英意联合研制对地观测星座用低成本中波红外探测器

在英国对地观测仪器中心(CEOI)的资助下,意大利莱昂纳多公司和英国萨里卫星技术有限公司(SSTL)将联合研制一种用于低成本先进中波红外(MWIR)成像仪的新型探测器组件。此项合作旨在利用莱昂纳多公司已在其他空间项目中采用的先进材料生长与混成技术以及SSTL公司在商业航天任务中使用商用现货(COTS)技术的广泛经验。

这种中波红外成像仪将被设计具有3.5 m大小的地面采样距离(GSD),且适用于发射重量约为130 kg的低成本小型机动平台,以满足未来不断发展的对地观测星座的市场需求。它将采用莱昂纳多公司生产的高性能中波红外探测器制冷机组件。该组件包含一个像元间距为8 μm、工作波段为3.7~4.95 μm的碲镉汞(MCT)探测器阵列。这是目前全球在售的中波红外探测器产品中的最小像元尺寸。他们将对此探测器进行重新设计,为其配备一个寿命更长、振动更小的COTS分置式线性斯特林制冷机以及新的用于提供探测器与成像仪之间接口的电子学组件。这种高性能中波红外探测器组件将于2021年搭载SSTL公司的DarkCarb技术验证卫星(见图1)升空。

图1 DarkCarb技术验证卫星的概念图(来源:SSTL公司) 

近年来,随着高空间/时间分辨率成像需求的日益增长,对地观测应用领域也在不断拓展。目前市面上的大多数卫星图像均为可见光图像,而且由于需要依赖良好的照明条件,都是在当地时间的中午或下午采集。但中波红外成像能力则可突破这一限制,因为其探测信号是取决于场景温度的。另外,它还可帮助人们对温度不同的目标及物体表面进行区分,为传统的光学图像提供补充信息。通过与光学系统及遥感影像变化检测算法相结合,中波红外图像数据可主要用于国防安全领域。例如,在确定目标位置的条件下,根据该数据就有可能获得相关场景中的近期活动信息,从而探测出最近使用过或者移动过的车辆。另外,高分辨率中波红外图像数据还可立即用于当前的许多空间遥感应用,比如监测持续火灾的控制与扑灭进度(灾难支援)以及工业设施的热排放和污染情况。在英国2014年发布的《国家空间技术发展战略》中,具有红外探测能力的成像系统被确定为重点研究领域之一。此前,该系统也被英国国防部《国防技术战略》列为一种关键的交叉前沿技术。

相关人员表示,这项新技术将会改变全球对地观测市场。以前人们主要关注较窄的波段范围,而如今对混合传感器及互补数据集的需求则在不断增长。在SSTL公司已发射的Carbonite系列卫星(见图2)的基础上,该技术将可使用户像此前处理可见光图像一样受益于红外成像能力,进而降低相关成本。

图2 Carbonite-2卫星的实物图(来源:SSTL公司)

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