211service.com
De vrouw die ons de wereld bracht
Een halve eeuw geleden vond Virginia Tower Norwood '47 de eerste multispectrale scanner uit om de aarde vanuit de ruimte in beeld te brengen. Landsat 1 en zijn opvolgers hebben sindsdien de planeet continu gescand.
29 juni 2021
Michelle Groskopf
Als Virginia Tower Norwood naar haar studieadviseur op de middelbare school had geluisterd, zou ze bibliothecaris zijn geworden. Haar proeve van bekwaamheid toonde een opmerkelijke vaardigheid met cijfers, en in 1943 kon hij geen betere manier bedenken waarop een jonge vrouw zulke vaardigheden kon gebruiken. Gelukkig leed Norwood niet aan hetzelfde gebrek aan verbeeldingskracht. Als salutatorian van haar middelbare schoolklas in Philadelphia, verslond ze al lang logische puzzels en gebruikte ze de rekenliniaal die haar vader haar op negenjarige leeftijd had gegeven. Norwood negeerde het advies van haar adviseur en solliciteerde bij MIT.
Ze zou een baanbrekende uitvinder worden op het nieuwe gebied van het ontwerpen van microgolfantenne. Ze ontwierp de zender voor een verkenningsmissie naar de maan die de weg vrijmaakte voor de Apollo-landingen. En ze bedacht en leidde de ontwikkeling van de eerste multispectrale scanner om de aarde vanuit de ruimte in beeld te brengen - de eerste in een reeks op satellieten gebaseerde scanners die al bijna een halve eeuw continu de wereld in beeld brengen.
Terugkijkend, zegt ze, heeft ze nooit echt een carrière in de bibliotheekwetenschap overwogen: ik kan niet spellen.
De beste school ter wereld
Virginia Tower Norwood in Greenwich tijdens haar tweede of derde jaar aan het MIT.
MET DANK AAN VIRGINIA NOWOODMIT hield het hele jaar door lessen tijdens de Tweede Wereldoorlog, dus Norwood arriveerde in de zomer van 1944 in Cambridge, kort na haar middelbare schooldiploma. De alumnus die haar had geïnterviewd, gaf toe dat hij nog nooit een vrouw had geïnterviewd (en vertelde haar dat ze minder sullig was dan de MIT-vrouwen die hij had gekend), maar ze liet zich niet afschrikken toen ze merkte dat ze een van de slechts een dozijn was. vrouwen in haar klas. MIT had toen geen slaapzalen voor vrouwen, dus huurde ze een kamer in een appartement op Central Square, op mooie dagen lopend naar de campus of bij slecht weer de tram van Mass. Ave. voor een stuiver. Vrouwen mochten alleen dineren in de eetzalen van de slaapzaal als gasten van mannelijke studenten; ze leefde vaak van toast en gesneden tomaten.
Als oudste dochter van een legerofficier was Norwood bedreven in het neerzetten van wortels waar ze zich ook bevond. Ze had in Panama gewoond (waar ze 's werelds grootste boot door het kanaal had zien varen), in Oklahoma (waar ze zich had aangesloten bij een groep padvinders te paard) en in Bermuda. Toen militaire families na Pearl Harbor terug naar het vasteland werden gestuurd, had ze vijf verschillende middelbare scholen bezocht. Aan het MIT vond ze snel haar weg naar de enige speciale ruimte voor vrouwen van het Instituut, de Cheney Room - een suite met een keuken, een kantoor met een paar bureaus, drie bedden, een douche, kluisjes voor boeken en een grote, mooie woonkamer met een vleugel. Daar zou het kleine contingent van MIT-vrouwen samenkomen om te praten, studeren en koken.
Virginia Tower Norwood als Birdie in een MIT Dramashop-productie van De kleine vossen .
MET DANK AAN VIRGINIA NOWOODHoewel ze geschokt was toen ze hoorde dat bijna al haar klasgenoten ook groeten of afscheids waren, was ze zo goed voorbereid dat ze vijf vakken volgde in plaats van de gebruikelijke vier voor meerdere semesters. Ik heb het eerste jaar of zo niet gewerkt, zegt ze. Luisteren in de klas en de p-sets doen was voldoende, zodat er voldoende tijd over was om Boston te verkennen, door de parken te dwalen en een praatje te maken.
Omdat er zo weinig vrouwen waren, konden we elke avond een date hebben als we dat wilden, zegt ze, eraan toevoegend dat een klasgenoot er trots op was dat hij met vrijwel elke vrouw in onze klas uitging. Omdat ze deel uitmaakte van wat ze een zee van mannen noemt, was ze een shoo-in voor rollen in Dramashop-producties ( The Importance of Being Earnest en De kleine vossen onder hen). Maar het kan het leven ook ongemakkelijk maken; een professor die routinematig het klaslokaal afspeurde terwijl hij een lezing gaf, zou onvermijdelijk merken dat zijn blik op de benen van Norwood viel, schudde zichzelf en begon opnieuw door de kamer te dwalen. En de drie keer per week dat vrouwen mochten zwemmen in het zwembad van MIT, trokken mannen met tegenzin badpakken aan.
(Vreemd genoeg konden vrouwen aan het Instituut op de een of andere manier even onzichtbaar als opvallend zijn. Jaren later zou Norwood alumni uit haar tijd tegenkomen die beweerden dat ze geen idee hadden dat MIT student was.)
In haar vierde termijn bevond Norwood zich eindelijk in een klas die niet gemakkelijk was. Nadat ze had geworsteld met natuurkunde en een gemiddeld cijfer had behaald, nam ze de winter van 1946 vrij en leerde zichzelf de stof door elk probleem in het leerboek door te nemen. Ze keerde dat voorjaar terug naar het MIT, deelde een appartement met twee slaapkamers in Bexley Hall met drie andere vrouwen, en volgde alle masterclasses van haar laatste vier semesters.
Ik denk dat ik een heel goede opleiding heb gehad in wiskunde en natuurkunde, zegt ze. Ze kreeg zelfs de kans om te studeren bij de beroemde wiskundige Dirk Struik, die normaal gesproken geen les gaf aan studenten, maar toen hij tijdens de oorlog in dienst werd genomen voor eerstejaars natuurkunde, sloeg hij het leerboek open en zei: Wat zou de natuurkundeafdeling willen dat ik lesgeef? jij vandaag? Ze volgde bij hem ook een leescursus analytische meetkunde op universitair niveau. We dachten dat we op de beste school ter wereld zaten, zegt ze. En het hebben van een MIT-diploma - een feit dat veel collega's zou verbazen - gaf haar vertrouwen toen ze een carrière uitbouwde waarin wiskunde en natuurkunde essentieel waren en vrouwen een zeldzaamheid waren.
Een gekmakende zoektocht naar een baan
De dag nadat ze haar bachelor in wiskunde had afgerond, trouwde ze met Larry Norwood, haar wiskundeleraar in het derde semester en voorzitter van de wiskundeclub van MIT, die toen een afgestudeerde student aan Yale was. Het werd al snel duidelijk dat maar weinig potentiële werkgevers een vrouwelijke wiskundige zouden inhuren. Tijdens een interview bij Sikorsky Aircraft werd haar verzoek om een P1-salaris - dat kan worden toegekend aan de laagste professionele rang in het ambtenarenapparaat - met ongeloof beantwoord; het bedrijf had nog nooit zo veel betaald aan een vrouw. Gevraagd om te beloven niet zwanger te worden als ze wordt aangenomen bij een voedsellab, trok ze haar aanvraag in. Tijdens drie interviews bij Remington schetste ze haar visie op hoe een stafwiskundige de activiteiten van het wapenbedrijf zou kunnen verbeteren. De personeelsmanager belde om te zeggen dat ze hen ervan had overtuigd dat het een briljant idee was - en dat ze op zoek zouden gaan naar een man om de functie te vervullen. Norwood was uit toen het telefoontje binnenkwam; de manager bracht zijn dank over aan haar man.
Een door Landsat 7 vastgelegd beeld uit 2001 van de zand- en zeewierbodems gevormd door getijden en oceaanstromingen in de Bahama's.
USGS/NASA LANDSAT
Een Landsat-afbeelding van een stuwmeer in Oezbekistan, ongeveer een week voordat de westelijke muur van de dam in 2020 brak, waardoor naburige dorpen en landbouwgrond onder water kwamen te staan.
USGS/NASA LANDSATWanhopig op zoek naar wat inkomen om het schamele instructeursloon van haar man aan te vullen, verkocht ze blouses in een klein warenhuis in New Haven - een baan die ze zeker niet zou hebben gekregen als ze haar MIT-diploma had bekendgemaakt. Norwood bleef stoïcijns tijdens uitgebreide training in het lezen van een btw-tabel en daagde zichzelf uit door geavanceerde wiskundelessen bij Yale te controleren. En ze verdroeg het verkopen van blouses met stroken (ze gaf de voorkeur aan op maat gemaakte kleding) totdat ze uiteindelijk werd aangenomen om bedrijfsrekenkunde te doceren aan het Junior College of Commerce in New Haven.
Wiskundeles geven was een stap in de goede richting, maar Norwoods echte carrière begon pas toen een familievriend haar uitnodigde voor een bezoek aan de US Army Signal Corps Laboratories in New Jersey. Toen zij en haar man in 1948 allebei een baan aangeboden kregen bij het Evans Signal Lab, grepen ze die kans.
De wind volgen
Toegewezen aan de weerradargroep van het laboratorium, net toen radar begon te worden gebruikt in de meteorologie, werd Norwood gevraagd om een radarreflector voor weerballonnen te ontwikkelen, zodat ze konden worden gebruikt om wind op grote hoogte te volgen.
Je zit en denkt na over een probleem, zegt ze, en de oplossingen komen na een tijdje naar je toe. Ze kwam terecht op een ontwerp met schijven (zilver geverfd of gemaakt van metallic stof) die elkaar kruisten om een reeks reflecterende hoeken te creëren. Het apparaat, opgehangen aan viswartels, zou in de wind draaien en een karakteristiek pulserend signaal produceren dat door radar kon worden gevolgd. Eindelijk konden meteorologen de windsnelheid boven 100.000 voet nauwkeurig berekenen - ongeveer de hoogte waarop weerballonnen barsten. En deze prestatie maakte voor het eerst weersvoorspelling op lange termijn mogelijk. Het apparaat, dat Norwood op 22-jarige leeftijd ontwierp, werd later gepatenteerd.
Norwood bij de Storm Detector Radar Set bij de US Army Signal Corps Labs en tekeningen van de gepatenteerde radarreflector voor weerballonnen die ze ontwierp voor het Signal Corps. In 1966 stuurde NASA's Surveyor (rechter foto) het beeld links van een maansteen terug naar de aarde op de zender van Norwood.
NASA?JPL (ROTSEN); MET DANK AAN VIRGINIA NOWOOD; NASA/JPL (OVERZICHT); NOWOOD VIA GOOGLE PATENTEN (DIAGRAMMEN)Niet lang nadat ze dat project had voltooid, bespraken laboratoriumleden hoe telemetrietorens konden worden ontworpen voor een rakettestbereik dat wordt ontwikkeld op Cape Canaveral in Florida. Iemand in het laboratorium zei: 'O, laten we ze 300 meter lang maken.' Ik was in de vergadering en ik zei: 'Weet je hoe hoog de Eiffeltoren is?' herinnert ze zich, verbaasd dat haar collega willekeurig torens voorstelde die bijna zo hoog waren. hoogte. Een ervan zou honderden kilometers uit de kust worden gebouwd, en Norwood realiseerde zich dat zo'n toren duur zou zijn om te bouwen en kwetsbaar voor orkanen.
Om erachter te komen hoe hoog de torens precies moesten zijn, had Norwood historische wind- en temperatuurgegevens nodig. Verschillende mannelijke collega's werden naar Washington DC gestuurd om het te halen, maar ze kwamen met lege handen terug. Norwood ging zelf op pad en ontmoette de formidabele Frances Whedon, de meteoroloog van het US Signal Corps die had geweigerd haar gegevens vrij te geven. Het bleek dat Whedon in 1924 een MIT-graad in meteorologie had behaald. Ze was absoluut brutaal geweest tegen de mannen, maar ze schold me uit, zegt Norwood, die snel toestemming kreeg om de archieven te bezoeken met Whedons met potlood geschreven weerlogboeken.
Norwood berekende dat de torens slechts ongeveer 30 meter hoog moesten zijn. Ze waren vastbesloten om die van 300 voet te maken, zegt ze. Ik ging over het bewijzen door middel van gegevens dat ze konden opschieten als ze korter waren. De torens werden gebouwd op de aanbevolen hoogte van Norwood en werden in de jaren vijftig en zestig gebruikt voor rakettests.
Een vak leren
Ondanks dat ze een patent verdiende voor een van haar eerste opdrachten in weerradar, zegt Norwood dat ze belangrijker werk deed toen ze bij de antennegroep ging werken. Het Signal Corps was geïnteresseerd in het verkennen van verschillende soorten radarantennes, voortbouwend op microgolfradartechnologie die was ontwikkeld in het Radiation Lab van MIT en die tijdens de Tweede Wereldoorlog nuttig was gebleken. In het begin van de jaren vijftig was de antennegroep in Evans een van de weinige plaatsen die pionierde in de ontwikkeling van zenders en antennes die microgolven op steeds kortere golflengten gebruikten, en die uitvonden hoe dergelijke technologie kon worden toegepast. In die groep zou Norwood een tweede patent verdienen voor een nieuwe - en lang geclassificeerde - volgantenne. (De voeding hoefde niet te roteren om een binnenkomend signaal te volgen; in plaats daarvan gebruikte het polarisatie om de hoek en richting van het signaal te identificeren.) En als onderdeel van de antennegroep, zo bleek, zou het van onschatbare waarde blijken te zijn naarmate het veld van microgolfantennes groeide . Zoals Norwood zegt, ik heb een vak geleerd.
In 1953 gingen zij en haar man naar Californië, en ze kreeg al snel een baan bij Sylvania Electronic Defense Labs en zette zijn antennetestreeks op, waarbij ze apparatuur kocht van Bill Hewlett, SM '36 en Dave Packard. Ongeveer een jaar later verhuisden zij en haar man en dochtertje naar Los Angeles, waar ze zich aansloot bij het antennelab van Hughes Aircraft en de enige vrouw werd onder de ongeveer 2.700 mannen in de R&D-labs van het bedrijf. Ze ging werken voor Lester Van Atta, die in de begindagen van de oorlog baanbrekend radaronderzoek had gedaan in het MIT Rad Lab en een van de beste antenne-outfits van het land had gerund, zegt Norwood. We hebben een aantal zeer interessante antennes gebouwd, waarvan ik er enkele kan vertellen.
Norwood, gekleed in haar Brass Rat, hanteert een rekenliniaal in 1963.
MET DANK AAN VIRGINIA NOWOODIn een van die nu vrijgegeven projecten ontwierp ze een antenne voor een systeem dat vrienden en vijanden identificeert. De IFF, zoals het bekend staat, moet een onderscheidend signaal opvangen dat door alle Amerikaanse vliegtuigen wordt uitgezonden om te voorkomen dat gevechtsvliegtuigen een van hun eigen vliegtuigen neerschieten. Maar ze moest ervoor zorgen dat de IFF-antenne geen andere, grotere antenne blokkeerde die erachter was gemonteerd - een bewakingsantenne voor lange afstanden die de horizon aftast op vijandige vliegtuigen of raketten. Hughes heeft nu een patent op de gevouwen S-vormige dipoolantenne die ze bedacht. Ik denk dat het werkte, zegt ze, maar een grapje. De technologie voor identificatie van vriend of vijand is zo belangrijk dat de ontwikkeling van de componenten ervan werd opgesplitst om ervoor te zorgen dat niemand het hele systeem zou kennen.
Magnetrons beheren (en mannen)
In 1957 werd Norwood aangetrokken om de microgolfgroep voor het raketlab van het bedrijf te leiden. Maar niet iedereen was blij een vrouw in de gelederen van Hughes te zien opklimmen. Als eerste vrouw die zich bij de technische staf voegde, werd haar aanvankelijk een parkeervergunning voor haar parkeerplaats geweigerd, omdat daar alleen mannen parkeerden. Een collega vertelde haar eens dat vrouwen - vooral die met kinderen - niet in de laboratoria zouden moeten werken. (Norwood zou slechts drie dagen van start gaan toen de tweede van haar drie kinderen werd geboren, in 1959.) Nu ze de leiding had over microgolfantennes en circuits voor raketten, stopte een man en zei dat hij niet wilde werken voor een vrouw - of voor een bedrijf dat dom genoeg is om een vrouw in die rol te plaatsen. (Hij keerde enkele jaren later terug naar Hughes en vroeg om in de groep van Norwood te werken. Ze zei nee.)
Norwood met Hughes antenne collega's in 1956; een gepatenteerde antenne die ze ontwierp; met Ethelwyn Pecora, de vrouw van Landsat-kampioen William Pecora, na het winnen van de Pecora-prijs in 1979 voor haar bijdrage aan het begrijpen van de aarde door middel van teledetectie.
MET DANK AAN VIRGINIA NOWOODIn het raketlab ontwikkelden zij en haar groep antennes om de Falcon-raketten te helpen hun doelen te bereiken. Norwood ontwierp ook de zender en microgolfontvanger voor 's werelds eerste communicatiesatelliet. In 1963 maakte Syncom 2 - een afkorting van synchrone communicatie - de eerste tweerichtingssatellietverbinding tussen staatshoofden mogelijk toen president Kennedy in Washington premier Abubakar Tafawa Balewa van Nigeria belde aan boord van een Amerikaans schip in de haven van Lagos. Een jaar later werd Syncom 3 gebruikt om de Olympische Spelen van 1964 in Tokio uit te zenden naar de VS.
Gegevens verzenden vanaf de maan
Terwijl NASA zich opmaakte om de eerste man naar de maan te sturen, had het een verkenningsapparaat nodig dat kon rapporteren over de geschiktheid van een voorgestelde landingsplaats. Ze wilden niet dat de man in een spleet in de maan zou vallen, herinnert Norwood zich.
Eerdere verkenningsapparaten hadden beelden teruggestuurd van hun nadering naar de maan, maar ze waren allemaal bij de landing neergestort, waardoor ze onbruikbaar waren voor het onderzoeken van het oppervlak. Er was een grote discussie over wat zich onder de bovenste maanlaag bevond, en dat was alles wat we hadden gezien, zegt Norwood. Mensen hadden de meest bizarre ideeën over wat daar beneden zou kunnen zijn. De theorie dat het gemaakt was van groene kaas was waarschijnlijk een van de meest logische, zegt ze lachend; sommigen dachten zelfs dat de maan een holle schil zou kunnen zijn. NASA geloofde niet in die theorieën, maar het had een vaartuig nodig dat de landing zou overleven, zodat het beelden aan de oppervlakte kon maken, een grondmonster kon opscheppen en het kon analyseren.
Terwijl een andere groep bij Hughes het probleem van het bereiken van een zachte landing aanpakte, viel de uitdaging om ervoor te zorgen dat de lander, bekend als Surveyor, opdrachten kon ontvangen en beelden en gegevens terug naar de aarde kon sturen, voor Norwood en haar microgolfgroep. Nadat we manieren hadden bedacht om kleine, lichtgewicht zenders en antennes tussen de delicate vinnen van raketten te stoppen, waren we gewend om erg beperkt te zijn in ruimte en gewicht, zegt ze. Dus wij waren de voor de hand liggende om die taak aan te geven.
In feite ontwierp ze zelf de zender die alle gegevens van de Surveyor terugstuurde naar de aarde. Ze hield ook toezicht op het ontwerp van de antenne van het systeem, dat ze destijds als een complete noviteit omschreef. Een ruimtebesparende planar array in plaats van de typische gebogen parabool, compact opgevouwen voor de vlucht en vervolgens geopend op de maan. Het was bevestigd aan een zonnepaneel dat de energie verzamelde om alle maanlandersystemen te laten werken.
Surveyor werd gelanceerd op 31 mei 1966, en Norwood, die tegen die tijd was verhuisd naar wat de divisie ruimtesystemen zou worden, herinnert zich dat hij in Hughes was en naar schermen keek met een subfeed die het commandocentrum van het Jet Propulsion Lab (JPL) liet zien toen het bereikte de maan op 2 juni. Er klonk een luid geschreeuw toen het JPL-team bevestigde - dankzij de communicatieapparatuur die Norwood en haar team hadden ontworpen - dat Surveyor intact was geland. Toen de signalen die Surveyor terugstuurde over de zender van Norwood werden gedecodeerd in gegevens en afbeeldingen, kon NASA bevestigen dat de locatie hard en vlak genoeg zou zijn voor een bemand vaartuig om te landen.
Voorbereiden op de close-up van de aarde
Binnen enkele maanden na de lancering van Surveyor begon Norwood na te denken over een project dat niets te maken had met wapens of ruimteverkenning - een project waarbij geen geheime gegevens werden verwerkt. Het is niet leuk om een zogenaamde zwarte kamer binnen te gaan waar je elke keer dat je de kamer uitliep je werk in een kluis moest stoppen, zegt ze.
Ze wist dat NASA en de US Geological Survey het hadden over het bouwen van een satelliet om de aarde te observeren en haar hulpbronnen te bewaken. Met een satelliet kun je bergtoppen bereiken en alle plaatsen waar de geologen graag meer over zouden willen weten en waar ze geen gegevens van hadden, zegt ze. NASA was van plan de satelliet uit te rusten met Return Beam Vidicon (RBV)-camera's - televisiecamera's die vergelijkbaar zijn met de camera's die worden gebruikt voor de maanmissies. Het idee was om stilstaande analoge beelden van de aarde vast te leggen met behulp van drie RBV's met verschillende filters om de groene, rode en nabij-infrarode delen van het elektromagnetische spectrum vast te leggen.
Maar Norwood dacht dat een multispectrale scanner (MSS) nuttiger zou kunnen zijn. Zo'n scanner zou in staat zijn om zowel zichtbaar als onzichtbaar licht te vangen en het te sorteren in meer dan slechts drie spectrale banden, waardoor een schat aan informatie ontstaat. Eén band zou bijvoorbeeld de studie van de waterkwaliteit mogelijk maken; een ander zou de kracht van gewassen onthullen; een derde zou chlorofylabsorptie kunnen vertonen; andere kunnen worden gebruikt om het bodemvocht of de dichtheid van een sneeuwlaag te bepalen.
In feite hadden landbouwkundigen al spectrometers in vliegtuigen gestuurd om dergelijke gegevens te verzamelen over een steekproef van velden. Maar een satellietscanner zou continu beelden verzamelen, zodat agronomen precies kunnen volgen hoeveel hectares specifieke gewassen er groeiden, mogelijk overal ter wereld. Boomverzorgers konden vroege tekenen van ziekte en bacterievuur in bomen opmerken en actie ondernemen voordat ze zich verspreiden. Degenen die dammen en stroomgebieden beheren, zouden regelmatig gegevens over bodemvocht en overstromingen krijgen. Censusmanagers konden bijhouden hoe snel wilde en landbouwgrond verstedelijkt, en economen konden de relatieve economische welvaart van buurten meten door de omvang van hun groene ruimte te vergelijken.
Bovendien zou de scanner digitaal zijn. De detectoren zouden individuele pixels vastleggen, die elk een gebied vertegenwoordigen dat ongeveer zo groot is als een voetbalveld. Die pixels zouden aan elkaar worden geregen om lijnen met gegevens te vormen die vervolgens kunnen worden gecompileerd om regel voor regel afbeeldingen te vormen. Digitale beelden kunnen met computers worden geanalyseerd en gegevens van verschillende spectrale banden kunnen worden vergeleken, wat veel nauwkeuriger is dan visuele analyse van analoge beelden. En dat vermogen om spectrale gegevens te analyseren, maakte het mogelijk om het materiaal dat wordt afgebeeld te identificeren. Velden met tarwe en maïs zouden er bijvoorbeeld hetzelfde uitzien vanuit de ruimte, maar zouden kunnen worden onderscheiden door hun unieke spectrale handtekeningen. De mogelijke toepassingen van een multispectrale scanner leken eindeloos.
Norwood en minister van Arbeid James Hodgson bespreken op een conferentie in 1972 hoe de multispectrale scanner van Landsat werkt.
MET DANK AAN VIRGINIA NOWOODNorwood presenteerde haar idee aan de top van Hughes en kreeg 100.000 dollar om een prototype te ontwikkelen om NASA te laten zien.
Ze ontmoette potentiële gebruikers om erachter te komen wat voor soort gegevens ze nodig hadden, en richtte zich op de zes spectrale banden die het nuttigst zouden zijn. Daarna begon ze een systeem te ontwerpen dat deze banden efficiënt in beeld kon brengen en de gegevens terug naar de aarde kon sturen.
NASA had vastgesteld dat de satelliet op een hoogte van 500 zeemijl rond de polen zou draaien. Terwijl het van noord naar zuid reisde terwijl de planeet eronder draaide, zou de scanner van Norwood het licht moeten registreren dat wordt gereflecteerd door een diagonale strook aarde van 100 zeemijl breed. Bij elke baan zou de aarde zijn gedraaid en zou een nieuwe strook van 100 zeemijl worden opgesteld om te worden gescand. In de loop van 18 dagen kon de hele planeet worden gescand - en dan zou het hele proces zich herhalen. De scanner zou op elke breedtegraad altijd in dezelfde relatie tot de zon staan, dus de verlichting zou consistent zijn wanneer de stroken aan elkaar werden toegevoegd.
Norwood realiseerde zich vanaf het begin dat de scanner niet bestand was tegen de slijtage van heen en weer bewegen om de breedte van de strip vast te leggen. Dus kwam ze op het idee om een spiegel te gebruiken die heen en weer zou kunnen draaien om het licht erin te weerkaatsen. Het binnenkomende licht zou in de zes spectrale banden worden gefilterd en vervolgens naar afzonderlijke detectoren voor elke band worden geleid. Om de baansnelheid bij te houden, zou de scanner zes lijnen tegelijk moeten vastleggen, dus elke spectrale band had zes sensoren nodig. De sensorgegevens zouden worden gedigitaliseerd en naar ontvangststations op de grond worden gestuurd, waar ze kunnen worden gedecodeerd in afbeeldingen voor elke spectrale band of zo nodig kunnen worden gecombineerd om samengestelde afbeeldingen te maken.
Norwood was onvermurwbaar dat de datastroom digitaal moest zijn. NASA had ernstige bedenkingen en betwijfelde of de zes-bits MSS-gegevens beelden van hoge kwaliteit zouden kunnen produceren. Maar ze wist dat een continu analoog signaal moeilijk nauwkeurig te verwerken zou zijn. Digitaal gaan zou het mogelijk maken om de fotonniveaus van elke sensor zeer nauwkeurig te kalibreren. En je wilt wel dat het klopt, zegt ze: anders krijg je een gestreepte zooi als de data wordt gereconstrueerd tot beelden. Dus werkte ze samen met een microgolfcollega bij Hughes om erachter te komen hoe ze de sensorgegevens het beste kon digitaliseren. Terwijl de MSS de VS in beeld bracht, zouden gegevens in realtime worden doorgegeven aan Amerikaanse grondstations; beelden van de rest van de wereld zouden op videoband worden opgeslagen totdat ze naar de Amerikaanse zenders konden worden gestraald. (Later zouden grondstations over de hele wereld worden opgericht.)
Uiteindelijk zouden NASA-functionarissen haar later vertellen dat de MSS-gegevens de eerste gegevens zouden zijn die digitaal vanuit de ruimte worden verzonden. En het zou de standaard zetten voor toekomstige kwantitatieve teledetectie.
Om de opstelling van de draaiende spiegel te maken, deed Norwood een beroep op Web Howe, een resident uitvinder bij Hughes. Howe kwam terug met een ingenieus ontwerp dat profiteerde van de lage zwaartekracht in de ruimte; de draaiende spiegel schommelde heen en weer terwijl de randen aan weerszijden tegen bumpers sloegen. Zonder externe krachten op de spiegel - in de ruimte zou hij gewichtloos zijn en geen luchtweerstand ondervinden - zou traagheid ervoor zorgen dat de spiegel met een constante snelheid van meer dan 13 keer per seconde tussen de bumpers heen en weer bonkt. Elke keer dat het een kant op schommelde, zouden de sensoren van het gereflecteerde licht nog eens zes regels gegevens voor elke spectrale band vastleggen, gelijke tred houdend met de satelliet terwijl deze naar het zuiden reisde. En elke keer dat de spiegel achteruit zwaaide, ving hij het licht van een kalibratielamp op.
Norwood begreep hoe briljant Howe's ontwerp was, maar ze moest veel tegenstanders ervan overtuigen dat het zou werken. De mensen van Hughes waren in de eerste plaats elektronicamensen, zegt ze. En ze huiverden bij het idee van deze mechanische spiegel.
Hoewel sommigen bij Hughes sceptisch waren, waren veel onderzoekers van de US Geological Survey en NASA ervan overtuigd dat de MSS onmogelijk bruikbare gegevens zou kunnen opleveren. Ze waren allemaal bekend met de vidicon-televisiecamera's die werden gebruikt voor Surveyor- en vroege Apollo-missies en waren gewend aan de full-frame analoge beelden die ze maakten. Ze zagen af van het idee om een niet-getest mechanisch apparaat te lanceren dat regel voor regel scande - en vooral afhankelijk was van een bonzende spiegel. Het debat over welk systeem de overhand zou moeten krijgen sleepte meer dan een jaar aan. Kaartmakers zoals ik stonden erg wantrouwend tegenover de multispectrale scanner, waarvan we niet konden geloven dat deze geometrische integriteit zou hebben, zou USGS-cartograaf Alden Colvocoreses later bekennen.
De enigen die echt sceptisch waren die ik tegenkwam, begrepen echt niet hoe het werkte. Ze wisten dat er een bonkende spiegel was, zegt Norwood. Dat vonden ze gewoon te grof. Gelukkig, voegt ze eraan toe, hoefde ze alleen haar hogere management te overtuigen - en dat waren allemaal behoorlijk slimme mensen.
Toen NASA om een vermindering van de afmetingen, het gewicht en de stroomvereisten van de scanner vroeg, brachten Norwood en haar team het ontwerp terug van een zesbandsscanner naar een scanner met vier banden. Het prototype, met een afmeting van 89 bij 59 bij 40 centimeter, had een ovale spiegel van 9 bij 13 inch (gemaakt van beryllium zodat het bestand was tegen het bonzen en niet zou kromtrekken of trillen) en de controversiële bumpers die de ingenieurs deden ineenkrimpen . Het woog slechts 48 kilogram, of ongeveer 105 pond.
Norwood liet onderzoekers een breadboard-versie van de scanner op de achterkant van een vrachtwagen laden. Het ging om een stapel dozen, zegt ze. We konden al het gewicht gebruiken dat we wilden. Ze reden door Californië en scanden Half Dome, Yosemite Valley en de skyline van San Francisco. Na zo lang aan de specificaties te hebben gewerkt, was Norwood niet verrast door de hoge kwaliteit van de testafbeeldingen.
Een testversie van de multispectrale scanner van Norwood legde twee maanden voor de lancering van Landsat 1 dit kunstmatig gekleurde beeld van Half Dome vast vanuit een vrachtwagen.
MET DANK AAN NASANASA beëindigde het RBV-versus-MSS-debat door te besluiten beide op de satelliet op te nemen. Er was geen tijd of geld om het prototype van Norwood om te zetten in een definitief, verfijnd product, dus werd het prototype zelf gebruikt. Zoals haar dochter, Naomi Norwood, zegt: Niemand verwachtte dat het zou werken, behalve mijn moeder en enkele andere mensen die eraan werkten. De meeste mensen gingen ervan uit dat de vidicons waardevol zouden zijn; de scanner werd als experimenteel beschouwd. De gemiddelde persoon realiseerde zich niet wat een vervormd beeld een tv-camera uitstraalt, zegt Norwood. We wilden wetenschappelijke precisie.
Een schitterend debuut
Op 23 juli 1972 zat Norwood met haar man en jongste zoon in de tribunes op de Vandenberg Air Force Base in Californië toen de Earth Resources Technology Satellite (die later zou worden omgedoopt tot Landsat 1) werd gelanceerd met haar MSS-prototype aan boord. Ik had nog nooit persoonlijk een raketlancering gezien, zegt ze. Dus dat was spannend.
Twee dagen later kwamen onderzoekers bijeen in het Goddard Space Flight Center van NASA om de eerste MSS-gegevens in afbeeldingen te zien vertalen. Toen scènes van wolken plaats maakten voor golvende beelden van land, klaagde een technicus over het vreselijke moiré-patroon. Maar al snel realiseerden ze zich dat het beeld van het Ouachita-gebergte in Oklahoma was, waarbij de golvende lijnen nauwkeurig de plooien van het bereik vertegenwoordigen. Een geoloog kreeg tranen in zijn ogen. Ik had het zo mis, gaf een ander toe, die MSS-scepticus was geweest. Ik ga geen kraai eten. Niet groot genoeg. Ik ga raaf eten.
Elf dagen na de lancering schakelde een enorme stroomstoot op de satelliet een van de twee videorecorders uit die RBV-beelden en MSS-gegevens opsloegen terwijl de satelliet buiten het bereik van Amerikaanse grondstations was. Drie dagen later deed een tweede stroomstoot gekoppeld aan de RBV's de satelliet schudden, waardoor deze van de aarde af wees en de missie bedreigde. De satelliet herstelde zichzelf nadat de RBV's waren uitgeschakeld en de ingenieurs besloten stilletjes om ze voorgoed uit te laten. De gegevens die de MSS van Norwood digitaal naar de aarde terugstuurde, leverde verbluffend heldere en scherpe beelden op.
Ik ging naar vergaderingen en mensen sprongen op en neer omdat ze een ander gebruik voor de gegevens hadden ontdekt, zegt ze. En niet alleen wetenschappers: jarenlang kon iedereen ter wereld een Landsat-afbeelding van elke plaats op aarde kopen voor slechts $ 1,25. Toegang tot afbeeldingen en prijzen zijn in de loop van de decennia verschoven, maar in 2009 waren alle Landsat-afbeeldingen gratis beschikbaar kwam.
Landsat's afbeelding van Mount St. Helens na de uitbarsting van 1980. En Norwood, 94, maakt dagelijks een telling van vogelsoorten.
MICHELLE GROSKOPF (NORWOOD); USGS/NASA LANDSATNorwood was betrokken bij de volgende vier versies van Landsat, die in 1975, 1978, 1982 en 1984 werden gelanceerd; Landsats 4 en 5 vlogen niet alleen versies van haar vierbands MSS, maar ook haar originele ontwerp. (Het werd de thematische mapper genoemd en het scande zes spectrale banden zoals ze zich aanvankelijk had voorgesteld, plus nog een.) In 1977 stapte ze over naar de elektro-optische systeemgroep in Hughes, waar ze diende als senior wetenschapper en vervolgens als laboratoriumingenieur , werken aan het ontwerp van grote actieve antennes voor de ruimte en andere zeer geheime overheidsprojecten.
Toen ze in 1989 met pensioen ging, begon Norwood met het verzamelen en restaureren van antieke klokken, waarbij ze vaak haar eigen onderdelen bewerkte om het werk te doen. Ze blijft een levenslang enthousiasme voor sportwagens koesteren (hoewel haar rijbewijs tijdens de pandemie is verlopen, zegt ze dat haar zilverblauwe zestraps Mazda Miata beter handelt dan haar vorige Jaguars, MG's en Alfa's), en ze is een fervent vogelaar geworden , haar dochter elke ochtend een e-mail sturen met het dagelijkse aantal soorten in haar achtertuin (ze telde ooit 18).
Ondertussen houdt het Landsat-scanprogramma dat ze tot leven bracht sinds 1972 de wereld in de gaten. De scanners zijn in de loop der jaren blijven evolueren, en Landsat 8, dat in 2013 werd gelanceerd, heeft het duwbezemontwerp dat ze had oorspronkelijk wilde bouwen. De detectoren zijn gerangschikt over de strook die wordt afgebeeld, waarbij elke lijn wordt bemonsterd terwijl de satelliet in zijn baan beweegt, zonder dat er een spiegel nodig is. Dat zou mijn eerste keus zijn geweest, dat ontwerp, zegt ze. Sterker nog, ik heb er een geconfigureerd. Maar we hadden de detectoren niet - daarvoor zijn duizenden detectoren nodig zonder gaten. De lancering van Landsat 9 staat gepland voor september 2021.
De impact van Landsat was veel groter dan iemand zich in 1972 had kunnen voorstellen. Naast het spelen van een sleutelrol bij het inluiden van het tijdperk van digitale beeldvorming, hebben zijn scanners de bijna verdwijning van het Aralmeer tussen Kazachstan en Oezbekistan, een meer dat 's werelds grootste op drie na grootste voordat twee van zijn feeder-rivieren werden omgeleid voor gebruik in de landbouw. De beelden van Landsat van de branden in Yellowstone Park in 1988 hebben ons begrip van vuurwetenschap enorm verbeterd. Het heeft ook gedocumenteerd zaken als het terugtrekken van gletsjers, de verbluffende groei van Peking en de uitbarsting van Mount St. Helens in 1980.
Norwood, die dit jaar een Lifetime Achievement Award heeft gewonnen van de American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, is vooral verheugd dat Landsat in staat was om delen van de wereld in beeld te brengen die nog nooit eerder waren vastgelegd. Maar haar favoriete Landsat-afbeelding heeft meer persoonlijke betekenis. Ik hou van degene die mijn huis heeft, zegt ze. Gevangen door de originele Landsat op een van zijn eerste passen over LA in 1972, hangt het nu in een gang in haar huis. Het toont een scherp beeld van LA en een stukje van de Stille Oceaan, haar eigen bescheiden huis verborgen tussen de contouren van de Santa Monica Mountains.