211service.com
Kobieta, która przyniosła nam świat
Pół wieku temu Virginia Tower Norwood ’47 wynalazła pierwszy wielospektralny skaner do obrazowania Ziemi z kosmosu. Od tego czasu Landsat 1 i jego następcy nieprzerwanie skanują planetę.
29 czerwca 2021
Michelle Groskopf
Gdyby Virginia Tower Norwood posłuchała swojego doradcy szkolnego, zostałaby bibliotekarką. Jej test umiejętności wykazał niezwykłą łatwość w posługiwaniu się liczbami, aw 1943 nie mógł wymyślić lepszego sposobu, w jaki młoda kobieta mogłaby wykorzystać takie umiejętności. Na szczęście Norwood nie cierpiał na ten sam brak wyobraźni. Jako salutatorka z jej klasy w filadelfijskim liceum, od dawna pochłaniała łamigłówki logiczne i dobrze wykorzystywała zasadę suwakową, którą dał jej ojciec, gdy miała dziewięć lat. Norwood zignorował radę swojego doradcy i złożył wniosek do MIT.
Stała się pionierem w dziedzinie projektowania anten mikrofalowych. Zaprojektowała nadajnik do misji rozpoznawczej na Księżyc, która utorowała drogę do lądowania Apollo. Wymyśliła i kierowała opracowaniem pierwszego wielospektralnego skanera do obrazowania Ziemi z kosmosu — pierwszego z serii skanerów satelitarnych, które nieprzerwanie obrazują świat od prawie pół wieku.
Patrząc wstecz, mówi, że nigdy tak naprawdę nie myślała o karierze w bibliotekoznawstwie: nie potrafię przeliterować.
Najlepsza szkoła na świecie
Virginia Tower Norwood w Greenwich podczas drugiego lub trzeciego roku studiów w MIT.
DZIĘKI UPRZEJMOŚCI WIRGINI NORWOODMIT prowadził zajęcia przez cały rok podczas II wojny światowej, więc Norwood przybyła do Cambridge latem 1944 roku, wkrótce po ukończeniu szkoły średniej. Absolwent, który przeprowadzał z nią wywiad, przyznał, że nigdy wcześniej nie rozmawiał z żadną kobietą (i powiedział jej, że jest mniej zrzędliwa niż kobiety z MIT, które znał), ale nie zniechęciła się, gdy znalazła się jako jedna z zaledwie kilkunastu kobiety w swojej klasie. MIT nie miał wtedy akademików dla kobiet, więc wynajęła pokój w mieszkaniu przy Central Square, chodząc do kampusu w pogodne dni lub jeżdżąc tramwajem przy Mass. Ave. po pięciocentówkę przy złej pogodzie. Kobiety mogły jadać w jadalniach akademików tylko jako goście studentów płci męskiej; często żywiła się grzankami i pokrojonymi pomidorami.
Jako najstarsza córka oficera armii, Norwood była praktykowana w zapuszczaniu korzeni, gdziekolwiek się znalazła. Mieszkała w Panamie (gdzie obserwowała, jak przez kanał przepływa największa łódź świata), w Oklahomie (gdzie dołączyła do konnej grupy harcerek) i na Bermudach. Kiedy rodziny wojskowe zostały odesłane na kontynent po Pearl Harbor, uczęszczała do pięciu różnych szkół średnich. W MIT szybko trafiła do jedynej przestrzeni przeznaczonej dla kobiet w Instytucie, pokoju Cheney — apartamentu z kuchnią, biura z kilkoma biurkami, trzema łóżkami, prysznicem, szafkami na książki i dużym, uroczym salonem. z fortepianem. Tam mały kontyngent kobiet z MIT zbierał się, aby rozmawiać, uczyć się i gotować.
Virginia Tower Norwood jako Birdie w produkcji MIT Dramashop Małe lisy .
DZIĘKI UPRZEJMOŚCI VIRGINIA NORWOODChociaż zszokowana, gdy dowiedziała się, że prawie wszyscy jej koledzy z klasy również byli salutatorami lub pożegnaniami, była tak dobrze przygotowana, że przez kilka semestrów wzięła pięć kursów zamiast czterech, jak zwykle. Nie pracowałam przez pierwszy rok, mówi. Słuchanie w klasie i robienie p-setów było wystarczające, pozostawiając mnóstwo czasu na zwiedzanie Bostonu, wędrówki po parkach i kontakty towarzyskie.
Ponieważ kobiet było tak mało, moglibyśmy umawiać się co wieczór, gdybyśmy chcieli, mówi, dodając, że jeden kolega z klasy był dumny z tego, że umawiał się z praktycznie każdą kobietą w naszej klasie. Przebywanie w tym, co nazywa morzem mężczyzn, sprawiło, że dostała się do ról w produkcjach Dramashop ( Znaczenie bycia gorliwym oraz Małe lisy pomiędzy nimi). Ale może też sprawić, że życie stanie się niezręczne; profesor, który rutynowo skanował klasę podczas wykładów, nieuchronnie utkwił wzrok w nogach Norwooda, otrząsnął się i ponownie zaczął przeczesywać salę. A trzy razy w tygodniu kobiety mogły pływać w basenie MIT, mężczyźni niechętnie zakładali kostiumy kąpielowe.
(O dziwo, kobiety w Instytucie mogły być jakoś tak niewidoczne, jak rzucały się w oczy. Wiele lat później Norwood wpadała na absolwentów z jej epoki, którzy twierdzili, że nie mieli pojęcia, że MIT jest studentką.)
W czwartym semestrze Norwood w końcu znalazła się w klasie, która nie przyszła łatwo. Po zmaganiach z fizyką i zdobyciu średniej oceny wzięła urlop w zimie 1946 roku i nauczyła się materiału, przepracowując każdy problem w podręczniku. Wróciła do MIT tej wiosny, dzieląc dwupokojowe mieszkanie w Bexley Hall z trzema innymi kobietami, a ostatnie cztery semestry uczęszczała na wszystkie zajęcia dla absolwentów.
Myślę, że mam bardzo dobre wykształcenie z matematyki i fizyki, mówi. Miała nawet okazję studiować u znanego matematyka Dirka Struika, który normalnie nie uczył studentów, ale w czasie wojny zmuszony do służby na pierwszym roku fizyki, otwierał podręcznik i mówił: A teraz czego wydział fizyki chciałby, żebym uczył ty dzisiaj? Odbyła z nim również podyplomowy kurs czytania z geometrii analitycznej. Myśleliśmy, że jesteśmy w najlepszej szkole na świecie, mówi. A dyplom MIT – fakt, który zaskoczyłby wielu kolegów – dał jej pewność siebie, gdy wypracowała karierę, w której matematyka i fizyka były niezbędne, a kobiety rzadkością.
Szalejące poszukiwanie pracy
Dzień po ukończeniu studiów licencjackich z matematyki poślubiła Larry'ego Norwooda, instruktora na trzecim semestrze rachunku różniczkowego i prezesa klubu matematycznego MIT, który był wówczas studentem Yale. Szybko okazało się, że niewielu potencjalnych pracodawców zatrudniłoby kobietę-matematyczkę. Podczas wywiadu w Sikorsky Aircraft jej prośba o pensję P1 — która zapewniała najniższy stopień zawodowy w służbie cywilnej — spotkała się z niedowierzaniem; firma nigdy nie płaciła kobiecie tyle. Poproszona o obietnicę, że nie zajdzie w ciążę, jeśli zostanie zatrudniona w laboratorium spożywczym, wycofała swój wniosek. W ciągu trzech wywiadów w Remington przedstawiła swoją wizję tego, jak matematyk personelu może usprawnić działalność firmy produkującej broń. Kierownik ds. rekrutacji zadzwonił, aby powiedzieć, że przekonała ich, że to genialny pomysł – i że zamierzają poszukać mężczyzny na to stanowisko. Norwood był nieobecny, kiedy odebrano telefon; kierownik przekazał podziękowania mężowi.
Zdjęcie z 2001 r. zarejestrowane przez Landsat 7 przedstawiające piaski i pokłady wodorostów wyrzeźbionych przez pływy i prądy oceaniczne na Bahamach.
USGS/NASA LANDSAT
Zdjęcie z satelity Landsat przedstawiające zbiornik w Uzbekistanie na około tydzień przed pęknięciem zachodniej ściany tamy w 2020 roku, zalewając sąsiednie wioski i pola uprawne.
USGS/NASA LANDSATZdesperowana, by zdobyć trochę dochodu, aby uzupełnić skromną pensję męża instruktora, sprzedawała bluzki w małym domu towarowym w New Haven – pracy, której na pewno by nie dostała, gdyby ujawniła stopień MIT. Norwood pozostała stoicka podczas intensywnego szkolenia w zakresie odczytywania wykresu podatku od sprzedaży i rzuciła sobie wyzwanie, audytując zaawansowane zajęcia z matematyki w Yale. I znosiła sprzedaż plisowanych bluzek (wolała szyte na miarę ubrania), aż w końcu została zatrudniona jako nauczycielka arytmetyki biznesowej w Junior College of Commerce w New Haven.
Nauczanie matematyki było krokiem we właściwym kierunku, ale prawdziwa kariera Norwood zaczęła się dopiero, gdy przyjaciel rodziny zaprosił ją do odwiedzenia Laboratoriów Korpusu Sygnałów Armii Stanów Zjednoczonych w New Jersey. Kiedy ona i jej mąż otrzymali propozycję pracy w Evans Signal Lab w 1948 roku, skorzystali z okazji.
Śledzenie wiatru
Norwood został przydzielony do grupy radarów pogodowych w laboratorium, gdy radar zaczął być używany w meteorologii, a Norwood został poproszony o opracowanie reflektora radarowego do balonów meteorologicznych, aby mogły być wykorzystywane do śledzenia wiatrów na dużych wysokościach.
Siedzisz i myślisz o problemie, mówi, a rozwiązania przychodzą do ciebie po chwili. Wylądowała na projekcie składającym się z dysków (pomalowanych na srebrno lub wykonanych z metalicznego materiału), które przecinały się, tworząc serię odblaskowych rogów. Urządzenie zawieszone na wędkarskich krętlikach wirowało na wietrze, wytwarzając charakterystyczny pulsujący sygnał, który mógłby być śledzony przez radar. W końcu meteorolodzy mogli dokładnie obliczyć prędkość wiatru powyżej 100 000 stóp – mniej więcej na wysokości, na której pękają balony pogodowe. I ten wyczyn po raz pierwszy umożliwił długoterminowe prognozowanie pogody. Urządzenie, które Norwood zaprojektował w wieku 22 lat, zostało później opatentowane.
Norwood w Storm Detector Radar Set w US Army Signal Corps Labs oraz rysunki opatentowanego reflektora radarowego do balonów meteorologicznych, które zaprojektowała dla Signal Corps. W 1966 r. Surveyor NASA (zdjęcie po prawej) wysłał obraz po lewej stronie księżycowej skały z powrotem na Ziemię na nadajniku Norwooda.
NASA?JPL (skały); DZIĘKI UPRZEJMOŚCI VIRGINIA NORWOOD; NASA/JPL (ANKIETA); NORWOOD POPRZEZ PATENTY GOOGLE (SCHEMATY)Niedługo po tym, jak zakończyła ten projekt, członkowie laboratorium dyskutowali o tym, jak zaprojektować wieże telemetryczne dla poligonu do testowania rakiet opracowywanego na Cape Canaveral na Florydzie. Ktoś w laboratorium powiedział: „Och, zróbmy im 1000 stóp wysokości'. Byłem na spotkaniu i zapytałem: „Czy wiesz, jak wysoka jest Wieża Eiffla?', wspomina, zdumiona, że jej kolega arbitralnie proponował wieże prawie takie same wzrost. Jedna miała zostać zbudowana kilkaset mil od brzegu, a Norwood zdał sobie sprawę, że taka wieża byłaby kosztowna w budowie i podatna na huragany.
Aby dokładnie określić, jak wysokie musiały być wieże, Norwood potrzebował historycznych danych dotyczących wiatru i temperatury. Kilku kolegów-mężczyzn zostało wysłanych po to do Waszyngtonu, ale wrócili z pustymi rękami. Norwood poszła sama i spotkała się z budzącą grozę Frances Whedon, meteorolożką amerykańskiego Korpusu Sygnałowego, która odmówiła ujawnienia jej danych. Okazało się, że Whedon uzyskała dyplom MIT z meteorologii w 1924 roku. Była absolutnie szorstka w stosunku do mężczyzn, ale zachwyciła mnie, mówi Norwood, który szybko uzyskał zgodę na odwiedzenie archiwów zawierających zapisane ołówkiem dzienniki pogody Whedona.
Norwood obliczył, że wieże muszą mieć tylko około 100 stóp wysokości. Mówi, że byli zdeterminowani, żeby zrobić trzymetrowe egzemplarze. Zabrałem się do udowodnienia danych, że mogą się dogadać, gdy są krótsze. Wieże zostały zbudowane na zalecanej przez Norwood wysokości i wykorzystywane do testów rakietowych w latach 50. i 60. XX wieku.
Nauka handlu
Mimo że uzyskała patent na jedno ze swoich pierwszych zadań w radarze pogodowym, Norwood mówi, że wykonała ważniejszą pracę, kiedy przeniosła się do grupy anten. Signal Corps był zainteresowany badaniem różnych typów anten radarowych, opierając się na technologii radarów mikrofalowych opracowanej w laboratorium radiacyjnym MIT, która okazała się przydatna podczas II wojny światowej. Na początku lat pięćdziesiątych grupa anten w Evans była jednym z niewielu miejsc, które były pionierami w opracowywaniu nadajników i anten wykorzystujących mikrofale o coraz krótszych długościach fal i zastanawiały się, w jaki sposób można zastosować taką technologię. W tej grupie Norwood zdobyłby drugi patent na nowatorską – i od dawna sklasyfikowaną – antenę śledzącą. (Jego kanał nie musiał się obracać, aby śledzić przychodzący sygnał; zamiast tego używał polaryzacji do identyfikacji kąta i kierunku sygnału.) A bycie częścią grupy antenowej okazało się nieocenione, ponieważ pole anten mikrofalowych rozrosło się . Jak mówi Norwood, nauczyłem się zawodu.
W 1953 roku wyjechała z mężem do Kalifornii, gdzie szybko dostała pracę w Sylvania Electronic Defense Labs i rozstawiła swój zakres testowy anten, pozyskując sprzęt od Billa Hewletta, SM ’36 i Dave Packarda. Mniej więcej rok później wraz z mężem i córeczką przeniosła się do Los Angeles, gdzie dołączyła do laboratorium antenowego w Hughes Aircraft, stając się jedyną kobietą wśród około 2700 mężczyzn w laboratoriach badawczo-rozwojowych firmy. Poszła do pracy dla Lestera Van Atty, który prowadził pionierskie badania radarowe w MIT Rad Lab na początku wojny i prowadził jeden z najlepszych zestawów antenowych w kraju, mówi Norwood. Zbudowaliśmy kilka bardzo interesujących anten — o niektórych z nich mogę Wam opowiedzieć.
Norwood, nosząca swojego Brass Rat, dzierży suwak logarytmiczny w 1963 roku.
DZIĘKI UPRZEJMOŚCI WIRGINI NORWOODW jednym z tych odtajnionych projektów zaprojektowała antenę do systemu identyfikującego przyjaciół i wrogów. IFF, jak wiadomo, musi odbierać charakterystyczny sygnał nadawany przez wszystkie amerykańskie samoloty, aby zapobiec zestrzeleniu jednego z samolotów bojowych. Musiała jednak upewnić się, że antena IFF nie zablokuje innej, większej anteny zamontowanej za nią – dalekosiężnej anteny obserwacyjnej skanującej horyzont w poszukiwaniu wrogich samolotów lub pocisków. Hughes posiada teraz patent na złożoną antenę dipolową w kształcie litery S, którą wymyśliła. Myślę, że zadziałało, mówi, tylko połowicznie żartując. Technologia identyfikacji przyjaciela lub wroga jest tak ważna, że rozwój jej komponentów został podzielony, aby nikt nie znał całego systemu.
Zarządzanie mikrofalami (i mężczyznami)
W 1957 Norwood został powołany na kierownictwo grupy mikrofalowej w laboratorium rakietowym firmy. Ale nie wszyscy byli zadowoleni, widząc kobietę awansującą w szeregach Hughes. Jako pierwsza kobieta, która dołączyła do personelu technicznego, początkowo odmówiono jej pozwolenia na parkowanie na parkingu, ponieważ parkowali tam tylko mężczyźni. Koleżanka powiedziała jej kiedyś, że kobiety – zwłaszcza te z dziećmi – nie powinny pracować w laboratoriach. (Norwood wystartowała zaledwie trzy dni, kiedy urodziło się drugie z jej trojga dzieci, w 1959 roku). Teraz, gdy zajmowała się antenami mikrofalowymi i obwodami dla pocisków, jeden mężczyzna zrezygnował, mówiąc, że nie chce pracować dla kobietą – lub dla firmy na tyle głupiej, by umieścić kobietę w tej roli. (Wrócił do Hughes kilka lat później i poprosił o pracę w grupie Norwooda. Odmówiła.)
Norwood z kolegami zajmującymi się antenami Hughesa w 1956 r.; opatentowaną antenę, którą zaprojektowała; z Ethelwyn Pecorą, żoną mistrza Landsat, Williama Pecory, po zdobyciu nagrody Pecora w 1979 roku za jej wkład w zrozumienie Ziemi za pomocą teledetekcji.
DZIĘKI UPRZEJMOŚCI VIRGINIA NORWOODW laboratorium rakietowym ona i jej grupa opracowali anteny, aby pomóc pociskom Falcon w dotarciu do celu. Norwood zaprojektował również nadajnik i odbiornik mikrofalowy dla pierwszego na świecie satelity komunikacyjnego. W 1963 r. Syncom 2 — skrót od komunikacji synchronicznej — umożliwił pierwsze dwukierunkowe połączenie satelitarne między głowami państw, kiedy prezydent Kennedy w Waszyngtonie wezwał premiera Nigerii Abubakara Tafawę Balewę na pokładzie amerykańskiego statku w porcie Lagos. Rok później Syncom 3 został wykorzystany do transmisji Igrzysk Olimpijskich w Tokio w 1964 roku w USA.
Wysyłanie danych z księżyca
Ponieważ NASA szykowała się do wysłania pierwszego człowieka na Księżyc, potrzebowała urządzenia zwiadowczego, które mogłoby zdać raport o przydatności proponowanego miejsca lądowania. Nie chcieli, żeby mężczyzna spadł w szczelinę księżyca, wspomina Norwood.
Poprzednie urządzenia rozpoznawcze przesłały obrazy ich zbliżania się do księżyca, ale wszystkie rozbiły się podczas lądowania, czyniąc je bezużytecznymi do badania powierzchni. Był duży argument dotyczący tego, co znajduje się pod górną warstwą księżyca, co było wszystkim, co widzieliśmy, mówi Norwood. Ludzie mieli najdziwaczniejsze pomysły na to, co może tam być. Teoria, że zrobiono go z zielonego sera, była prawdopodobnie jedną z bardziej logicznych, mówi ze śmiechem; niektórzy nawet myśleli, że księżyc może być pustą skorupą. NASA nie kupiła tych teorii, ale potrzebowała statku, który przetrwałby lądowanie, aby mógł robić zdjęcia na powierzchni, pobierać próbkę gleby i ją analizować.
Gdy inna grupa w Hughes zajęła się problemem miękkiego lądowania, wyzwanie polegające na upewnieniu się, że lądownik, znany jako Surveyor, może odbierać polecenia i wysyłać obrazy i dane z powrotem na Ziemię, spadło na Norwooda i jej grupę mikrofalową. Po opracowaniu sposobów na chowanie maleńkich, lekkich nadajników i anten między delikatnymi płetwami pocisków, byliśmy przyzwyczajeni do tego, że jesteśmy bardzo ciasni, jeśli chodzi o przestrzeń i wagę – mówi. Więc byliśmy oczywistymi osobami, którym powierzyliśmy tę pracę.
W rzeczywistości sama zaprojektowała nadajnik, który wysłał wszystkie dane Surveyor z powrotem na Ziemię. Nadzorowała również projekt anteny systemowej, którą określa jako zupełną wówczas nowość. Wydajna przestrzennie planarna tablica zamiast typowej zakrzywionej paraboli, składała się kompaktowo do lotu, a następnie otwierała się na Księżycu. Został przymocowany do panelu słonecznego, który zbierał energię do obsługi wszystkich systemów lądowników księżycowych.
Surveyor wystrzelony 31 maja 1966 r., a Norwood, który do tego czasu przeniósł się do czegoś, co miało stać się dywizją systemów kosmicznych, wspomina, że był w Hughes i oglądał ekrany z podkanałem pokazującym centrum dowodzenia w Jet Propulsion Lab (JPL), kiedy dotarł Księżyc 2 czerwca rozległ się wielki krzyk, kiedy zespół JPL potwierdził — dzięki sprzętowi komunikacyjnemu, który zaprojektował Norwood i jej zespół — że Surveyor wylądował nietknięty. Kiedy sygnały, które Surveyor wysłał z powrotem przez nadajnik Norwooda, zostały zdekodowane na dane i obrazy, NASA była w stanie potwierdzić, że miejsce będzie wystarczająco twarde i poziome, aby załogowy statek mógł wylądować.
Przygotowanie do zbliżenia Ziemi
W ciągu kilku miesięcy od uruchomienia Surveyor Norwood zaczął myśleć o projekcie, który nie miał nic wspólnego z bronią lub eksploracją kosmosu – takim, który nie wymagałby obsługi tajnych danych. Nie jest zabawnie wchodzić do tak zwanej czarnej komory, w której za każdym razem, gdy wychodziło się z pokoju, trzeba było wkładać pracę do sejfu.
Wiedziała, że NASA i US Geological Survey mówią o zbudowaniu satelity do obserwacji Ziemi i monitorowania jej zasobów. Za pomocą satelity można dostać się na szczyty gór i do wszystkich miejsc, o których geolodzy chcieliby wiedzieć i dla których nie mają danych, mówi. NASA planowała wyposażyć satelitę w kamery z wiązką zwrotną vidicon (RBV) – kamery telewizyjne podobne do tych używanych w misjach księżycowych. Pomysł polegał na uchwyceniu analogowych obrazów Ziemi z zamrożonych klatek za pomocą trzech RBV z różnymi filtrami, aby zarejestrować zielone, czerwone i bliskie podczerwieni fragmenty widma elektromagnetycznego.
Ale Norwood uważał, że skaner wielospektralny (MSS) może być bardziej użyteczny. Taki skaner byłby w stanie wychwycić zarówno światło widzialne, jak i niewidzialne i podzielić je na więcej niż tylko trzy pasma widmowe, tworząc skarbnicę informacji. Na przykład jedno pasmo umożliwiłoby badanie jakości wody; inny ujawniałby wigor plonów; trzecia może wykazywać absorpcję chlorofilu; inne można wykorzystać do określenia wilgotności gleby lub gęstości śniegu.
W rzeczywistości agronomowie wysyłali już spektrometry samolotami, aby zebrać takie dane na próbkach pól. Ale skaner satelitarny zbierałby obrazy w sposób ciągły, pozwalając agronomom dokładnie monitorować, ile akrów określonych upraw rośnie, potencjalnie w dowolnym miejscu na świecie. Arboryści mogli wykryć wczesne oznaki choroby i zarazy na drzewach i podjąć działania, zanim się rozprzestrzenią. Osoby zarządzające tamami i zlewniami miałyby regularne przesyłanie danych na temat wilgotności gleby i powodzi. Zarządcy spisu mogli śledzić, jak szybko tereny dzikie i rolne uległy urbanizacji, a ekonomiści mogli ocenić względny dobrobyt gospodarczy dzielnic, porównując zasięg ich terenów zielonych.
Co więcej, skaner byłby cyfrowy. Jego detektory wyłapywałyby pojedyncze piksele, z których każdy odpowiadał obszarowi mniej więcej wielkości boiska piłkarskiego. Te piksele zostałyby połączone, tworząc linie danych, które można następnie skompilować w celu utworzenia obrazów linia po linii. Obrazy cyfrowe można analizować za pomocą komputerów, a dane z różnych pasm spektralnych można porównywać — oferując znacznie większą precyzję niż wizualna analiza obrazów analogowych. A ta umiejętność analizy danych spektralnych umożliwiła identyfikację obrazowanego materiału. Na przykład pola pszenicy i kukurydzy wyglądałyby tak samo z kosmosu, ale można by je odróżnić dzięki ich unikalnym sygnaturom spektralnym. Możliwości wykorzystania skanera wielospektralnego wydawały się nieskończone.
Norwood i sekretarz pracy James Hodgson omawiają działanie skanera wielospektralnego Landsata na konferencji w 1972 roku.
DZIĘKI UPRZEJMOŚCI WIRGINI NORWOODNorwood przedstawił swój pomysł najwyższej kadrze w Hughes i otrzymał 100 000 dolarów na opracowanie prototypu, który miałby pokazać NASA.
Spotkała się z potencjalnymi użytkownikami, aby dowiedzieć się, jakich danych potrzebują, i skupiła się na sześciu pasmach widmowych, które byłyby najbardziej przydatne. Następnie zabrała się za zaprojektowanie systemu, który mógłby skutecznie obrazować te pasma i przekazywać dane z powrotem na Ziemię.
NASA ustaliła, że satelita będzie krążył wokół biegunów na wysokości 500 mil morskich. Podczas podróży z północy na południe, podczas gdy planeta obracała się pod nią, skaner Norwooda musiałby zarejestrować światło odbite od ukośnego paska Ziemi o szerokości 100 mil morskich. Z każdą orbitą Ziemia obracałaby się i nowy pas o długości 100 mil morskich byłby ustawiony do skanowania. W ciągu 18 dni można by zeskanować całą planetę, a potem cały proces się powtórzy. Skaner zawsze znajdowałby się w tej samej relacji do słońca na każdej szerokości geograficznej, więc oświetlenie byłoby spójne, gdy paski byłyby składane razem.
Norwood zdał sobie sprawę od samego początku, że skaner nie może wytrzymać trudu poruszania się tam iz powrotem, aby uchwycić szerokość paska. Wpadła więc na pomysł użycia lustra, które obracałoby się w przód iw tył, aby odbijać w nim światło. Przychodzące światło byłoby filtrowane do sześciu pasm spektralnych, a następnie kierowane do oddzielnych detektorów dla każdego pasma. Aby nadążyć za prędkością orbity, skaner musiałby przechwycić sześć linii na raz, więc każde pasmo widmowe wymagało sześciu czujników. Dane z czujników byłyby digitalizowane i wysyłane do stacji odbiorczych na ziemi, gdzie można by je dekodować na obrazy dla każdego pasma widmowego lub łączyć w razie potrzeby w celu utworzenia obrazów kompozytowych.
Norwood stanowczo twierdził, że strumień danych powinien być cyfrowy. NASA miała poważne zastrzeżenia, wątpiąc, czy sześciobitowe dane MSS mogą dawać obrazy wysokiej jakości. Wiedziała jednak, że ciągły sygnał analogowy będzie trudny do dokładnego przetworzenia. Cyfryzacja umożliwiłaby bardzo precyzyjną kalibrację poziomów fotonów z każdego czujnika. I chcesz, żeby była dokładna, mówi: w przeciwnym razie, gdy dane są rekonstruowane na obrazy, powstaje bałagan w paski. Pracowała więc z kolegą z firmy Hughes zajmującym się mikrofalami, aby dowiedzieć się, jak najlepiej zdigitalizować dane z czujników. Gdy MSS zobrazował Stany Zjednoczone, dane byłyby przekazywane do amerykańskich stacji naziemnych w czasie rzeczywistym; obrazy reszty świata byłyby przechowywane na taśmie wideo, dopóki nie zostałyby przesłane do stacji amerykańskich. (Później na całym świecie powstaną stacje naziemne).
Ostatecznie urzędnicy NASA powiedzieli jej później, że dane MSS będą pierwszymi danymi przesyłanymi cyfrowo z kosmosu. I ustanowiłoby standard przyszłej teledetekcji ilościowej.
Aby stworzyć obrotową konfigurację lustra, Norwood wezwał Web Howe, wynalazcę rezydenta w Hughes. Howe wrócił z pomysłowym projektem wykorzystującym niską grawitację w kosmosie; obrotowe lustro kołysało się w przód iw tył, gdy jego krawędzie uderzały w zderzaki po obu stronach. Bez żadnych zewnętrznych sił działających na lusterko — w kosmosie byłoby ono nieważkie i nie napotykałoby oporu powietrza — bezwładność powodowałaby, że lusterko uderzałoby w tę i z powrotem między zderzakami w stałym tempie ponad 13 razy na sekundę. Za każdym razem, gdy kołysał się w jedną stronę, czujniki wychwytywały z odbitego światła kolejne sześć linii danych dla każdego pasma widmowego, dotrzymując kroku satelitowi, który podróżował na południe. I za każdym razem, gdy lustro się odchylało, przechwytywało światło z lampy kalibracyjnej.
Norwood rozumiała błyskotliwość projektu Howe'a, ale musiała przekonać wielu pesymistów, że to zadziała. Mówi, że ludzie z Hughes byli przede wszystkim ludźmi od elektroniki. I wzdrygnęli się na myśl o tym mechanicznym lustrze.
Jeśli niektórzy w Hughes byli sceptyczni, wielu badaczy z US Geological Survey i NASA było przekonanych, że MSS nie może dostarczyć użytecznych danych. Wszyscy byli zaznajomieni z kamerami telewizyjnymi vidicon używanymi do misji Surveyor i wczesnych misji Apollo i byli przyzwyczajeni do rejestrowanych przez nich pełnoklatkowych obrazów analogowych. Wzdrygali się przed pomysłem uruchomienia nieprzetestowanego urządzenia mechanicznego, które skanowało linia po linii – i polegali na tłuczącym lustrze, wszystkich rzeczy. Debata o tym, który system powinien zwyciężyć, ciągnęła się ponad rok. Twórcy map, tacy jak ja, byli bardzo podejrzliwi w stosunku do skanera wielospektralnego, który, jak nie mogliśmy uwierzyć, miałby mieć integralność geometryczną, wyznał później kartograf USGS Alden Colvocoresses.
Jedyni, którzy byli naprawdę sceptyczni, z którymi się spotkałem, naprawdę nie rozumieli, jak to działa. Wiedzieli, że jest tam walące lustro, mówi Norwood. Po prostu uważali, że to zbyt prymitywne. Na szczęście, dodaje, musiała tylko przekonać swoje wyższe kierownictwo – a wszyscy byli całkiem mądrymi ludźmi.
Kiedy NASA poprosiła o zmniejszenie rozmiaru, wagi i wymagań dotyczących mocy skanera, Norwood i jej zespół ograniczyli projekt ze skanera sześciopasmowego do czteropasmowego. Prototyp, który mierzył 89 na 59 na 40 centymetrów, miał owalne lustro 9 na 13 cali (wykonane z berylu, dzięki czemu mogło wytrzymać uderzenie i nie wykrzywiało się ani nie drgało) oraz kontrowersyjne zderzaki, które przyprawiały inżynierów o drżenie. . Ważył zaledwie 48 kilogramów, czyli około 105 funtów.
Norwood polecił naukowcom załadować wersję skanera z płytką stykową na tył ciężarówki. Mówi, że to tylko kilka pudełek. Mogliśmy wykorzystać całą wagę, jaką chcieliśmy. Jeździli po Kalifornii, skanując Half Dome, Yosemite Valley i panoramę San Francisco. Pracując tak długo nad specyfikacjami, Norwood nie był zaskoczony wysoką jakością obrazów testowych.
Testowa wersja skanera multispektralnego Norwooda przechwyciła ten sztucznie kolorowy obraz Half Dome z ciężarówki dwa miesiące przed startem Landsata 1.
Dzięki uprzejmości NASANASA zakończyła debatę RBV-versus-MSS, podejmując decyzję o włączeniu obu do satelity. Nie było czasu ani pieniędzy na przekształcenie prototypu Norwooda w końcowy, dopracowany produkt, więc wykorzystano sam prototyp. Jak mówi jej córka, Naomi Norwood: Nikt nie spodziewał się, że to zadziała, z wyjątkiem mojej mamy i kilku innych osób, które nad tym pracowały. Większość ludzi zakładała, że vidicons będą wartościowe; skaner uznano za eksperymentalny. Przeciętny człowiek nie zdawał sobie sprawy, jaki zniekształcony obraz wyświetla kamera telewizyjna, mówi Norwood. Chcieliśmy naukowej precyzji.
Oszałamiający debiut
23 lipca 1972 r. Norwood siedziała z mężem i młodszym synem na trybunach kalifornijskiej bazy sił powietrznych Vandenberg, gdy satelita technologii zasobów Ziemi (który później został przemianowany na Landsat 1) został wystrzelony z prototypem MSS na pokładzie. Nigdy nie widziałam osobiście startu rakiety, mówi. Więc to było ekscytujące.
Dwa dni później naukowcy zebrali się w NASA Goddard Space Flight Center, aby zobaczyć pierwsze dane MSS przetłumaczone na obrazy. Kiedy sceny z chmur ustąpiły falistym obrazom lądu, technik narzekał na okropny wzór mory. Ale wkrótce zdali sobie sprawę, że obraz przedstawiał góry Ouachita w Oklahomie, a faliste linie dokładnie odzwierciedlały fałdy pasma. Pewien geolog miał łzy w oczach. Tak bardzo się myliłem, przyznał inny, który był sceptykiem MSS. Nie zjem wrony. Niewystarczająco duży. Zjem kruka.
Jedenaście dni po wystrzeleniu potężny wzrost mocy na satelicie uszkodził jeden z dwóch magnetowidów przechowujących obrazy RBV i dane MSS zebrane, gdy satelita był poza zasięgiem amerykańskich stacji naziemnych. Trzy dni później, drugi skok zasilania połączony z RBV wstrząsnął satelitą, powodując, że skierował się on w kierunku od Ziemi, zagrażając misji. Satelita wyprostował się po wyłączeniu RBV, a inżynierowie po cichu postanowili zostawić je na dobre. Dane, które MSS Norwood wysyłał z powrotem na Ziemię – w formie cyfrowej – dawały oszałamiająco wyraźne i ostre obrazy.
Chodziłam na spotkania, a ludzie po prostu podskakiwali, ponieważ odkryli inne zastosowanie danych, mówi. I to nie tylko naukowcy: przez lata każdy na świecie mógł kupić obraz z satelity Landsat dowolnego miejsca na Ziemi za jedyne 1,25 dolara. Dostęp do zdjęć i ceny zmieniały się na przestrzeni dziesięcioleci — ale w 2009 r. wszystkie Obrazy z satelity stał się dostępny za darmo.
Obraz Mount St. Helens wykonany przez Landsat po erupcji w 1980 roku. A Norwood, 94 lata, codziennie rejestruje gatunki ptaków.
MICHELLE GROSKOPF (NORWOOD); USGS/NASA LANDSATNorwood był zaangażowany w kolejne cztery wersje Landsata, które wystartowały w 1975, 1978, 1982 i 1984; Landsat 4 i 5 latały nie tylko wersjami jej czteropasmowego MSS, ale także jej oryginalnym projektem. (Nazywany maperem tematycznym, zeskanował sześć pasm spektralnych, jak początkowo przewidywała, plus jeszcze jedno.) W 1977 przeniosła się do grupy systemów elektrooptycznych w Hughes, gdzie pracowała jako starszy naukowiec, a następnie inżynier laboratoryjny. , pracując nad projektowaniem dużych aktywnych anten kosmicznych i innych wysoce tajnych projektów rządowych.
Po przejściu na emeryturę w 1989 roku Norwood zaczęła kolekcjonować i odnawiać zabytkowe zegary, często obrabiając własne części, aby wykonać to zadanie. W dalszym ciągu oddaje się jej fascynacji samochodami sportowymi (chociaż jej prawo jazdy wygasło podczas pandemii, mówi, że jej srebrzystoniebieska sześciobiegowa Mazda Miata prowadzi się lepiej niż jej poprzednie Jaguary, MG i Alfa) i stała się zapalonym obserwatorem ptaków. , codziennie rano wysyłała córce e-maile z dziennym zestawieniem gatunków na jej podwórku (kiedyś naliczyła 18).
W międzyczasie program skanujący Landsat, który powołała do życia, od 1972 roku obserwuje świat od 1972 roku. Skanery przez lata ewoluowały, a Landsat 8, który wystartował w 2013 roku, ma konstrukcję z miotłą, którą zaproponowała. pierwotnie chciał zbudować. Jego detektory są rozmieszczone na obrazowanym pokosie, próbkując każdą linię, gdy satelita porusza się po orbicie, bez konieczności stosowania lustra. To byłby mój pierwszy wybór, ten projekt, mówi. W rzeczywistości skonfigurowałem jeden. Ale nie mieliśmy detektorów — to wymaga tysięcy detektorów bez przerw. Landsat 9 ma zostać uruchomiony we wrześniu 2021 roku.
Wpływ Landsatu był znacznie większy, niż ktokolwiek mógł sobie wyobrazić w 1972 roku. Oprócz odgrywania kluczowej roli w zapoczątkowaniu ery obrazowania cyfrowego, jego skanery są kroniką bliskiego zniknięcia Morza Aralskiego między Kazachstanem a Uzbekistanem, jeziora, które było czwarta co do wielkości, zanim dwie z jej rzek zostały przeznaczone do użytku rolniczego. Obrazy pożarów w parku Yellowstone z 1988 roku wykonane przez Landsat znacznie pogłębiły nasze zrozumienie nauki o pożarach. Ma też udokumentowane takie rzeczy jak cofanie się lodowców, oszałamiający wzrost Pekinu i erupcja Mount St. Helens w 1980 roku.
Norwood, który w tym roku zdobył nagrodę za całokształt twórczości od Amerykańskiego Towarzystwa Fotogrametrii i Teledetekcji, jest szczególnie zadowolony, że Landsat był w stanie zobrazować części świata, które nigdy wcześniej nie zostały sfotografowane. Ale jej ulubiony obraz Landsata ma bardziej osobiste znaczenie. Podoba mi się ten, który ma mój dom, mówi. Uchwycony przez oryginalny Landsat podczas jednej z pierwszych przelotów nad Los Angeles w 1972 roku, teraz wisi na korytarzu w jej domu. Przedstawia wyraźny obraz LA i skrawka Pacyfiku, jej własny skromny dom ukryty wśród konturów gór Santa Monica.