Il lidar CASALS della NASA mappa il suolo in 3D, testato su aereo

Dall'orbita, gli strumenti laser di oggi misurano foreste e rilievi terrestri una linea stretta alla volta. Tra queste linee restano enormi lacune, comprese milioni di acri che gli scienziati non misurano mai direttamente. Durante un volo sulla Great Cypress Swamp, nel Delaware, il 12 novembre 2024, i dati dello strumento hanno mostrato in colori diversi le cime della copertura arborea, il suolo e la vegetazione bassa, il tutto in un'unica immagine continua.

Il segreto sta nella luce. I lidar tradizionali orientano il laser con specchi in movimento. CASALS, sviluppato con il sostegno dell'Earth Science Technology Office della NASA, usa un laser «seed» a impulsi rapidi, centrato su 1040 nanometri, che passa ciclicamente attraverso 256 lunghezze d'onda. La luce attraversa un reticolo di trasmissione, un componente con un motivo microscopico di creste. Poiché la luce si piega con angoli leggermente diversi a seconda della lunghezza d'onda, il reticolo indirizza ciascuno dei 256 impulsi verso una posizione diversa lungo la traiettoria di volo. Il risultato è una fascia di suolo anziché una traccia singola, senza che servano parti mobili.

Anche l'affidabilità trae vantaggio da questo progetto. Gli specchi motorizzati sono pesanti e soggetti a guasti e, eliminandoli, si riducono drasticamente le dimensioni, il peso e i fabbisogni energetici dello strumento, un aspetto che il team considera cruciale per l'ambiente ostile dello spazio. La matrice di rilevatori offre un secondo vantaggio: opera con un'efficienza quantica dell'80%, il che significa che converte quasi tutta la luce di ritorno in un segnale elettrico. Secondo il team, ciò consente a CASALS di captare segnali di ritorno molto più deboli, utili per misurare superfici più scure o il suolo sotto una vegetazione più fitta.

Ciò che cambierà, e per chi, dipende dai prossimi passi. Gli scienziati che studiano foreste, rilievi ed ecosistemi in trasformazione otterrebbero una mappa molto più completa di quella offerta oggi dai profili isolati. Per ora, il beneficio resta limitato ai voli aerei: il team prevede di far volare di nuovo CASALS nella campagna ASCENT, in programma per la estate 2027, e non ha annunciato quando potrebbe volare una versione spaziale. Prima, intende allargare la fascia e aggiungere il software di elaborazione dei dati a bordo.

La fiducia del team si basa su una prima campagna che, nelle parole di Yorks, ha «funzionato davvero bene fin dalla prima volta che l'abbiamo fatto volare». A circa 5 chilometri di altitudine, CASALS distingue già i singoli rami degli alberi e leggere variazioni di quota del suolo, grazie alla risoluzione orizzontale di 22 centimetri. Trasformare questo risultato in un satellite richiede però di riprogettare la fascia e l'elaborazione, e la NASA presenta l'esito come subordinato al successo di questi passaggi.