Noul „rucsac lunar” al NASA poate genera o hartă a terenului 3D în timp real pentru a ajuta exploratorii lunari

Michael Zanetti, un om de știință planetar al NASA la Marshall Space Flight Center al NASA din Huntsville, Alabama, se plimbă prin Conul Cinder din câmpul vulcanic Potrillo din New Mexico la sfârșitul anului 2021, testând prototipul de dimensiunea planetei „un rucsac pentru rucsacul cinematic de navigație și cartografie al NASA ( KNaCK), un scaner mobil Lidar în prezent în curs de dezvoltare pentru a sprijini explorarea lunară și misiunile științifice. Credit: NASA/Michael Zanetti

Luați în considerare o expediție de alpinism într-un mediu total neexplorat, unde drumeții au capacitatea de a genera o hartă 3D în timp real a terenului. Nasa cercetătorii și partenerii din industrie au dezvoltat un sistem de cartografiere cu teledetecție care va ajuta exploratorii dintr-una dintre cele mai îndepărtate regiuni imaginabile: deșerturile fără aer ale polului sudic al Lunii.

Rucsacul de navigare și cartografiere cinematică (KNaCK) este un scaner mobil lidar – o tehnologie de teledetecție care măsoară distanța folosind detectarea luminii și lumina laser. Este purtat ca un rucsac de drumeție și folosește un tip inovator de lidar numit lidar cu undă continuă modulată în frecvență (FMCW) pentru a oferi viteză și interval Doppler pentru milioane de puncte de date pe secundă. Aceste puncte de măsurare generează un sistem de navigație în timp real, oferind exploratorului un „nor de puncte” 3D sau o reprezentare de înaltă rezoluție a mediului înconjurător.

Gândiți-vă la ea ca la o versiune supraalimentată a telemetrului laser folosit de geodeți sau a alarmelor de proximitate incredibil de sensibile care ajută mașinile inteligente să evite accidentele, potrivit savantului planetar Dr. Michael Zanetti, care conduce proiectul KNaCK la Marshall Space Flight Center din Washington. NASA din Huntsville, Alabama.

„Practic, senzorul este un instrument de topografie pentru navigație și cartografiere științifică, capabil să creeze hărți 3D cu rezoluție ultra-înaltă cu precizie centimetrică și să le ofere un context științific bogat”, a spus Zanetti. „De asemenea, va ajuta la menținerea în siguranță a astronauților și a vehiculelor mobile într-un mediu fără GPS, cum ar fi Luna, prin identificarea distanțelor reale până la repere îndepărtate și arătând exploratorilor în timp real cât de departe au călătorit și distanța rămasă până la destinație. .

Este o provocare majoră, deoarece exploratorii din era Artemis se pregătesc să întreprindă primele misiuni moderne pe Lună și primele la Polul Sud al acesteia. Soarele de aici nu se ridică niciodată cu mai mult de 3 grade deasupra orizontului lunar, lăsând o mare parte din teren în umbră adâncă. Acest lucru face ca distanțele până la diferite puncte de interes să fie dificil de observat.

Tehnologia KNaCK de aterizare cu drone UAV

Acest videoclip cu o dronă UAV care aterizează în deșertul prăfuit din New Mexico arată cum tehnologia KNaCK – utilizând datele 4D FMCW-lidar de la furnizorul NASA Aeva Inc. din Mountain View, California – combină imagini video înalte în direct, definiție în timp real, așa cum s-a văzut pe panoul din stânga sus; date de telemetrie lidar, dreapta sus; și datele de viteză Lidar Doppler. Acesta din urmă urmărește viteza și direcția particulelor de praf ridicate de drona care coboară, cu roșu indicând particulele care se îndepărtează de scaner și albastru indicând cei care se apropie de el. Astfel de capabilități, aflate în prezent în curs de dezvoltare de către cercetătorii de la Centrul de Zbor Spațial Marshall al NASA din Huntsville, Alabama, ar putea beneficia de viitoarele misiuni științifice în alte lumi, pe lângă faptul că permit maparea topografică în timp real de către exploratori. Credit: NASA/Michael Zanetti

Lansat în 2020 cu finanțare din partea NASA Early Career Initiative, proiectul KNaCK a colaborat cu Torch Technologies Inc. din Huntsville pentru a dezvolta rucsac prototip și algoritmii de navigație asociați care permit cartografierea precisă fără GPS. Furnizorul comercial al proiectului, Aeva Inc. din Mountain View, California, furnizează senzori și suport FMCW-lidar, lucrând cu NASA pentru a îmbunătăți sistemul de detectare a lidar în rucsac pentru a fi utilizat pe Lună și pentru alte excursii umane extraplanetare.

Folosind KNaCK în excursii cu rover și în timp ce călătoresc pe jos, exploratorii ar putea cartografi cu precizie topografia peisajului, inclusiv râpe adânci, munți și peșteri. Lidar funcționează chiar și în întuneric total, scutând astronauții de nevoia de a transporta instalații de iluminare greoaie oriunde ar merge.

„Ca oameni, avem tendința să ne orientăm pe baza reperelor – o anumită clădire, un crâng de copaci”, a spus Zanetti. „Aceste lucruri nu există pe Lună. KNaCK va permite continuu exploratorilor care traversează suprafața să-și determine mișcarea, direcția și orientarea către vârfuri îndepărtate sau baza lor de operațiuni. Ei pot chiar marca anumite site-uri unde au găsit un mineral sau o formațiune de rocă unică, astfel încât alții să se poată întoarce cu ușurință pentru studii suplimentare.

Este vital pentru astronauți pe un ceas, excursiile lor limitate de aprovizionarea cu oxigen din costumele lor. Precizia de rezoluție ultra-înaltă a KNaCK – cu un ordin de mărime mai bună decât hărțile convenționale de topografie lunară și modelele de elevație – îl face o resursă vitală pentru desfășurarea operațiunilor științifice și misiunii la 238.900 de mile de controlul misiunii, a spus Zanetti.

Hardware-ul va fi supus unui alt test de teren major la sfârșitul lunii aprilie, la Institutul Virtual de Explorare a Sistemului Solar al NASA (SSERVI) din Kilbourne Hole, New Mexico. Echipa a pus în practică sistemul KNaCK în acest vechi crater vulcanic – estimat a avea între 25.000 și 80.000 de ani – în noiembrie 2021. De asemenea, l-au folosit recent pentru a realiza o reconstrucție 3D a dunelor Barrier Reef. mare lungă la Centrul Spațial Kennedy al NASA din Florida, care își protejează principalele rampe de lansare a rachetelor. Inginerii Kennedy și Marshall vor continua să folosească KNaCK pentru a evalua impactul furtunilor asupra eroziunii dunelor, asigurând siguranța viitoarelor misiuni de zbor pe măsură ce perfecționează sistemul.

În continuare, echipa KNaCK va lucra pentru a miniaturiza hardware-ul — rucsacul prototip cântărește aproximativ 40 de lire sterline — și va întări electronicele sensibile împotriva efectelor punitive ale microgravitației și radiației solare.

„Procurând cele mai recente progrese în tehnologia lidar de la Aeva, unitatea noastră de ultimă generație întărită în spațiu, cu sprijinul Torch Technologies, va avea aproximativ dimensiunea unei cutii de sifon și ar putea permite operațiuni la suprafață. Luna ca niciodată”, a spus Zanetti. El plănuiește să-l monteze pe un rover sau pe partea laterală a căștii unui astronaut – ceea ce ar trebui să lase mult loc în rucsacii universali ai viitorilor cățărători pe lună.

Add Comment