Первые полеты лидара для обнаружения CO₂

Почти два десятилетия инвестиций NASA в технологии лидарных систем и двухмикронных передатчиков привели к созданию нового инструмента для дистанционного измерения уровня углекислого газа (CO₂) в атмосфере Земли. Агентство разработало лидар IPDA (Integrated Path Differential Absorption Lidar), который использует высокоэнергетические двухимпульсные лазеры с высокой частотой повторения. Этот компактный прибор предназначен для получения точных измерений столба атмосферного CO₂ с высоким разрешением с борта летательного аппарата. Лазерные импульсы можно настраивать и фиксировать на длине волны около 2,05 мкм, что является идеальным спектральным диапазоном для детектирования CO₂. Импульсы разделены интервалом в 150 микросекунд: первый настроен на длину волны с сильным поглощением CO₂, а второй — на длину волны со слабым поглощением. Направляя импульсы на твердую цель (например, поверхность Земли), разница между возвращающимися сигналами коррелирует со средним количеством CO₂ в столбе между прибором и целью.

CO₂ является парниковым газом, важным фактором глобального потепления. В настоящее время спутники, отслеживающие уровень CO₂, используют пассивные сенсоры. Активная система, такая как лидар IPDA, потенциально способна преодолеть некоторые ограничения пассивных систем и обеспечить точность, необходимую для более детального разрешения профиля CO₂. Разработка IPDA Lidar рассматривается как шаг к будущей космической миссии для активного дистанционного зондирования CO₂, такой как концепция миссии ASCENDS (Active Sensing of CO₂ Emissions over Nights, Days, and Seasons). Рекомендованная Национальным исследовательским советом США в 2007 году, миссия ASCENDS призвана углубить понимание роли CO₂ в глобальном углеродном цикле. Новая технология IPDA Lidar потенциально может обеспечить спутниковые измерения CO₂ в любое время суток и года, на всех широтах. Эти данные помогут идентифицировать антропогенные источники и поглотители CO₂, улучшить климатические модели и прогнозы, а также лучше понять связь между климатом и обменом CO₂.

В течение 11 дней в марте 2015 года импульсный двухмикронный лидар IPDA прямого детектирования совершил 10 испытательных полетов общей продолжительностью около 27 часов над территорией штата Вирджиния на борту самолета NASA B200 King Air. Полеты проходили над разнообразной местностью с различной отражательной способностью, и анализ показал, что измеренная оптическая толщина для длины столба соответствовала модельным значениям с точностью до нескольких процентов. Результаты испытаний положительны, и, вероятно, прибор впервые продемонстрировал работоспособность принципа воздушного прямого детектирования CO₂ на длине волны 2 мкм. В настоящее время команда проекта работает над внедрением в систему третьего передаваемого импульса. Трехимпульсная система позволила бы одновременно измерять концентрации CO₂ и водяного пара (H₂O) с помощью одного компактного прибора.