Integration of Spatial Heterodyne Spectroscopy with the Stratospheric Wind Interferometer For Transport studies (SWIFT)

The Doppler Michelson Interferometer (DMI) approach developed for atmospheric wind measurement was first flown as the WIND Imaging Interferometer (WINDII), launched on NASA's Upper Atmosphere Research Satellite in 1991. WINDII obtained global winds over the altitude range of 80–300 km, using airglow emission as a Doppler target. The same concept was proposed for the Stratospheric Wind Interferometer For Transport studies (SWIFT), destined for flight on the CSA Chinook mission. SWIFT was intended for measurement of winds in the altitude range of 20–45 km where the only available emission for Doppler measurement is thermal radiation from minor constituents. An ozone line at about 8.8 µm was adopted as the target. The challenge is to isolate this line from other lines in this complex spectrum to measure its phase with sufficient accuracy. The demands on the filter fabrication and the knowledge of its characteristics in flight, including thermal drifts, became a major consideration. Spatial Heterodyne Spectroscopy (SHS) also uses a Michelson interferometer but with the mirrors replaced by diffraction gratings; this produces a spatial interferogram across an imaging detector for a narrow spectral band. By using a longer path difference in one arm, as is done in DMI, in a configuration called DASH (Doppler Asymmetric Spatial Heterodyne), it is possible to measure the phases of each of these lines in the band separately, which significantly reduces the demands on filter fabrication and knowledge. A development model is now being implemented within the Centre for Research in Earth and Space Science at York University (CRESS); the concept is described and a report on progress is provided.

L'approche basée sur l'utilisation de l'interféromètre de Michelson à imagerie Doppler (DMI) développée pour la mesure du vent atmosphérique a été mise en service au départ dans le cadre du déploiement de l'interféromètre WINDII (WIND Imaging Interferometer) à bord du satellite UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) de la NASA lancé en 1991. WINDII a acquis des données sur les vents à l’échelle du globe à une altitude s’étendant de 80–300 km en utilisant l’émission de la luminescence atmosphérique comme cible Doppler. Ce même concept a été proposé pour les études SWIFT (Interféromètre des vents stratosphériques pour des études de transport), un interféromètre développé pour lancement dans le cadre de la mission Chinook de l'ASC. L'interféromètre SWIFT était conçu pour mesurer les vents à une altitude variant de 20–45 km, où la seule émission disponible pour la mesure Doppler est le rayonnement thermique à partir de constituants mineurs. Une ligne dans le spectre de l'ozone située à environ 8,8 µm a été adoptée comme cible. Le défi est d'isoler cette ligne des autres lignes dans ce spectre complexe afin de mesurer sa phase avec une précision suffisante, Dans ce contexte, les exigences de fabrication du filtre et la connaissance de ses caractéristiques en vol, dont les dérives thermiques, ont constitué un enjeu important. La spectroscopie hétérodyne spatiale (SHS) utilise aussi un interféromètre Michelson mais les miroirs sont remplacés par des réseaux de diffraction; ceci produit un interférogramme spatial à travers un détecteur imageur dans une bande spectrale étroite. En utilisant une différence de parcours plus longue dans l'un des bras, comme dans le cas du DMI, dans une configuration appelée DASH (Doppler Asymmetric Spatial Heterodyne), il est possible de mesurer les phases de chacune de ces lignes séparément dans la bande, ce qui réduit de façon significative les exigences quant à la fabrication et à la connaissance du filtre. Un modèle de développement est présentement en cours d’élaboration au CRESS (Centre for Research in Earth and Space Science) à l'Université York; on décrit le concept et on présente un rapport sur l'avancement des travaux.

[Traduit par la Rédaction]