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La femme qui nous a apporté le monde
Il y a un demi-siècle, Virginia Tower Norwood '47 a inventé le premier scanner multispectral pour imager la Terre depuis l'espace. Depuis, Landsat 1 et ses successeurs scrutent la planète en continu.
29 juin 2021
Michelle Groskopf
Si Virginia Tower Norwood avait écouté le conseiller d'orientation de son lycée, elle serait devenue bibliothécaire. Son test d'aptitude a montré une aisance remarquable avec les chiffres, et en 1943, il ne pouvait imaginer de meilleur moyen pour une jeune femme de mettre de telles compétences en pratique. Heureusement, Norwood n'a pas souffert du même manque d'imagination. Salutatorian de sa classe de lycée de Philadelphie, elle dévorait depuis longtemps des énigmes logiques et mettait à profit la règle à calcul que son père lui avait donnée à l'âge de neuf ans. Norwood a ignoré les conseils de son conseiller et a postulé au MIT.
Elle allait devenir une inventrice pionnière dans le nouveau domaine de la conception d'antennes micro-ondes. Elle a conçu l'émetteur pour une mission de reconnaissance sur la lune qui a ouvert la voie aux atterrissages d'Apollo. Et elle a conçu et dirigé le développement du premier scanner multispectral permettant d'imager la Terre depuis l'espace, le premier d'une série de scanners satellitaires qui imagent le monde en continu depuis près d'un demi-siècle.
Avec le recul, dit-elle, elle n'a jamais vraiment envisagé une carrière en bibliothéconomie : je ne sais pas épeler.
La meilleure école du monde
Virginia Tower Norwood à Greenwich pendant sa deuxième ou troisième année au MIT.
AVEC LA COURTOISIE DE VIRGINIE NORWOODLe MIT a organisé des cours toute l'année pendant la Seconde Guerre mondiale. Norwood est donc arrivée à Cambridge à l'été 1944, peu de temps après l'obtention de son diplôme d'études secondaires. L'ancien élève qui l'avait interviewée a admis qu'il n'avait jamais interviewé une femme auparavant (et lui a dit qu'elle était moins maladroite que les femmes du MIT qu'il avait connues), mais elle n'a pas été découragée lorsqu'elle s'est retrouvée parmi une douzaine seulement. femmes de sa classe. Le MIT n'avait alors pas de dortoirs pour femmes, alors elle a loué une chambre dans un appartement de Central Square, marchant jusqu'au campus les beaux jours ou prenant le tramway de Mass. Ave. pour un nickel par mauvais temps. Les femmes n'étaient autorisées à dîner dans les salles à manger des dortoirs qu'en tant qu'invitées des étudiants masculins; elle se nourrissait souvent de pain grillé et de tranches de tomates.
En tant que fille aînée d'un officier de l'armée, Norwood avait l'habitude de s'enraciner partout où elle se trouvait. Elle avait vécu au Panama (où elle avait vu le plus grand bateau du monde traverser le canal), en Oklahoma (où elle avait rejoint une troupe d'éclaireuses montées) et aux Bermudes. Lorsque les familles des militaires ont été renvoyées sur le continent après Pearl Harbor, elle avait fréquenté cinq lycées différents. Au MIT, elle a rapidement trouvé son chemin vers le seul espace féminin dédié de l'Institut, la salle Cheney - une suite comprenant une cuisine, un bureau avec quelques bureaux, trois lits, une douche, des casiers pour les livres et un grand et charmant salon. avec un piano à queue. Là, le petit contingent de femmes du MIT se réunissait pour parler, étudier et cuisiner.
Virginia Tower Norwood dans le rôle de Birdie dans une production du MIT Dramashop de Les petits renards .
AVEC LA COURTOISIE DE VIRGINIE NORWOODBien que choquée d'apprendre que presque tous ses camarades de classe avaient également été salutatorians ou majors de la promotion, elle était si bien préparée qu'elle a suivi cinq cours au lieu des quatre habituels pendant plusieurs semestres. Je n'ai pas travaillé ma première année environ, dit-elle. Écouter en classe et faire les p-sets était suffisant, laissant beaucoup de temps pour explorer Boston, se promener dans ses parcs et socialiser.
Comme les femmes étaient si rares, nous pouvions avoir un rendez-vous tous les soirs si nous le voulions, dit-elle, ajoutant qu'un camarade de classe se vantait d'être sorti avec pratiquement toutes les femmes de notre classe. Être dans ce qu'elle appelle une mer d'hommes a fait d'elle un shoo-in pour des rôles dans des productions Dramashop ( L'importance d'être sérieux et Les petits renards parmi eux). Mais cela pourrait aussi rendre la vie difficile; un professeur qui scannait régulièrement la salle de classe pendant qu'il donnait un cours trouverait inévitablement son regard se poser sur les jambes de Norwood, se secouerait et recommencerait son balayage de la pièce. Et les trois fois par semaine où les femmes étaient autorisées à nager dans la piscine du MIT, les hommes enfilaient à contrecœur des maillots de bain.
(Étrangement, les femmes de l'Institut pouvaient en quelque sorte être aussi invisibles qu'elles étaient visibles. Des années plus tard, Norwood rencontrait des anciens élèves de son époque qui affirmaient qu'ils n'avaient aucune idée que le MIT était une étudiante.)
Au cours de son quatrième mandat, Norwood s'est finalement retrouvée dans une classe qui n'est pas venue facilement. Après avoir lutté en physique et obtenu une note moyenne, elle a pris l'hiver 1946 et a appris la matière par elle-même en résolvant tous les problèmes du manuel. Elle est retournée au MIT ce printemps-là, partageant un appartement de deux chambres à Bexley Hall avec trois autres femmes, et a suivi tous les cours de troisième cycle au cours de ses quatre derniers semestres.
Je pense que j'ai reçu une très bonne formation en mathématiques et en physique, dit-elle. Elle a même eu la chance d'étudier avec le célèbre mathématicien Dirk Struik, qui n'enseignait pas normalement aux étudiants de premier cycle mais, pressé en service pour la physique de première année pendant la guerre, ouvrait le manuel et disait : Maintenant, qu'est-ce que le département de physique voudrait que j'enseigne ? vous aujourd'hui? Elle a également suivi avec lui un cours de lecture de niveau universitaire en géométrie analytique. Nous pensions que nous étions dans la meilleure école du monde, dit-elle. Et avoir un diplôme du MIT – un fait qui surprendrait de nombreux collègues – lui a donné confiance alors qu'elle se lançait dans une carrière dans laquelle les mathématiques et la physique étaient essentielles et les femmes rares.
Une recherche d'emploi affolante
Le lendemain de la fin de son baccalauréat en mathématiques, elle a épousé Larry Norwood, son professeur de calcul au troisième semestre et président du club de mathématiques du MIT, qui était alors étudiant diplômé à Yale. Il est rapidement devenu évident que peu d'employeurs potentiels embaucheraient une mathématicienne. Lors d'un entretien chez Sikorsky Aircraft, sa demande d'un salaire P1 - celui accordé au rang professionnel le plus bas de la fonction publique - a été accueillie avec incrédulité; l'entreprise n'avait jamais autant payé une femme. Lorsqu'on lui a demandé de promettre de ne pas tomber enceinte si elle était embauchée dans un laboratoire alimentaire, elle a retiré sa candidature. Au cours de trois entretiens à Remington, elle a exposé sa vision de la façon dont un mathématicien du personnel pourrait améliorer les opérations de la compagnie d'armes à feu. La responsable du recrutement les a appelés pour leur dire qu'elle les avait convaincus que c'était une idée brillante et qu'ils allaient chercher un homme pour occuper le poste. Norwood était sorti quand l'appel est arrivé; la gérante a transmis ses remerciements à son mari.
Une image capturée par Landsat 7 en 2001 des sables et des lits d'algues sculptés par les marées et les courants océaniques aux Bahamas.
USGS/NASA LANDSAT
Une image Landsat d'un réservoir en Ouzbékistan environ une semaine avant la rupture du mur ouest de son barrage en 2020, inondant les villages voisins et les terres agricoles.
USGS/NASA LANDSATDésespérée de trouver un revenu pour compléter le maigre salaire d'instructeur de son mari, elle a vendu des chemisiers dans un petit grand magasin de New Haven - un travail qu'elle est sûre qu'elle n'aurait pas obtenu si elle avait divulgué son diplôme du MIT. Norwood est restée stoïque pendant une formation approfondie sur la façon de lire un tableau de taxe de vente et s'est mise au défi en auditant des cours de mathématiques avancés à Yale. Et elle a enduré la vente de chemisiers à froufrous (elle préférait les vêtements sur mesure) jusqu'à ce qu'elle soit finalement embauchée pour enseigner l'arithmétique commerciale au Junior College of Commerce de New Haven.
Enseigner les mathématiques était un pas dans la bonne direction, mais la véritable carrière de Norwood n'a commencé que lorsqu'un ami de la famille l'a invitée à visiter les laboratoires de l'US Army Signal Corps dans le New Jersey. Quand elle et son mari se sont tous deux vu offrir des emplois dans son Evans Signal Lab en 1948, ils ont sauté sur l'occasion.
Suivre le vent
Affecté au groupe de radar météorologique du laboratoire alors que le radar commençait à être utilisé en météorologie, Norwood a été invité à développer un réflecteur radar pour les ballons météorologiques afin qu'ils puissent être utilisés pour suivre les vents à haute altitude.
Vous vous asseyez et réfléchissez à un problème, dit-elle, et les solutions vous viennent après un certain temps. Elle a atterri sur un design comportant des disques (peints en argent ou en tissu métallique) qui se croisaient pour créer une série de coins réfléchissants. L'appareil, suspendu à des émerillons de pêche, tournerait dans le vent, produisant un signal pulsé caractéristique qui pourrait être suivi par radar. Enfin, les météorologues pouvaient calculer avec précision la vitesse du vent au-dessus de 100 000 pieds, soit à peu près la hauteur à laquelle éclatent les ballons météorologiques. Et cet exploit a rendu possible pour la première fois la prévision météorologique à long terme. L'appareil, conçu par Norwood à l'âge de 22 ans, a ensuite été breveté.
Norwood au Storm Detector Radar Set aux US Army Signal Corps Labs et dessins du réflecteur radar breveté pour les ballons météorologiques qu'elle a conçu pour le Signal Corps. En 1966, l'arpenteur de la NASA (photo de droite) a renvoyé l'image à gauche d'une roche lunaire sur Terre sur l'émetteur de Norwood.
NASA?JPL (ROCHES); AVEC L'AUTORISATION DE VIRGINIA NORWOOD ; NASA/JPL (GÉOMÈTRE); NORWOOD VIA GOOGLE BREVETS (SCHEMAS)Peu de temps après avoir terminé ce projet, les membres du laboratoire discutaient de la conception de tours de télémétrie pour une gamme de tests de missiles en cours de développement à Cap Canaveral en Floride. Quelqu'un dans le laboratoire a dit : ' Oh, faisons-leur 300 mètres de haut. ' J'étais à la réunion et j'ai dit : ' Savez-vous quelle est la hauteur de la tour Eiffel ?', se souvient-elle, étonnée que son collègue propose arbitrairement des tours presque aussi hautes. la taille. L'une devait être construite à plusieurs centaines de kilomètres au large des côtes, et Norwood s'est rendu compte qu'une telle tour serait coûteuse à construire et vulnérable aux ouragans.
Pour déterminer exactement la hauteur des tours, Norwood avait besoin de données historiques sur le vent et la température. Plusieurs collègues masculins ont été envoyés à Washington, DC, pour l'obtenir, mais ils sont revenus les mains vides. Norwood est allée elle-même rencontrer la formidable Frances Whedon, la météorologue du US Signal Corps qui avait refusé de divulguer ses données. Il s'est avéré que Whedon avait obtenu un diplôme du MIT en météorologie en 1924. Elle avait été absolument brusque avec les hommes, mais elle m'a plu, dit Norwood, qui a rapidement obtenu l'autorisation de visiter les archives contenant les journaux météorologiques au crayon de Whedon.
Norwood a calculé que les tours ne devaient mesurer qu'environ 100 pieds de haut. Ils étaient déterminés à en fabriquer des de 1 000 pieds, dit-elle. Je suis allé prouver à travers des données qu'ils pouvaient s'entendre avec eux étant plus courts. Les tours ont été construites à la hauteur recommandée par Norwood et utilisées pour des essais de missiles dans les années 1950 et 1960.
Apprendre un métier
Bien qu'elle ait obtenu un brevet pour l'une de ses premières missions dans le radar météorologique, Norwood dit qu'elle a fait un travail plus important lorsqu'elle a rejoint le groupe des antennes. Le Signal Corps était intéressé par l'exploration de différents types d'antennes radar, en s'appuyant sur la technologie radar à micro-ondes développée au Radiation Lab du MIT qui s'était avérée utile pendant la Seconde Guerre mondiale. Au début des années 1950, le groupe d'antennes d'Evans était parmi les rares endroits pionniers dans le développement d'émetteurs et d'antennes qui utilisaient des micro-ondes à des longueurs d'onde de plus en plus courtes, et découvraient comment une telle technologie pouvait être appliquée. Dans ce groupe, Norwood obtiendrait un deuxième brevet pour une antenne de suivi nouvelle et longtemps classée. (Son alimentation n'avait pas à tourner pour suivre un signal entrant ; à la place, elle utilisait la polarisation pour identifier l'angle et la direction du signal.) . Comme le dit Norwood, j'ai appris un métier.
En 1953, elle et son mari sont allés en Californie, et elle a rapidement obtenu un emploi chez Sylvania Electronic Defence Labs et a mis en place sa gamme de test d'antenne, s'approvisionnant en équipement auprès de Bill Hewlett, SM '36 et Dave Packard. Environ un an plus tard, elle, son mari et sa petite fille ont déménagé à Los Angeles, où elle a rejoint le laboratoire d'antennes de Hughes Aircraft, devenant la seule femme parmi les quelque 2 700 hommes des laboratoires de R&D de l'entreprise. Elle est allée travailler pour Lester Van Atta, qui avait fait des recherches pionnières sur les radars au MIT Rad Lab au début de la guerre et dirigeait l'une des meilleures antennes du pays, explique Norwood. Nous avons construit des antennes très intéressantes, dont je peux vous parler de certaines.
Norwood, portant son Brass Rat, brandit une règle à calcul en 1963.
AVEC LA COURTOISIE DE VIRGINIE NORWOODDans l'un de ces projets désormais déclassifiés, elle a conçu une antenne pour un système qui identifie les amis et les ennemis. L'IFF, comme on l'appelle, doit capter un signal distinctif transmis par tous les avions américains pour empêcher les avions de guerre d'abattre l'un des leurs. Mais elle devait s'assurer que l'antenne IFF ne bloquerait pas une autre antenne plus grande montée derrière elle - une antenne de surveillance longue distance balayant l'horizon à la recherche d'avions ou de missiles ennemis. Hughes détient maintenant un brevet pour l'antenne dipôle en forme de S pliée qu'elle a inventée. Je suppose que ça a marché, dit-elle, en plaisantant à moitié. La technologie d'identification ami-ennemi est si vitale que le développement de ses composants a été cloisonné pour s'assurer que personne ne connaîtrait l'ensemble du système.
Gestion des micro-ondes (et des hommes)
En 1957, Norwood a été engagé pour diriger le groupe de micro-ondes du laboratoire de missiles de l'entreprise. Mais tout le monde n'était pas ravi de voir une femme monter dans les rangs à Hughes. En tant que première femme à rejoindre le personnel technique, elle s'était d'abord vu refuser un permis de stationnement pour son parking car seuls les hommes s'y garaient. Un collègue lui a dit un jour que les femmes, en particulier celles qui ont des enfants, ne devraient pas travailler dans les laboratoires. (Norwood ne partira que trois jours après la naissance du deuxième de ses trois enfants, en 1959.) Maintenant qu'elle était responsable des antennes micro-ondes et des circuits pour les missiles, un homme a démissionné en disant qu'il ne voulait pas travailler pour un femme - ou pour une entreprise assez stupide pour mettre une femme dans ce rôle. (Il est retourné à Hughes plusieurs années plus tard et a demandé à travailler dans le groupe de Norwood. Elle a dit non.)
Norwood avec des collègues de l'antenne Hughes en 1956; une antenne brevetée qu'elle a conçue ; avec Ethelwyn Pecora, l'épouse du champion Landsat William Pecora, après avoir remporté le prix Pecora en 1979 pour sa contribution à la compréhension de la Terre grâce à la télédétection.
AVEC LA COURTOISIE DE VIRGINIE NORWOODDans le laboratoire de missiles, elle et son groupe ont développé des antennes pour aider les missiles Falcon à se diriger vers leurs cibles. Norwood a également conçu l'émetteur et le récepteur micro-ondes du premier satellite de communication au monde. En 1963, Syncom 2 - abréviation de communication synchrone - a rendu possible le premier appel satellite bidirectionnel entre chefs d'État lorsque le président Kennedy à Washington a appelé le Premier ministre Abubakar Tafawa Balewa du Nigéria à bord d'un navire américain dans le port de Lagos. Un an plus tard, Syncom 3 a été utilisé pour diffuser les Jeux olympiques de Tokyo de 1964 aux États-Unis.
Envoi de données depuis la lune
Alors que la NASA se préparait à envoyer le premier homme sur la lune, elle avait besoin d'un appareil de reconnaissance capable de rendre compte de l'adéquation d'un site d'atterrissage proposé. Ils ne voulaient pas que l'homme tombe dans une fissure de la lune, se souvient Norwood.
Les appareils de reconnaissance précédents avaient renvoyé des images de leur approche de la lune, mais chacun s'était écrasé à l'atterrissage, les rendant inutiles pour examiner la surface. Il y a eu une grande dispute sur ce qui se trouvait sous la couche supérieure de la lune, qui était tout ce que nous avions vu, dit Norwood. Les gens avaient les idées les plus farfelues sur ce qui pouvait se trouver là-bas. La théorie selon laquelle il était fait de fromage vert était probablement l'une des plus logiques, dit-elle en riant ; certains pensaient même que la lune pourrait être une coquille creuse. La NASA n'a pas adhéré à ces théories, mais elle avait besoin d'un engin qui survivrait à l'atterrissage afin de pouvoir prendre des images à la surface, ramasser un échantillon de sol et l'analyser.
Alors qu'un autre groupe à Hughes s'attaquait au problème de la réalisation d'un atterrissage en douceur, le défi de s'assurer que l'atterrisseur, connu sous le nom de Surveyor, pouvait recevoir des commandes et renvoyer des images et des données sur Terre incombait à Norwood et à son groupe de micro-ondes. Ayant imaginé des moyens de placer de minuscules émetteurs et antennes légers entre les ailerons délicats des missiles, nous étions habitués à être très limités en termes d'espace et de poids, dit-elle. Nous étions donc les plus évidents à qui confier ce travail.
En fait, elle a elle-même conçu l'émetteur qui a renvoyé toutes les données de Surveyor vers la Terre. Elle a également supervisé la conception de l'antenne du système, qu'elle décrit comme une nouveauté complète à l'époque. Un réseau planaire peu encombrant au lieu de la parabole incurvée typique, il s'est replié de manière compacte pour le vol, puis s'est ouvert sur la lune. Il était attaché à un panneau solaire qui récoltait l'énergie pour faire fonctionner tous les systèmes d'atterrisseur lunaire.
Surveyor a été lancé le 31 mai 1966 et Norwood, qui avait alors déménagé dans ce qui allait devenir la division des systèmes spatiaux, se souvient avoir été à Hughes et avoir regardé des écrans avec un sous-flux montrant le centre de commande du Jet Propulsion Lab (JPL) lorsqu'il a atteint la lune le 2 juin. Un grand cri a retenti lorsque l'équipe du JPL a confirmé - grâce au matériel de communication que Norwood et son équipe avaient conçu - que Surveyor avait atterri intact. Lorsque les signaux que Surveyor a renvoyés sur l'émetteur de Norwood ont été décodés en données et en images, la NASA a pu confirmer que le site serait suffisamment dur et de niveau pour qu'un engin habité puisse atterrir.
Se préparer pour le gros plan de la Terre
Quelques mois après le lancement de Surveyor, Norwood avait commencé à réfléchir à un projet qui n'avait rien à voir avec l'armement ou l'exploration spatiale, un projet qui n'impliquerait pas la manipulation de données classifiées. Ce n'est pas amusant d'entrer dans une soi-disant chambre noire où vous deviez mettre votre travail dans un coffre-fort chaque fois que vous sortiez de la pièce, dit-elle.
Elle savait que la NASA et l'US Geological Survey parlaient de construire un satellite pour observer la Terre et surveiller ses ressources. Avec un satellite, vous pouvez atteindre les sommets des montagnes et tous les endroits que les géologues aimeraient connaître et pour lesquels ils n'avaient pas de données, dit-elle. La NASA prévoyait d'équiper le satellite de caméras vidicon à faisceau de retour (RBV) - des caméras de télévision similaires à celles utilisées pour les missions lunaires. L'idée était de capturer des images analogiques d'arrêt sur image de la Terre à l'aide de trois RBV avec différents filtres pour enregistrer les sections verte, rouge et proche infrarouge du spectre électromagnétique.
Mais Norwood pensait qu'un scanner multispectral (MSS) pourrait être plus utile. Un tel scanner serait capable de capturer à la fois la lumière visible et invisible et de la trier en plus de trois bandes spectrales, créant ainsi un trésor d'informations. Une bande, par exemple, permettrait l'étude de la qualité de l'eau ; un autre révélerait la vigueur des récoltes ; un troisième pourrait montrer une absorption de chlorophylle; d'autres pourraient être utilisés pour déterminer l'humidité du sol ou la densité du manteau neigeux.
En fait, les agronomes avaient déjà envoyé des spectromètres dans des avions pour collecter de telles données sur un échantillon de champs. Mais un scanner satellite collecterait des images en continu, permettant aux agronomes de surveiller précisément combien d'acres de cultures spécifiques poussaient, potentiellement n'importe où dans le monde. Les arboriculteurs pourraient repérer les premiers signes de maladie et de brûlure dans les arbres et prendre des mesures avant qu'ils ne se propagent. Ceux qui gèrent les barrages et les bassins versants auraient des flux réguliers de données sur l'humidité du sol et les inondations. Les responsables du recensement pouvaient suivre la rapidité avec laquelle les terres sauvages et agricoles s'urbanisaient, et les économistes pouvaient évaluer la prospérité économique relative des quartiers en comparant l'étendue de leurs espaces verts.
De plus, le scanner serait numérique. Ses détecteurs captureraient des pixels individuels, chacun représentant une zone à peu près de la taille d'un terrain de football. Ces pixels seraient enchaînés pour former des lignes de données qui pourraient ensuite être compilées pour former des images ligne par ligne. Les images numériques pourraient être analysées avec des ordinateurs et les données de différentes bandes spectrales pourraient être comparées, offrant beaucoup plus de précision que l'analyse visuelle d'images analogiques. Et cette capacité à analyser les données spectrales a permis d'identifier le matériau imagé. Par exemple, les champs de blé et de maïs se ressembleraient depuis l'espace, mais pourraient se distinguer par leurs signatures spectrales uniques. Les utilisations possibles d'un scanner multispectral semblaient infinies.
Norwood et le secrétaire au Travail James Hodgson discutent du fonctionnement du scanner multispectral de Landsat lors d'une conférence en 1972.
AVEC LA COURTOISIE DE VIRGINIE NORWOODNorwood a présenté son idée aux hauts gradés de Hughes et a reçu 100 000 $ pour développer un prototype à montrer à la NASA.
Elle a rencontré des utilisateurs potentiels pour déterminer les types de données dont ils avaient besoin et s'est concentrée sur les six bandes spectrales qui seraient les plus utiles. Puis elle s'est mise à concevoir un système capable d'imager efficacement ces bandes et de relayer les données vers la Terre.
La NASA avait déterminé que le satellite orbiterait autour des pôles à une hauteur de 500 miles nautiques. Alors qu'il se déplaçait du nord au sud pendant que la planète tournait sous lui, le scanner de Norwood devait enregistrer la lumière réfléchie par une bande diagonale de la Terre de 100 milles marins de large. À chaque orbite, la Terre aurait tourné et une nouvelle bande de 100 milles marins serait alignée pour le balayage. En 18 jours, la planète entière pourrait être scannée, puis tout le processus se répéterait. Le scanner serait toujours dans la même relation avec le soleil à chaque latitude, de sorte que l'éclairage serait cohérent lorsque les bandes seraient assemblées.
Norwood s'est rendu compte dès le départ que le scanner ne pouvait pas résister à l'usure des mouvements d'avant en arrière pour capturer la largeur de la bande. Elle a donc eu l'idée d'utiliser un miroir qui pivoterait d'avant en arrière pour y refléter la lumière. La lumière entrante serait filtrée dans les six bandes spectrales, puis dirigée vers des détecteurs séparés pour chaque bande. Pour suivre la vitesse de l'orbite, le scanner devait capturer six lignes à la fois, de sorte que chaque bande spectrale nécessitait six capteurs. Les données du capteur seraient numérisées et envoyées aux stations de réception au sol, où elles pourraient être décodées en images pour chaque bande spectrale ou combinées au besoin pour créer des images composites.
Norwood était catégorique sur le fait que le flux de données devait être numérique. La NASA avait de sérieuses réserves, doutant que les données MSS à six bits puissent produire des images de haute qualité. Mais elle savait qu'un signal analogique continu serait difficile à traiter avec précision. Le passage au numérique permettrait de calibrer très précisément les niveaux de photons de chaque capteur. Et vous voulez que ce soit précis, dit-elle : sinon, vous obtenez un gâchis rayé lorsque les données sont reconstruites en images. Elle a donc travaillé avec un collègue micro-onde chez Hughes pour trouver la meilleure façon de numériser les données du capteur. Au fur et à mesure que le MSS imaginait les États-Unis, les données seraient relayées aux stations terrestres américaines en temps réel; les images du reste du monde seraient stockées sur bande vidéo jusqu'à ce qu'elles puissent être transmises aux stations américaines. (Plus tard, des stations au sol seraient établies dans le monde entier.)
En fin de compte, les responsables de la NASA lui diront plus tard que les données MSS seraient les premières données transmises numériquement depuis l'espace. Et cela établirait la norme pour la future télédétection quantitative.
Pour créer la configuration du miroir pivotant, Norwood a fait appel à Web Howe, un inventeur résident de Hughes. Howe est revenu avec une conception ingénieuse tirant parti de la faible gravité dans l'espace ; le miroir pivotant oscillait d'avant en arrière lorsque ses bords cognaient contre les pare-chocs de chaque côté. En l'absence de forces externes sur le miroir - dans l'espace, il serait en apesanteur et ne rencontrerait aucune résistance de l'air - l'inertie maintiendrait le miroir en mouvement entre les pare-chocs à un rythme régulier de plus de 13 fois par seconde. Chaque fois qu'il oscillait dans un sens, les capteurs capturaient à partir de la lumière réfléchie six autres lignes de données pour chaque bande spectrale, suivant le rythme du satellite alors qu'il se déplaçait vers le sud. Et chaque fois que le miroir reculait, il captait la lumière d'une lampe d'étalonnage.
Norwood a compris l'éclat du design de Howe, mais elle a dû convaincre de nombreux opposants que cela fonctionnerait. Les gens de Hughes étaient principalement des gens de l'électronique, dit-elle. Et ils frissonnaient à l'idée de ce miroir mécanique.
Si certains à Hughes étaient sceptiques, de nombreux chercheurs de l'US Geological Survey et de la NASA étaient convaincus que le MSS ne pouvait pas fournir de données utiles. Ils connaissaient tous les caméras de télévision vidicon utilisées pour Surveyor et les premières missions Apollo et étaient habitués aux images analogiques plein format qu'ils capturaient. Ils ont hésité à l'idée de lancer un appareil mécanique non testé qui balayait ligne par ligne - et s'appuyait sur un miroir qui claquait, de toutes choses. Le débat sur le système qui devrait prévaloir a traîné en longueur pendant plus d'un an. Les cartographes comme moi étaient très méfiants à l'égard du scanner multispectral, dont nous ne pouvions pas croire qu'il aurait une intégrité géométrique, avouera plus tard le cartographe de l'USGS Alden Colvocoresses.
Les seuls qui étaient vraiment sceptiques que j'ai rencontrés ne comprenaient vraiment pas comment cela fonctionnait. Ils savaient qu'il y avait un miroir qui claquait, dit Norwood. Ils trouvaient juste que c'était trop grossier. Heureusement, ajoute-t-elle, elle n'a eu qu'à convaincre sa haute direction – et ils étaient tous des gens assez intelligents.
Lorsque la NASA a demandé une réduction de la taille, du poids et des besoins en énergie du scanner, Norwood et son équipe ont réduit la conception d'un scanner à six bandes à un à quatre bandes. Le prototype, qui mesurait 89 sur 59 sur 40 centimètres, avait un miroir ovale de 9 x 13 pouces (fait de béryllium pour qu'il puisse résister aux coups et ne se déforme pas ou ne vibre pas) et les pare-chocs controversés qui ont fait grincer des dents les ingénieurs . Il ne pesait que 48 kilogrammes, soit environ 105 livres.
Norwood a demandé aux chercheurs de charger une version maquette du scanner à l'arrière d'un camion. Cela ne représentait qu'un tas de boîtes, dit-elle. Nous pouvions utiliser tout le poids que nous voulions. Ils ont parcouru la Californie, scannant Half Dome, la vallée de Yosemite et la ligne d'horizon de San Francisco. Après avoir travaillé si longtemps sur les spécifications, Norwood n'a pas été surpris par la haute qualité des images de test.
Une version de test du scanner multispectral de Norwood a capturé cette image en fausses couleurs de Half Dome depuis un camion deux mois avant le lancement de Landsat 1.
AVEC LA COURTOISIE DE LA NASALa NASA a mis fin au débat RBV contre MSS en décidant d'inclure les deux sur le satellite. Il n'y avait ni temps ni argent pour transformer le prototype de Norwood en un produit final raffiné, c'est donc le prototype lui-même qui a été utilisé. Comme le dit sa fille, Naomi Norwood, Personne ne s'attendait à ce que ça marche sauf ma mère et quelques autres personnes qui y ont travaillé. La plupart des gens supposaient que les vidicons seraient précieux ; le scanner était considéré comme expérimental. La personne moyenne ne réalise pas à quel point une caméra de télévision produit une image déformée, dit Norwood. Nous voulions une précision scientifique.
Une première époustouflante
Le 23 juillet 1972, Norwood s'est assise avec son mari et son fils cadet dans les gradins de la base aérienne de Vandenberg en Californie alors que le satellite technologique Earth Resources (qui serait plus tard renommé Landsat 1) était lancé avec son prototype MSS à bord. Je n'avais jamais vu un lancement de fusée en personne, dit-elle. C'était excitant.
Deux jours plus tard, des chercheurs se sont réunis au Goddard Space Flight Center de la NASA pour voir les premières données MSS traduites en images. Lorsque des scènes de nuages ont cédé la place à des images de terre ondulées, un technicien s'est plaint du terrible motif de moiré. Mais bientôt, ils se sont rendu compte que l'image était celle des montagnes Ouachita dans l'Oklahoma, les lignes ondulées représentant avec précision les plis de la chaîne. Un géologue a eu les larmes aux yeux. J'avais tellement tort à ce sujet, a admis un autre, qui avait été un sceptique MSS. Je ne vais pas manger de corbeau. Pas assez grand. Je vais manger du corbeau.
Onze jours après le lancement, une surtension massive sur le satellite a mis hors service l'un des deux magnétoscopes stockant les images RBV et les données MSS recueillies alors que le satellite était hors de portée des stations terrestres américaines. Trois jours plus tard, une deuxième surtension liée aux RBV a secoué le satellite, le faisant pointer loin de la Terre, menaçant la mission. Le satellite s'est redressé après que les RBV aient été éteints, et les ingénieurs ont tranquillement décidé de les laisser éteints pour de bon. Les données que le MSS de Norwood renvoyait sur Terre - numériquement - produisaient des images incroyablement claires et nettes.
J'allais à des réunions et les gens sautaient de joie parce qu'ils avaient découvert une autre utilisation des données, dit-elle. Et pas seulement les scientifiques : pendant des années, n'importe qui dans le monde pouvait acheter une image Landsat de n'importe quel endroit sur Terre pour seulement 1,25 $. L'accès aux images et les prix ont changé au fil des décennies, mais en 2009, tous Images Landsat est devenu disponible gratuitement.
Image Landsat du mont St. Helens après son éruption en 1980. Et Norwood, 94 ans, fait un décompte quotidien des espèces d'oiseaux.
MICHELLE GROSKOPF (NORWOOD); USGS/NASA LANDSATNorwood a été impliqué dans les quatre prochaines versions de Landsat, lancées en 1975, 1978, 1982 et 1984; Les Landsats 4 et 5 ont piloté non seulement des versions de son MSS à quatre bandes, mais également sa conception originale. (Appelé le mappeur thématique, il a scanné six bandes spectrales comme elle l'avait initialement envisagé, plus une de plus.) En 1977, elle est passée au groupe des systèmes électro-optiques à Hughes, où elle a été scientifique principale, puis ingénieure de laboratoire. , travaillant sur la conception de grandes antennes actives pour l'espace et d'autres projets gouvernementaux hautement classifiés.
À sa retraite en 1989, Norwood a commencé à collectionner et à restaurer des horloges anciennes, usinant souvent ses propres pièces pour faire le travail. Elle continue de se livrer à un enthousiasme de toute une vie pour les voitures de sport (bien que son permis ait expiré pendant la pandémie, elle dit que sa Mazda Miata à six vitesses bleu argenté se comporte mieux que ses précédentes Jaguars, MG et Alfas), et elle est devenue une ornithologue passionnée. , envoyant chaque matin par e-mail à sa fille le décompte quotidien des espèces dans son jardin (elle en a déjà compté 18).
Pendant ce temps, le programme de numérisation Landsat qu'elle a donné vie garde un œil sur le monde depuis 1972. Les scanners ont continué d'évoluer au fil des ans, et Landsat 8, qui a été lancé en 2013, présente la conception en balai-poussoir qu'elle avait voulait construire à l'origine. Ses détecteurs sont disposés sur la bande en cours d'imagerie, échantillonnant chaque ligne au fur et à mesure que le satellite se déplace sur son orbite, sans miroir requis. Cela aurait été mon premier choix, ce design, dit-elle. En fait, j'en ai configuré un. Mais nous n'avions pas les détecteurs - cela prend des milliers de détecteurs sans lacunes. Landsat 9 devrait être lancé en septembre 2021.
L'impact de Landsat a été bien plus important que quiconque aurait pu l'imaginer en 1972. En plus de jouer un rôle clé dans l'avènement de l'ère de l'imagerie numérique, ses scanners ont relaté la quasi-disparition de la mer d'Aral entre le Kazakhstan et l'Ouzbékistan, un lac qui était le plus grand lac du monde. quatrième plus grand avant que deux de ses rivières nourricières ne soient détournées à des fins agricoles. Les images de Landsat des incendies du parc Yellowstone en 1988 ont considérablement amélioré notre compréhension de la science des incendies. Il a aussi documenté des choses telles que le recul des glaciers, la croissance époustouflante de Pékin et l'éruption du mont St. Helens en 1980.
Norwood, qui a remporté cette année un prix pour l'ensemble de ses réalisations de l'American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, est particulièrement heureux que Landsat ait pu photographier des parties du monde qui n'avaient jamais été capturées auparavant. Mais son image Landsat préférée a une signification plus personnelle. J'aime bien celui qui a ma maison, dit-elle. Capturé par le Landsat original lors de l'un de ses premiers passages au-dessus de LA en 1972, il est maintenant suspendu dans un couloir de sa maison. Il présente une image nette de LA et d'un morceau du Pacifique, sa propre maison modeste cachée parmi les contours des montagnes de Santa Monica.