Die Frau, die uns die Welt gebracht hat

Vor einem halben Jahrhundert erfand Virginia Tower Norwood ’47 den ersten multispektralen Scanner, um die Erde aus dem Weltraum abzubilden. Landsat 1 und seine Nachfolger scannen den Planeten seitdem kontinuierlich.

29. Juni 2021 Virginia Norwood

Michelle Großkopf

Hätte Virginia Tower Norwood auf ihren Schulberater gehört, wäre sie Bibliothekarin geworden. Ihr Eignungstest zeigte eine bemerkenswerte Fähigkeit mit Zahlen, und 1943 konnte er sich keinen besseren Weg für eine junge Frau vorstellen, diese Fähigkeiten einzusetzen. Glücklicherweise litt Norwood nicht unter dem gleichen Mangel an Vorstellungskraft. Als Salutatorin ihrer Highschool-Klasse in Philadelphia hatte sie lange Logikrätsel verschlungen und den Rechenschieber, den ihr Vater ihr im Alter von neun Jahren gegeben hatte, sinnvoll eingesetzt. Norwood ignorierte den Rat ihrer Beraterin und bewarb sich beim MIT.



Sie wurde später eine bahnbrechende Erfinderin auf dem neuen Gebiet des Designs von Mikrowellenantennen. Sie entwarf den Sender für eine Aufklärungsmission zum Mond, die den Weg für die Apollo-Landungen ebnete. Und sie konzipierte und leitete die Entwicklung des ersten multispektralen Scanners zur Abbildung der Erde aus dem Weltraum – der erste einer Reihe von satellitengestützten Scannern, die die Welt seit fast einem halben Jahrhundert kontinuierlich abbilden.

Rückblickend, sagt sie, habe sie nie wirklich an eine Karriere in der Bibliothekswissenschaft gedacht: Ich kann nicht buchstabieren.

Die beste Schule der Welt

Virginia Tower Norwood in Greenwich während ihres zweiten oder dritten Jahres am MIT.

MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON VIRGINIA NORWOOD

Während des Zweiten Weltkriegs hielt das MIT das ganze Jahr über Unterricht ab, sodass Norwood im Sommer 1944, kurz nach ihrem Highschool-Abschluss, nach Cambridge kam. Der Absolvent, der sie interviewt hatte, gab zu, dass er noch nie zuvor eine Frau interviewt hatte (und sagte ihr, sie sei weniger altbacken als die MIT-Frauen, die er kannte), aber sie war nicht abgeschreckt, als sie sich als eine von nur etwa einem Dutzend wiederfand Frauen in ihrer Klasse. Das MIT hatte damals keine Schlafsäle für Frauen, also mietete sie ein Zimmer in einer Wohnung am Central Square, ging an schönen Tagen zum Campus oder nahm bei schlechtem Wetter die Straßenbahn an der Mass. Ave. für einen Cent. Frauen durften in den Speisesälen der Wohnheime nur als Gäste männlicher Studenten speisen; Sie ernährte sich oft von Toast und geschnittenen Tomaten.

Als älteste Tochter eines Armeeoffiziers war Norwood darin geübt, Wurzeln zu schlagen, wo immer sie sich befand. Sie hatte in Panama gelebt (wo sie beobachtet hatte, wie das größte Boot der Welt durch den Kanal fuhr), in Oklahoma (wo sie sich einer berittenen Pfadfindertruppe angeschlossen hatte) und auf Bermuda. Als Militärfamilien nach Pearl Harbor auf das Festland zurückgeschickt wurden, hatte sie fünf verschiedene High Schools besucht. Am MIT fand sie schnell den Weg in den einzigen Frauenbereich des Instituts, den Cheney Room – eine Suite mit Küche, einem Büro mit ein paar Schreibtischen, drei Betten, einer Dusche, Schließfächern für Bücher und einem großen, hübschen Wohnzimmer mit Flügel. Dort versammelte sich das kleine Kontingent von MIT-Frauen, um zu reden, zu lernen und zu kochen.

Virginia Tower Norwood als Birdie in einer MIT Dramashop-Produktion von Die kleinen Füchse .

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Obwohl sie schockiert war zu erfahren, dass fast alle ihre Klassenkameraden auch Salutatorinnen oder Abschiedsrednerinnen waren, war sie so gut vorbereitet, dass sie mehrere Semester lang fünf statt der üblichen vier Kurse belegte. Ich habe mein erstes Jahr oder so nicht gearbeitet, sagt sie. Im Unterricht zuzuhören und die P-Sets zu machen, war ausreichend, so dass viel Zeit blieb, Boston zu erkunden, durch seine Parks zu schlendern und Kontakte zu knüpfen.

Da Frauen so knapp waren, konnten wir jeden Abend ein Date haben, wenn wir wollten, sagt sie und fügt hinzu, dass ein Klassenkamerad stolz darauf war, praktisch jede Frau in unserer Klasse gedatet zu haben. In einem, wie sie es nennt, Meer von Männern zu sein, machte sie zu einer Kandidatin für Rollen in Dramashop-Produktionen ( Die Dringlichkeit, ernst zu sein und Die kleinen Füchse unter ihnen). Aber es könnte das Leben auch unangenehm machen; Ein Professor, der während seines Vortrags routinemäßig das Klassenzimmer absuchte, würde unweigerlich feststellen, dass sein Blick auf Norwoods Beinen ruhte, er sich schüttelte und seinen Rundgang durch den Raum wieder aufnahm. Und die Frauen durften dreimal pro Woche im MIT-Pool schwimmen, Männer zogen sich widerwillig Badeanzüge an.

(Seltsamerweise konnten Frauen am Institut irgendwie so unsichtbar wie auffällig sein. Jahre später traf Norwood auf Alumni aus ihrer Zeit, die behaupteten, sie hätten keine Ahnung gehabt, dass das MIT eine Studentin war.)

In ihrer vierten Amtszeit fand sich Norwood schließlich in einer Klasse wieder, die nicht einfach war. Nachdem sie in Physik Probleme hatte und eine durchschnittliche Note erhielt, nahm sie sich den Winter 1946 frei und brachte sich den Stoff selbst bei, indem sie jedes Problem im Lehrbuch durcharbeitete. In diesem Frühjahr kehrte sie ans MIT zurück, teilte sich mit drei anderen Frauen eine Zwei-Zimmer-Wohnung in Bexley Hall und belegte in den letzten vier Semestern alle Graduiertenkurse.

Ich glaube, ich habe eine sehr gute Ausbildung in Mathematik und Physik bekommen, sagt sie. Sie bekam sogar die Gelegenheit, bei dem renommierten Mathematiker Dirk Struik zu studieren, der normalerweise keine Studenten unterrichtete, aber während des Krieges in den Dienst der Erstsemester in Physik gedrängt wurde, das Lehrbuch aufschlug und sagte: Was würde die Physikabteilung von mir erwarten, dass ich unterrichte? du heute? Sie belegte bei ihm auch einen Lesekurs für Hochschulabsolventen in analytischer Geometrie. Wir dachten, wir wären in der besten Schule der Welt, sagt sie. Und ein MIT-Abschluss – eine Tatsache, die viele Kollegen überraschen würde – gab ihr Selbstvertrauen, als sie eine Karriere einschlug, in der Mathematik und Physik unerlässlich und Frauen eine Seltenheit waren.

Eine nervenaufreibende Jobsuche

Am Tag nach Abschluss ihres Bachelor-Abschlusses in Mathematik heiratete sie Larry Norwood, ihren Lehrer für Infinitesimalrechnung im dritten Semester und Präsident des MIT-Mathematikclubs, der zu diesem Zeitpunkt ein Doktorand in Yale war. Es stellte sich schnell heraus, dass nur wenige potenzielle Arbeitgeber eine Mathematikerin einstellen würden. Bei einem Vorstellungsgespräch bei Sikorsky Aircraft stieß ihre Bitte um ein P1-Gehalt – das dem niedrigsten Berufsrang im öffentlichen Dienst entsprach – auf Ungläubigkeit; Das Unternehmen hatte noch nie einer Frau so viel gezahlt. Als sie gebeten wurde, zu versprechen, nicht schwanger zu werden, wenn sie in einem Lebensmittellabor angestellt würde, zog sie ihre Bewerbung zurück. In drei Interviews bei Remington skizzierte sie ihre Vision, wie ein angestellter Mathematiker die Abläufe der Waffenfirma verbessern könnte. Die Personalchefin rief an, um zu sagen, dass sie sie von der brillanten Idee überzeugt hatte – und dass sie nach einem Mann für die Stelle suchen würden. Norwood war nicht da, als der Anruf einging; der Geschäftsführer dankte ihrem Mann.

Ein 2001 von Landsat 7 aufgenommenes Bild der Sand- und Algenbetten, die von Gezeiten und Meeresströmungen auf den Bahamas geformt wurden.

USGS/NASA-LANDSAT

Ein Landsat-Bild eines Stausees in Usbekistan etwa eine Woche vor dem Bruch der westlichen Wand seines Damms im Jahr 2020, der benachbarte Dörfer und Ackerland überschwemmte.

USGS/NASA-LANDSAT

Verzweifelt auf der Suche nach etwas Einkommen, um den mageren Lehrerlohn ihres Mannes aufzubessern, verkaufte sie Blusen in einem kleinen Kaufhaus in New Haven – ein Job, von dem sie sicher ist, dass sie ihn nicht bekommen hätte, wenn sie ihren MIT-Abschluss offengelegt hätte. Norwood blieb während ihrer umfangreichen Schulung zum Lesen einer Umsatzsteuertabelle stoisch und forderte sich selbst heraus, indem sie fortgeschrittene Mathematikkurse in Yale prüfte. Und sie verkaufte Rüschenblusen (sie bevorzugte maßgeschneiderte Kleidung), bis sie schließlich angestellt wurde, um Wirtschaftsarithmetik am Junior College of Commerce in New Haven zu unterrichten.

Mathematik zu unterrichten war ein Schritt in die richtige Richtung, aber Norwoods wahre Karriere begann erst, als ein Freund der Familie sie einlud, die Laboratorien des US Army Signal Corps in New Jersey zu besuchen. Als ihr und ihrem Mann 1948 Jobs im Evans Signal Lab angeboten wurden, ergriffen sie die Chance.

Dem Wind auf der Spur

Als Norwood der Wetterradargruppe des Labors zugeteilt wurde, als Radar in der Meteorologie eingesetzt wurde, wurde er gebeten, einen Radarreflektor für Wetterballons zu entwickeln, damit sie zur Verfolgung von Winden in großer Höhe verwendet werden können.

Man sitzt da und denkt über ein Problem nach, sagt sie, und nach einer Weile fallen einem die Lösungen ein. Sie landete auf einem Design mit Scheiben (silbern lackiert oder aus metallischem Stoff), die sich kreuzten, um eine Reihe reflektierender Ecken zu schaffen. Das an Angelwirbeln aufgehängte Gerät drehte sich im Wind und erzeugte ein charakteristisches pulsierendes Signal, das vom Radar verfolgt werden konnte. Endlich konnten Meteorologen die Windgeschwindigkeit über 100.000 Fuß genau berechnen – ungefähr die Höhe, in der Wetterballons platzen. Und dieses Kunststück machte erstmals eine langfristige Wettervorhersage möglich. Das Gerät, das Norwood im Alter von 22 Jahren entwarf, wurde später patentiert.

Norwood am Storm Detector Radar Set in den US Army Signal Corps Labs und Zeichnungen des patentierten Radarreflektors für Wetterballons, die sie für das Signal Corps entworfen hat. 1966 schickte der Surveyor der NASA (rechtes Foto) das Bild links eines Mondgesteins auf Norwoods Sender zurück zur Erde.

NASA?JPL (FELSEN); MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON VIRGINIA NORWOOD; NASA/JPL (VERMESSER); NORWOOD ÜBER GOOGLE-PATENTE (DIAGRAMME)

Nicht lange nachdem sie dieses Projekt abgeschlossen hatte, diskutierten Labormitglieder darüber, wie man Telemetrietürme für einen Raketentestbereich konstruiert, der in Cape Canaveral in Florida entwickelt wird. Jemand im Labor sagte: „Oh, lasst sie uns 300 Meter hoch machen.“ Ich war in der Besprechung und fragte: „Weißt du, wie hoch der Eiffelturm ist?“ Sie erinnert sich, erstaunt, dass ihr Kollege willkürlich Türme mit fast dieser Höhe vorschlug Höhe. Einer sollte mehrere hundert Meilen vor der Küste gebaut werden, und Norwood erkannte, dass der Bau eines solchen Turms teuer und anfällig für Hurrikane sein würde.

Um genau zu bestimmen, wie hoch die Türme sein mussten, benötigte Norwood historische Wind- und Temperaturdaten. Mehrere männliche Kollegen wurden nach Washington DC geschickt, um es zu holen, aber sie kehrten mit leeren Händen zurück. Norwood ging selbst hin und traf sich mit der beeindruckenden Frances Whedon, der Meteorologin des US Signal Corps, die sich geweigert hatte, ihre Daten herauszugeben. Es stellte sich heraus, dass Whedon 1924 einen MIT-Abschluss in Meteorologie erworben hatte. Sie war absolut schroff mit den Männern umgegangen, aber sie fand Gefallen an mir, sagt Norwood, die schnell die Erlaubnis bekam, die Archive mit Whedons Wetteraufzeichnungen mit Bleistift zu besuchen.

Norwood berechnete, dass die Türme nur etwa 100 Fuß hoch sein müssten. Sie waren versessen darauf, 1.000-Fuß-Modelle herzustellen, sagt sie. Ich habe versucht, anhand von Daten zu beweisen, dass sie damit auskommen könnten, dass sie kürzer sind. Die Türme wurden in der von Norwood empfohlenen Höhe gebaut und in den 1950er und 1960er Jahren für Raketentests verwendet.

Beruf lernen

Obwohl sie ein Patent für eine ihrer ersten Aufgaben im Bereich Wetterradar erhalten hat, sagt Norwood, dass sie wichtigere Arbeit geleistet hat, als sie in die Antennengruppe wechselte. Das Signal Corps war an der Erforschung verschiedener Arten von Radarantennen interessiert und baute auf der Mikrowellenradartechnologie auf, die am Radiation Lab des MIT entwickelt wurde und sich während des Zweiten Weltkriegs als nützlich erwiesen hatte. In den frühen 1950er Jahren gehörte die Antennengruppe von Evans zu den wenigen Orten, die Pionierarbeit bei der Entwicklung von Sendern und Antennen leisteten, die Mikrowellen mit immer kürzeren Wellenlängen verwendeten, und herausfanden, wie eine solche Technologie angewendet werden könnte. In dieser Gruppe würde Norwood ein zweites Patent für eine neuartige – und seit langem geheime – Ortungsantenne erhalten. (Sein Feed musste sich nicht drehen, um ein eingehendes Signal zu verfolgen; stattdessen verwendete er Polarisation, um den Winkel und die Richtung des Signals zu identifizieren.) Und es stellte sich heraus, dass es sich als unschätzbar erweisen würde, Teil der Antennengruppe zu sein, da das Feld der Mikrowellenantennen aufblühte . Wie Norwood sagt, habe ich einen Beruf gelernt.

1953 gingen sie und ihr Mann nach Kalifornien, und sie bekam schnell einen Job bei Sylvania Electronic Defense Labs und richtete dort einen Antennentestbereich ein, wobei sie Geräte von Bill Hewlett, SM '36, und Dave Packard beschaffte. Ungefähr ein Jahr später zogen sie und ihr Mann und ihre kleine Tochter nach Los Angeles, wo sie dem Antennenlabor von Hughes Aircraft beitrat und die einzige Frau unter den rund 2.700 Männern in den Forschungs- und Entwicklungslabors des Unternehmens wurde. Sie arbeitete für Lester Van Atta, der in den frühen Kriegstagen am MIT Rad Lab bahnbrechende Radarforschung betrieben und eines der besten Antennen-Outfits des Landes geleitet hatte, sagt Norwood. Wir haben einige sehr interessante Antennen gebaut, von denen ich Ihnen einige erzählen kann.

Virginia Norwood 1963

Norwood, die ihre Messingratte trägt, schwingt 1963 einen Rechenschieber.

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In einem dieser jetzt freigegebenen Projekte entwarf sie eine Antenne für ein System, das Freund und Feind identifiziert. Das IFF, wie es genannt wird, muss ein unverwechselbares Signal empfangen, das von allen US-Flugzeugen gesendet wird, um zu verhindern, dass Kampfflugzeuge eines ihrer eigenen abschießen. Aber sie musste sicherstellen, dass die IFF-Antenne keine andere, größere Antenne dahinter blockierte – eine Langstrecken-Überwachungsantenne, die den Horizont nach feindlichen Flugzeugen oder Raketen absuchte. Hughes hält jetzt ein Patent für die gefaltete S-förmige Dipolantenne, die sie entwickelt hat. Ich schätze, es hat funktioniert, sagt sie nur halb im Scherz. Die Freund-Feind-Identifikationstechnologie ist so wichtig, dass die Entwicklung ihrer Komponenten aufgeteilt wurde, um sicherzustellen, dass niemand das gesamte System kennt.

Umgang mit Mikrowellen (und Männern)

1957 wurde Norwood angezapft, um die Mikrowellengruppe für das Raketenlabor des Unternehmens zu leiten. Aber nicht jeder war erfreut, eine Frau in den Rängen bei Hughes aufsteigen zu sehen. Als erste Frau im technischen Personal wurde ihr zunächst eine Parkerlaubnis für den Parkplatz verweigert, da dort nur Männer parkten. Eine Kollegin habe ihr einmal gesagt, dass Frauen – insbesondere mit Kindern – nicht in den Laboren arbeiten sollten. (Norwood nahm sich gerade einmal drei Tage frei, als 1959 das zweite ihrer drei Kinder geboren wurde.) Jetzt, wo sie für Mikrowellenantennen und Schaltkreise für Raketen zuständig war, kündigte ein Mann, weil er nicht für a arbeiten wollte Frau – oder für ein Unternehmen, das dumm genug ist, eine Frau in diese Rolle zu stecken. (Einige Jahre später kehrte er zu Hughes zurück und bat darum, in Norwoods Gruppe zu arbeiten. Sie sagte nein.)

Norwood mit Antennenkollegen von Hughes im Jahr 1956; eine von ihr entworfene patentierte Antenne; mit Ethelwyn Pecora, der Frau des Landsat-Champions William Pecora, nachdem sie 1979 den Pecora-Preis für ihren Beitrag zum Verständnis der Erde durch Fernerkundung gewonnen hatte.

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Im Raketenlabor entwickelten sie und ihre Gruppe Antennen, mit denen die Falcon-Raketen ihre Ziele anpeilen konnten. Norwood entwarf auch den Sender und den Mikrowellenempfänger für den weltweit ersten Kommunikationssatelliten. 1963 ermöglichte Syncom 2 – kurz für synchrone Kommunikation – die erste bidirektionale Satellitenverbindung zwischen Staatsoberhäuptern, als Präsident Kennedy in Washington den nigerianischen Premierminister Abubakar Tafawa Balewa an Bord eines US-Schiffes im Hafen von Lagos anrief. Ein Jahr später wurde Syncom 3 verwendet, um die Olympischen Spiele 1964 in Tokio in die USA zu übertragen.

Senden von Daten vom Mond

Als die NASA sich darauf vorbereitete, den ersten Mann zum Mond zu schicken, brauchte sie ein Erkundungsgerät, das über die Eignung eines vorgeschlagenen Landeplatzes berichten konnte. Sie wollten nicht, dass der Mann in eine Mondspalte fällt, erinnert sich Norwood.

Frühere Aufklärungsgeräte hatten Bilder ihrer Annäherung an den Mond zurückgesendet, aber jedes einzelne war bei der Landung abgestürzt, was sie für die Untersuchung der Oberfläche unbrauchbar machte. Es gab einen großen Streit darüber, was sich unter der obersten Mondschicht befand, was alles war, was wir gesehen hatten, sagt Norwood. Die Leute hatten die seltsamsten Vorstellungen davon, was dort unten sein könnte. Die Theorie, dass es aus grünem Käse gemacht wurde, war wahrscheinlich eine der logischeren, sagt sie lachend; einige dachten sogar, der Mond könnte eine hohle Hülle sein. Die NASA glaubte nicht an diese Theorien, aber sie brauchte ein Fahrzeug, das die Landung überlebte, damit es Bilder auf der Oberfläche aufnehmen, eine Bodenprobe entnehmen und analysieren konnte.

Als eine andere Gruppe in Hughes das Problem einer sanften Landung in Angriff nahm, fiel die Herausforderung, sicherzustellen, dass der Lander, bekannt als Surveyor, Befehle empfangen und Bilder und Daten zurück zur Erde senden konnte, an Norwood und ihre Mikrowellengruppe. Nachdem wir Möglichkeiten entwickelt hatten, winzige, leichte Sender und Antennen zwischen die filigranen Rippen von Raketen zu stecken, waren wir daran gewöhnt, in Bezug auf Platz und Gewicht sehr eingeschränkt zu sein, sagt sie. Wir waren also die offensichtlichen, denen wir diesen Job geben sollten.

Tatsächlich hat sie selbst den Sender entworfen, der alle Daten von Surveyor zur Erde zurücksendete. Sie beaufsichtigte auch das Design der Antenne des Systems, die sie damals als absolute Neuheit bezeichnete. Eine platzsparende planare Anordnung anstelle der typischen gekrümmten Parabel, die sich für den Flug kompakt zusammenfaltete und dann auf dem Mond öffnete. Es war an einem Solarpanel befestigt, das die Energie für den Betrieb aller Mondlandesysteme lieferte.

Surveyor startete am 31. Mai 1966, und Norwood, der bis dahin in die Abteilung für Raumfahrtsysteme gewechselt war, erinnert sich, dass er bei Hughes gewesen war und Bildschirme mit einem Subfeed gesehen hatte, der die Kommandozentrale im Jet Propulsion Lab (JPL) zeigte, als es ankam am 2. Juni auf dem Mond. Ein lauter Schrei ertönte, als das JPL-Team dank der von Norwood und ihrem Team entwickelten Kommunikationsausrüstung bestätigte, dass die Surveyor unversehrt gelandet war. Als die Signale, die Surveyor über den Sender von Norwood zurücksendete, in Daten und Bilder entschlüsselt wurden, konnte die NASA bestätigen, dass der Standort hart und eben genug für die Landung eines bemannten Raumfahrzeugs sein würde.

Bereiten Sie sich auf die Nahaufnahme der Erde vor

Innerhalb weniger Monate nach dem Start von Surveyor hatte Norwood begonnen, über ein Projekt nachzudenken, das nichts mit Waffen oder Weltraumforschung zu tun hatte – eines, bei dem es nicht um den Umgang mit geheimen Daten ging. Es macht keinen Spaß, in eine sogenannte schwarze Kammer zu gehen, in der man jedes Mal, wenn man den Raum verlässt, seine Arbeit in einen Safe legen muss, sagt sie.

Sie wusste, dass die NASA und der US Geological Survey über den Bau eines Satelliten sprachen, um die Erde zu beobachten und ihre Ressourcen zu überwachen. Mit einem Satelliten kann man Berggipfel und all die Orte erreichen, die die Geologen gerne kennen würden und für die keine Daten vorliegen, sagt sie. Die NASA plante, den Satelliten mit Return Beam Vidicon (RBV)-Kameras auszustatten – Fernsehkameras, die denen ähneln, die für die Mondmissionen verwendet werden. Die Idee war, mithilfe von drei RBVs mit unterschiedlichen Filtern analoge Standbildbilder der Erde aufzunehmen, um die grünen, roten und nahen Infrarotbereiche des elektromagnetischen Spektrums aufzuzeichnen.

Aber Norwood dachte, dass ein Multispektralscanner (MSS) nützlicher sein könnte. Ein solcher Scanner wäre in der Lage, sowohl sichtbares als auch unsichtbares Licht einzufangen und es in mehr als nur drei Spektralbänder zu sortieren, wodurch eine Fundgrube an Informationen entsteht. Ein Band würde beispielsweise die Untersuchung der Wasserqualität ermöglichen; ein anderer würde die Kraft der Ernte offenbaren; ein dritter könnte Chlorophyll-Absorption zeigen; andere könnten verwendet werden, um die Bodenfeuchte oder die Dichte der Schneedecke zu bestimmen.

Tatsächlich hatten Agronomen bereits Spektrometer in Flugzeuge hochgeschickt, um solche Daten auf einer Stichprobe von Feldern zu sammeln. Aber ein Satellitenscanner würde kontinuierlich Bilder sammeln, die es Agronomen ermöglichen würden, genau zu überwachen, wie viele Hektar bestimmter Pflanzen angebaut werden, möglicherweise überall auf der Welt. Baumpfleger könnten frühe Anzeichen von Krankheiten und Fäulnis in Bäumen erkennen und Maßnahmen ergreifen, bevor sie sich ausbreiten. Diejenigen, die Dämme und Wassereinzugsgebiete verwalten, würden regelmäßig Daten über Bodenfeuchte und Überschwemmungen erhalten. Volkszählungsmanager konnten verfolgen, wie schnell wildes und landwirtschaftliches Land urbanisiert wurde, und Ökonomen konnten den relativen wirtschaftlichen Wohlstand von Stadtteilen abschätzen, indem sie die Ausdehnung ihrer Grünflächen verglichen.

Außerdem wäre der Scanner digital. Seine Detektoren würden einzelne Pixel erfassen, die jeweils eine Fläche von etwa der Größe eines Fußballfelds darstellen. Diese Pixel würden aneinandergereiht, um Datenzeilen zu bilden, die dann kompiliert werden könnten, um Bilder Zeile für Zeile zu bilden. Digitale Bilder konnten mit Computern analysiert und Daten aus verschiedenen Spektralbändern verglichen werden – was weitaus präziser war als die visuelle Analyse analoger Bilder. Und diese Fähigkeit, Spektraldaten zu analysieren, machte es möglich, das abgebildete Material zu identifizieren. Beispielsweise würden Weizen- und Maisfelder vom Weltraum aus gleich aussehen, könnten aber durch ihre einzigartigen spektralen Signaturen unterschieden werden. Die Einsatzmöglichkeiten eines Multispektralscanners schienen endlos.

Norwood und Arbeitsminister James Hodgson diskutieren auf einer Konferenz im Jahr 1972, wie der Multispektralscanner von Landsat funktioniert.

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Norwood stellte ihre Idee der Spitze von Hughes vor und erhielt 100.000 US-Dollar für die Entwicklung eines Prototyps, der der NASA gezeigt werden sollte.

Sie traf sich mit potenziellen Nutzern, um herauszufinden, welche Arten von Daten sie benötigen, und konzentrierte sich auf die sechs Spektralbänder, die am nützlichsten wären. Dann machte sie sich daran, ein System zu entwerfen, das diese Bänder effizient abbilden und die Daten zur Erde zurücksenden konnte.

Die NASA hatte festgelegt, dass der Satellit in einer Höhe von 500 Seemeilen um die Pole kreisen würde. Während es von Norden nach Süden reiste, während sich der Planet unter ihm drehte, musste Norwoods Scanner das Licht aufzeichnen, das von einem diagonalen Streifen der Erde mit einer Breite von 100 Seemeilen reflektiert wurde. Mit jeder Umlaufbahn hätte sich die Erde gedreht, und ein neuer 100-Seemeilen-Streifen wäre zum Scannen aufgereiht worden. Im Laufe von 18 Tagen konnte der gesamte Planet gescannt werden – und dann wiederholte sich der gesamte Vorgang. Der Scanner würde sich in jedem Breitengrad immer in der gleichen Beziehung zur Sonne befinden, sodass die Beleuchtung konsistent wäre, wenn die Streifen zusammengesetzt würden.

Norwood erkannte von Anfang an, dass der Scanner der Abnutzung durch Hin- und Herbewegen zum Erfassen der Breite des Streifens nicht standhalten konnte. So hatte sie die Idee, einen Spiegel zu verwenden, der hin und her schwenkt, um das Licht hinein zu reflektieren. Das einfallende Licht würde in die sechs Spektralbänder gefiltert und dann für jedes Band zu separaten Detektoren geleitet. Um mit der Geschwindigkeit des Orbits Schritt halten zu können, müsste der Scanner sechs Linien gleichzeitig erfassen, sodass für jedes Spektralband sechs Sensoren erforderlich sind. Die Sensordaten würden digitalisiert und an Empfangsstationen am Boden gesendet, wo sie in Bilder für jedes Spektralband dekodiert oder nach Bedarf kombiniert werden könnten, um zusammengesetzte Bilder zu erstellen.

Norwood bestand darauf, dass der Datenstrom digital sein sollte. Die NASA hatte ernsthafte Bedenken und bezweifelte, dass die 6-Bit-MSS-Daten qualitativ hochwertige Bilder erzeugen könnten. Aber sie wusste, dass es schwierig sein würde, ein kontinuierliches analoges Signal genau zu verarbeiten. Die Digitalisierung würde es ermöglichen, die Photonenpegel von jedem Sensor sehr genau zu kalibrieren. Und Sie möchten, dass es genau ist, sagt sie: Andernfalls erhalten Sie ein gestreiftes Durcheinander, wenn die Daten zu Bildern rekonstruiert werden. Also arbeitete sie mit einem Mikrowellenkollegen bei Hughes zusammen, um herauszufinden, wie man die Sensordaten am besten digitalisiert. Während die MSS die USA abbildete, würden Daten in Echtzeit an US-Bodenstationen weitergeleitet; Bilder vom Rest der Welt würden auf Videoband gespeichert, bis sie zu den US-Stationen heruntergestrahlt werden könnten. (Später würden Bodenstationen auf der ganzen Welt errichtet.)

Letztlich würden ihr die NASA-Beamten später mitteilen, dass die MSS-Daten die ersten Daten seien, die digital aus dem Weltraum übertragen würden. Und es würde den Standard für zukünftige quantitative Fernerkundung setzen.

Um das Schwenkspiegel-Setup zu erstellen, wandte sich Norwood an Web Howe, einen ansässigen Erfinder bei Hughes. Howe kam mit einem ausgeklügelten Design zurück, das sich die geringe Schwerkraft im Weltraum zunutze machte; Der schwenkbare Spiegel würde hin und her schaukeln, als seine Kanten auf beiden Seiten gegen Stoßstangen schlugen. Ohne äußere Kräfte auf den Spiegel – im Weltraum wäre er schwerelos und hätte keinen Luftwiderstand – würde die Trägheit den Spiegel mit einer konstanten Geschwindigkeit von mehr als 13 Mal pro Sekunde zwischen den Stoßfängern hin und her schlagen lassen. Jedes Mal, wenn es in eine Richtung schaukelte, erfassten die Sensoren aus dem reflektierten Licht weitere sechs Datenzeilen für jedes Spektralband und hielten so mit dem Satelliten Schritt, der nach Süden reiste. Und jedes Mal, wenn der Spiegel zurückschaukelte, fing er das Licht einer Kalibrierlampe ein.

Norwood verstand die Brillanz von Howes Design, aber sie musste viele Neinsager davon überzeugen, dass es funktionieren würde. Hughes-Leute waren hauptsächlich Elektroniker, sagt sie. Und sie schauderten bei der Vorstellung dieses mechanischen Spiegels.

Während einige bei Hughes skeptisch waren, waren viele Forscher des US Geological Survey und der NASA davon überzeugt, dass die MSS unmöglich nützliche Daten liefern könnte. Sie alle waren mit den Vidicon-Fernsehkameras vertraut, die für Surveyor- und frühe Apollo-Missionen verwendet wurden, und an die analogen Vollformatbilder, die sie aufgenommen hatten. Sie sträubten sich gegen die Idee, ein ungetestetes mechanisches Gerät auf den Markt zu bringen, das Zeile für Zeile scannt – und sich ausgerechnet auf einen schlagenden Spiegel verlässt. Die Debatte darüber, welches System sich durchsetzen sollte, zog sich über mehr als ein Jahr hin. Kartographen wie ich waren sehr misstrauisch gegenüber dem multispektralen Scanner, von dem wir nicht glauben konnten, dass er geometrische Integrität besitzt, wie der USGS-Kartograph Alden Colvocoresses später gestand.

Die einzigen, die wirklich skeptisch waren und denen ich begegnet bin, haben wirklich nicht verstanden, wie es funktioniert. Sie wussten, dass es einen schlagenden Spiegel gab, sagt Norwood. Sie fanden das einfach zu grob. Zum Glück, fügt sie hinzu, musste sie nur ihr oberes Management überzeugen – und das waren alles ziemlich kluge Leute.

Als die NASA um eine Reduzierung der Größe, des Gewichts und des Stromverbrauchs des Scanners bat, reduzierten Norwood und ihr Team das Design von einem Sechs-Band-Scanner auf einen mit vier Bändern. Der Prototyp, der 89 x 59 x 40 Zentimeter maß, hatte einen 9 x 13 Zoll großen ovalen Spiegel (aus Beryllium, damit er den Schlägen standhalten konnte und sich nicht verzog oder vibrierte) und die umstrittenen Stoßstangen, die die Ingenieure zusammenzucken ließen . Es wog nur 48 Kilogramm oder etwa 105 Pfund.

Norwood ließ Forscher eine Steckbrettversion des Scanners auf die Ladefläche eines Lastwagens laden. Es waren nur ein paar Kisten, sagt sie. Wir konnten so viel Gewicht verwenden, wie wir wollten. Sie fuhren durch Kalifornien und scannten Half Dome, Yosemite Valley und die Skyline von San Francisco. Nachdem Norwood so lange an den Spezifikationen gearbeitet hatte, war er von der hohen Qualität der Testbilder nicht überrascht.

MSS-Bild von Half Dome

Eine Testversion des Multispektralscanners von Norwood hat dieses Falschfarbenbild von Half Dome zwei Monate vor dem Start von Landsat 1 von einem Lastwagen aus aufgenommen.

MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG DER NASA

Die NASA beendete die RBV-gegen-MSS-Debatte mit der Entscheidung, beide in den Satelliten aufzunehmen. Es gab weder Zeit noch Geld, um Norwoods Prototyp in ein endgültiges, verfeinertes Produkt zu verwandeln, also wurde der Prototyp selbst verwendet. Wie ihre Tochter Naomi Norwood sagt: Niemand hat erwartet, dass es funktioniert, außer meiner Mutter und einigen anderen Leuten, die daran gearbeitet haben. Die meisten Leute nahmen an, dass die Vidicons wertvoll sein würden; Der Scanner galt als experimentell. Die durchschnittliche Person war sich nicht bewusst, was für ein verzerrtes Bild eine Fernsehkamera liefert, sagt Norwood. Wir wollten wissenschaftliche Präzision.

Ein umwerfendes Debüt

Am 23. Juli 1972 saß Norwood mit ihrem Mann und ihrem jüngeren Sohn auf der Tribüne der kalifornischen Vandenberg Air Force Base, als der Earth Resources Technology Satellite (der später in Landsat 1 umbenannt wurde) mit ihrem MSS-Prototypen an Bord gestartet wurde. Ich habe noch nie einen Raketenstart persönlich gesehen, sagt sie. Das war also spannend.

Zwei Tage später kamen Forscher im Goddard Space Flight Center der NASA zusammen, um zu sehen, wie die ersten MSS-Daten in Bilder übersetzt wurden. Als Wolkenszenen welligen Landbildern wichen, beschwerte sich ein Techniker über das schreckliche Moiré-Muster. Aber bald erkannten sie, dass das Bild von den Ouachita Mountains in Oklahoma war, wobei die Wellenlinien genau die Falten des Gebirges darstellten. Ein Geologe hatte Tränen in den Augen. Ich habe mich so geirrt, gab ein anderer zu, der MSS-Skeptiker gewesen war. Ich werde keine Krähe essen. Nicht groß genug. Ich werde Rabe essen.

Elf Tage nach dem Start schaltete ein massiver Stromstoß auf dem Satelliten einen der beiden Videorecorder aus, auf denen RBV-Bilder und MSS-Daten gespeichert waren, die gesammelt wurden, während der Satellit außerhalb der Reichweite von US-Bodenstationen war. Drei Tage später erschütterte ein zweiter Stromstoß, der mit den RBVs verbunden war, den Satelliten, wodurch er von der Erde weg zeigte und die Mission bedrohte. Der Satellit richtete sich wieder auf, nachdem die RBVs abgeschaltet worden waren, und die Ingenieure beschlossen im Stillen, sie für immer abzuschalten. Die Daten, die Norwoods MSS digital zur Erde zurücksendete, lieferten erstaunlich klare und scharfe Bilder.

Ich ging zu Meetings und die Leute sprangen nur auf und ab, weil sie eine andere Verwendung für die Daten entdeckt hatten, sagt sie. Und nicht nur Wissenschaftler: Jahrelang konnte jeder auf der Welt ein Landsat-Bild von jedem Ort der Erde für nur 1,25 Dollar kaufen. Der Zugang zu Bildern und die Preise haben sich im Laufe der Jahrzehnte verändert – aber 2009 alles Landsat-Bilder wurde kostenlos verfügbar.

Landsat-Bild des Mount St. Helens nach seinem Ausbruch im Jahr 1980. Und Norwood, 94, macht täglich eine Bestandsaufnahme der Vogelarten.

MICHELLE GROSSKOPF (NORWOOD); USGS/NASA-LANDSAT

Norwood war an den nächsten vier Versionen von Landsat beteiligt, die 1975, 1978, 1982 und 1984 gestartet wurden; Landsats 4 und 5 flogen nicht nur Versionen ihres Vierband-MSS, sondern auch ihr ursprüngliches Design. (Thematic Mapper genannt, scannte er sechs Spektralbänder, wie sie es sich ursprünglich vorgestellt hatte, plus ein weiteres.) 1977 wechselte sie zur Gruppe für elektrooptische Systeme bei Hughes, wo sie als leitende Wissenschaftlerin und dann als Laboringenieurin tätig war , arbeitet am Design großer aktiver Antennen für den Weltraum und an anderen hochklassifizierten Regierungsprojekten.

Nach ihrer Pensionierung im Jahr 1989 begann Norwood, antike Uhren zu sammeln und zu restaurieren, wobei sie häufig ihre eigenen Teile bearbeitete, um die Arbeit zu erledigen. Sie frönt weiterhin einer lebenslangen Begeisterung für Sportwagen (obwohl ihr Führerschein während der Pandemie erloschen ist, sagt sie, dass ihr silbrig-blauer Sechsgang-Mazda Miata besser fährt als ihre vorherigen Jaguare, MGs und Alfas), und sie ist eine begeisterte Vogelbeobachterin geworden , schickte ihrer Tochter jeden Morgen eine E-Mail mit der täglichen Liste der Arten in ihrem Garten (sie zählte einmal 18).

Inzwischen hat das von ihr ins Leben gerufene Landsat-Scanprogramm die Welt seit 1972 im Auge. Die Scanner haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt, und Landsat 8, das 2013 auf den Markt kam, verfügt über das von ihr entworfene Push-Broom-Design wollte ursprünglich bauen. Seine Detektoren sind über dem abgebildeten Streifen angeordnet und tasten jede Linie ab, während sich der Satellit in seiner Umlaufbahn bewegt, ohne dass ein Spiegel erforderlich ist. Das wäre meine erste Wahl gewesen, dieses Design, sagt sie. Tatsächlich habe ich einen konfiguriert. Aber wir hatten nicht die Detektoren – das braucht Tausende von Detektoren ohne Lücken. Landsat 9 soll im September 2021 starten.

Der Einfluss von Landsat war weitaus größer, als sich 1972 irgendjemand hätte vorstellen können. Seine Scanner spielten nicht nur eine Schlüsselrolle bei der Einführung des Zeitalters der digitalen Bildgebung, sondern zeichneten auch das beinahe Verschwinden des Aralsees zwischen Kasachstan und Usbekistan auf, einem See, der der Welt gehörte viertgrößte, bevor zwei seiner Zuflüsse für die landwirtschaftliche Nutzung umgeleitet wurden. Die Bilder von Landsat von den Bränden im Yellowstone Park von 1988 haben unser Verständnis der Feuerwissenschaft erheblich erweitert. Es hat auch dokumentiert solche Dinge wie der Rückgang der Gletscher, das atemberaubende Wachstum von Peking und der Ausbruch des Mount St. Helens im Jahr 1980.

Norwood, der dieses Jahr von der American Society for Photogrammetry and Remote Sensing mit einem Preis für sein Lebenswerk ausgezeichnet wurde, freut sich besonders darüber, dass Landsat in der Lage war, Teile der Welt abzubilden, die noch nie zuvor erfasst worden waren. Aber ihr Lieblingsbild von Landsat hat eine persönlichere Bedeutung. Ich mag den, der mein Haus hat, sagt sie. Es wurde 1972 vom Original-Landsat bei einem seiner ersten Überflüge über LA aufgenommen und hängt jetzt in einem Flur in ihrem Haus. Es zeigt ein gestochen scharfes Bild von LA und ein Stück Pazifik, ihr eigenes bescheidenes Haus, versteckt zwischen den Konturen der Santa Monica Mountains.

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