NASA Taps Teledyne CCD Image Sensors để tìm kiếm tiền kiếp trên sao Hỏa

Cảm biến hình ảnh CCD của Teledyne e2v đang hướng tới sao Hỏa trên tàu Perseverance Rover của NASA. Nhiệm vụ của nó? Để điều tra các mẫu đá trên hành tinh đỏ về các dấu hiệu của sự sống trong quá khứ.

Cảm biến hình ảnh của thiết bị tích hợp điện tích (CCD) Teledyne e2v đang hướng tới sao Hỏa. Các cảm biến hình ảnh CCD42-10 đã được tích hợp trên tàu thăm dò sao Hỏa của NASA, Perseverance , đang hướng đến sao Hỏa để kiểm tra các vật liệu địa chất và tìm kiếm các dấu hiệu về sự sống của vi sinh vật trong quá khứ trên hành tinh đỏ. Cuộc hành trình sẽ mất khoảng bảy tháng. 

Sự kiên trì sẽ được sử dụng để tìm kiếm các dấu hiệu về sự sống của vi sinh vật trong quá khứ trên hành tinh đỏ. Hình ảnh được sử dụng với sự cho phép của NASA

Trong quá khứ, các thành phần của Teledyne đã được sử dụng trong thăm dò dầu nước sâu, nghiên cứu hải dương học, giám sát môi trường và hình ảnh y tế. NASA đã chọn cảm biến hình ảnh CCD của Teledyne cho sứ mệnh này vì nền tảng của công ty về thiết bị đo đạc, hình ảnh kỹ thuật số, điện tử hàng không vũ trụ và các ứng dụng quốc phòng. 

Lịch sử của NASA với cảm biến hình ảnh CCD

Từ khi cảm biến hình ảnh CCD đầu tiên được giới thiệu cho đến những năm 1990, NASA đã quan tâm đến việc phát triển công nghệ này hơn nữa bằng cách nghiên cứu các cảm biến hình ảnh nhỏ có thể xử lý các điều kiện không gian khắc nghiệt.

Các cảm biến CCD, đặc biệt là các thiết bị của Teledyne,  đã đi qua ngoại quyển của Trái đất nhiều lần . Năm 2012, Curiosity Rover của NASA được trang bị cảm biến hình ảnh CCD của Teledyne khi nó di chuyển trên địa hình đá của sao Hỏa. Các cảm biến hình ảnh được gắn trên camera điều hướng và tránh nguy hiểm.

Các nhà khoa học và kỹ sư đã có thể tạo lại hình ảnh 3D toàn cảnh về địa hình gồ ghề để phát hiện những trở ngại tiềm ẩn đối với người lái. Điều này cũng dẫn đến việc NASA tạo ra một ứng dụng web tương tác để bất kỳ ai cũng có thể nhìn thấy qua lăng kính của một người đi thám hiểm .

Cảm biến hình ảnh CCD của Teledyne trong Sứ mệnh Sao Hỏa

Trong sứ mệnh gần đây tới Sao Hỏa, máy bay Perseverance của NASA sẽ điều tra các môi trường liên quan đến sinh vật học thiên văn và các quá trình địa chất để giúp chứng minh khả năng có sự sống trong quá khứ trên Sao Hỏa.

Người thám hiểm sẽ tìm kiếm sự sống của vi sinh vật trong quá khứ bằng cách cố gắng sản xuất oxy từ khí quyển sao Hỏa, cải thiện kỹ thuật hạ cánh và xác định các điều kiện môi trường khác có thể ảnh hưởng đến các phi hành gia trong tương lai sống và làm việc trên sao Hỏa.

CCD42-10 của Teledyne được tích hợp trên hai hệ thống camera khác nhau là SuperCam và SHERLOC. 

SuperCam sẽ sử dụng cảm biến hình ảnh CCD để kiểm tra các hợp chất đất đá và thu thập ảnh. Những bức ảnh này sẽ giúp các nhà khoa học đánh giá xem liệu các mẫu có bị biến đổi hay hình thành do nước hay không. Máy ảnh sẽ có thể xác định các mục tiêu nhỏ hơn một điểm bút chì trong khoảng cách 20 feet. 

SHERLOC sẽ có cảm biến CCD được gắn trên cánh tay robot của người lái, sẽ hoạt động cả ngày lẫn đêm cùng với đèn laser cực tím để phát hiện các hóa chất hữu cơ.

CCD42-10 . Hình ảnh được sử dụng với sự hỗ trợ của Teledyne Imaging 

CCD42-10 có kích thước nhỏ (27,6 mm x 6,9 mm), định dạng 2048 x 512 pixel và bộ khuếch đại tiếng ồn thấp. Bộ khuếch đại đầu ra được thiết kế để cung cấp mức độ nhiễu tuyệt vời ở tỷ lệ điểm ảnh thấp với khả năng giảm dòng điện tối 100 lần với mức giảm tối thiểu công suất toàn giếng.

Các tính năng này làm cho nó hữu ích cho các ứng dụng cường độ cao như quang phổ. Nó cho phép máy ảnh đo ánh sáng được phát ra, hấp thụ hoặc tán xạ bởi vật liệu để nghiên cứu, xác định và định lượng các mẫu. 

Cảm biến CCD có thể đưa chúng ta đi bao xa?

Cảm biến CCD có thể so sánh với cảm biến kim loại-oxit-bán dẫn (CMOS) bổ sung về chất lượng hình ảnh, độ tin cậy và mức tiêu thụ điện năng.

Cảm biến CMOS cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và cung cấp mức độ tích hợp cao hơn, giúp giảm độ phức tạp trong nhiệm vụ của nhà thiết kế mạch. Cảm biến CMOS sử dụng ít năng lượng hơn tới 100 lần so với cảm biến hình ảnh CCD và cũng ít tốn kém hơn. 

Tuy nhiên, cảm biến CCD tiếp tục đóng vai trò quan trọng ở bất cứ nơi nào yêu cầu chất lượng hình ảnh cao hơn và độ nhạy sáng lớn hơn. Tiến sĩ Miles Adcock, chủ tịch e2v của bộ phận không gian và lượng tử của Teledyne cho biết các cảm biến hình ảnh CCD của công ty là vô song: “Di sản hình ảnh không gian của Teledyne là vượt trội, đặc biệt là với số lượng thiết bị TRL cao và hàng nghìn năm bay vào vũ trụ đã được chứng minh”.

Đối với sứ mệnh sao Hỏa này, các nhà nghiên cứu của NASA có tất cả lượng điện cần thiết để vận hành các cảm biến hình ảnh CCD. Mọi thứ khác trên Perseverance được cung cấp bởi một hệ thống năng lượng được gọi là máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đa nhiệm vụ (MMRTG) , được phát triển bởi Teledyne Energy Systems.

Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đa nhiệm vụ. Hình ảnh được sử dụng với sự hỗ trợ của Hệ thống năng lượng Teledyne

Hệ thống này được cung cấp năng lượng bởi một pin hạt nhân sử dụng nhiệt từ quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên của plutonium-238 để tạo ra khoảng 110 watt điện khi rover di động.

Cảm biến hình ảnh e2v CCD của Teledyne sẽ giúp NASA có được bằng chứng cụ thể về sự sống trong quá khứ trên sao Hỏa. Đến tháng 3 năm 2021, chúng ta sẽ biết tàu thám hiểm sao Hỏa đang xử lý sứ mệnh mới như thế nào.