen zayıf yansımaların bile ölçülebilmesini sağlıyor.

Uçak denemesi: tek tek ağaç dalları

CASALS'ın uçağa takılan bir ön modeli, Kasım 2024'te NASA'nın B200 King Air uçağıyla uçtu. NASA'ya göre cihaz ilk kampanyasında bilimsel nitelikte veri üretti ve ekibin beklentilerini aştı. Delaware'deki Great Cypress bataklığı üzerinde 12 Kasım 2024'te yapılan uçuşun görüntüleri, ağaç tepelerini, zemini ve zemine yakın bitki örtüsünü ayrı ayrı gösteriyor.

Yaklaşık beş kilometre yükseklikten uçan cihaz, 22 santimetrelik yatay çözünürlüğü sayesinde tek tek ağaç dallarını ve zemindeki küçük yükselti farklarını ayırt edebiliyor. Projenin baş araştırmacısı, Goddard'dan fizik araştırmacısı John Yorks, bitki örtüsünün yapısındaki ve yüzey topografyasındaki çok ince ayrıntıları görebildiklerini söylüyor.

Neden önemli?

Ormanların üç boyutlu yapısı, ne kadar karbon tuttuklarını, yangın ya da kuraklık sonrası nasıl değiştiklerini anlamak için temel veri. Arazi yükseltisindeki ince değişimler ise heyelan, çökme ve kıyı değişimi gibi süreçleri izlemeye yarıyor. NASA, başarılı olursa CASALS'ın yeryüzünü tek tek kesitler yerine kesintisiz üç boyutlu şeritler halinde haritalayan ilk uzay lidarı olabileceğini belirtiyor.

Ancak bugün elde olan bir uzay aleti değil, bir uçak ön modeli. Cihazın uzaya hazır hale gelmesi için ekip tarama şeridini genişletmeyi ve araca, veriyi uçuş sırasında işleyecek yazılım eklemeyi planlıyor. Yorks, havadaki cihazda kullanılan teknolojileri olgunlaştırıp ileride bir uzay sürümüne hazırlamanın yollarına baktıklarını söylüyor. Bir uzay görevine ilişkin bir takvim ise henüz açıklanmadı.

Sırada ne var?

Ekip, CASALS'ı 2027 yazında yapılması planlanan ASCENT adlı hava kampanyasında yeniden uçurmayı hedefliyor. Kampanya, yüzey, buz örtüsü, ekosistem ve kıyıya yakın topografya ölçümlerine odaklanıyor. Proje, NASA'nın Yer Bilimi Teknoloji Ofisi desteğiyle, Onyıllık Araştırma Kuluçka ve Alet Kuluçka programları kapsamında yürütülüyor; Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara ve Virginia Teknik Üniversitesi de projede yer alıyor.