Новий «Місячний рюкзак» NASA може створювати 3D-карту місцевості в реальному часі, щоб допомогти дослідникам Місяця

Уявіть собі альпіністську експедицію в абсолютно невідомому середовищі, де туристи мали можливість створювати 3D-карту місцевості в режимі реального часу. НАСА Дослідники та партнери з галузі розробили систему карт дистанційного зондування, яка допоможе дослідникам в одному з найвіддаленіших регіонів, які тільки можна уявити: безповітряних пустках південного полюса Місяця.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) — це портативний лідарний сканер — технологія дистанційного зондування, яка вимірює відстань за допомогою виявлення світла та лазерного світла. Його носять як пішохідний рюкзак і використовує інноваційний тип лідара, який називається частотно-модульованою безперервною хвилею (FMCW), щоб забезпечити доплерівську швидкість і діапазон до мільйонів точок даних в секунду. Ці точки вимірювання створюють навігаційну систему в режимі реального часу, забезпечуючи навігатор 3D «хмарою точок» або зображенням навколишнього середовища з високою роздільною здатністю.

За словами вченого-планетолога доктора Майкла Занетті, який очолює проект KNaCK в Центрі космічних польотів Маршалла НАСА в Хантсвіллі, штат Алабама, вважайте це версією лазерних далекомірів з наддувом, які використовують геодезисти, або високочутливих датчиків наближення, які допомагають розумним автомобілям уникнути зіткнень.

«По суті, датчик є інструментом сканування як для наукової навігації, так і для картографування, здатного створювати тривимірні карти надвисокої роздільної здатності з точністю до сантиметра та надавати їм багатий науковий контекст», – сказав Занетті. «Це також допоможе забезпечити безпеку астронавтів і транспортних засобів у обмеженому середовищі, використовуючи GPS, наприклад Місяць, визначаючи фактичну відстань до далеких орієнтирів і показуючи дослідникам у режимі реального часу, як далеко вони підійшли та як далеко їм залишилося пройти. досягти місця призначення».

Це серйозний виклик, оскільки дослідники епохи Артеміди готуються до перших сучасних місій на Місяць і до Південного полюса. Там Сонце ніколи не піднімається більше ніж на 3 градуси над місячним горизонтом, залишаючи більшу частину місцевості в глибокій тіні. Це ускладнює відстань до різних точок інтересу.

На цьому відео приземлення БПЛА в курній пустелі Нью-Мексико показано, як технологія KNaCK, яка використовує дані 4D FMCW-лідару від NASA Aeva Inc. Побачено у верхній лівій панелі; дані діапазону лідарів, угорі праворуч; і дані доплерівської швидкості для лідара. Останній відстежує швидкість і напрямок частинок пилу, які переміщуються дроном, що спускається, причому червоний вказує, що частинки пилу віддаляються від сканера, а синій — ті, що рухаються до нього. Ці можливості, які зараз розробляються дослідниками з Центру космічних польотів Маршалла НАСА в Хантсвіллі, штат Алабама, можуть принести користь майбутнім науковим місіям в інші світи, а також дозволять дослідникам створювати топографічні карти в реальному часі. Авторство: NASA/Майкл Занетті

Розпочатий у 2020 році за фінансування NASA Early Career Initiative, проект KNaCK працює у партнерстві з Torch Technologies Inc. у Хантсвіллі, щоб розробити прототип рюкзака та пов’язані з ним навігаційні алгоритми, які дозволяють створювати точні карти без GPS. Комерційний продавець проекту, Aeva Inc. в Маунтін-В’ю, Каліфорнія, для постачання датчиків і підтримки FMCW-лідарів, а також для співпраці з NASA для покращення системи розпізнавання рюкзаків для використання на Місяці та інших експедиціях людини за межі планети.

Використовуючи KnaCK під час мандрівних експедицій і під час пішої подорожі, дослідники можуть точно нанести на карту місцевість ландшафту, включаючи глибокі долини, гори та печери. Lidar працює навіть у чорних умовах, позбавляючи астронавтів від необхідності носити з собою громіздкі освітлювальні прилади, куди б вони не йшли.

«Як люди, ми схильні орієнтуватися на орієнтирах — конкретній будівлі, гаю дерев», — сказав Занетті. “Цих речей не існує на Місяці. KnaCK постійно дозволить дослідникам, проходячи повз поверхню, визначати їх рух і напрямок і направляти їх на далекі вершини або до бази операцій. Вони навіть можуть точно визначити конкретні місця, де вони знайшли якийсь унікальний мінерал. або скельні утворення, щоб інші могли легко повернутися для подальшого вивчення».

Це життєво важливо для астронавтів цілодобово, оскільки їхні польоти обмежені запасом кисню в їхніх костюмах. Занетті сказав, що точність KNaCK з високою роздільною здатністю — на порядок більша, ніж традиційні карти місячної місцевості та моделі висот — робить його життєво важливим ресурсом для проведення наукових операцій і місій у межах 238 900 миль від контролю місії.

Пристрій пройде ще одне серйозне польове випробування в кінці квітня в Інституті дослідження віртуальної сонячної системи NASA (SSERVI) в Кілберн-Холлі, штат Нью-Мексико. У листопаді 2021 року команда раніше використовувала систему KNaCK у цьому древньому вулканічному кратері, вік якого оцінюється в 25 000-80 000 років. Вони також нещодавно використали його для виконання 3-D реконструкції бар’єрних дюн довжиною 6 миль. у Космічному центрі імені Кеннеді для NASA у Флориді, який захищає основні ракетні стартові майданчики. Інженери Кеннеді та Маршалла продовжуватимуть використовувати KnaCK для оцінки впливу штормів на ерозію дюн, забезпечуючи безпеку майбутніх польотів, оскільки вони покращують систему.

Далі команда KNaCK працюватиме над мініатюризацією пристроїв — прототип рюкзака важить близько 40 фунтів — і зміцненням чутливої ​​електроніки проти протилежного впливу мікрогравітації та сонячної радіації.

«Використовуючи новітні досягнення в технології лідарів від Aeva, наступне покоління нашого загартованого в космосі пристрою на базі Torch Technologies матиме розмір банки з содою і зможе здійснювати операції на поверхні Місяця, як ніколи раніше», — сказав Занетті. Він передбачає, що він буде встановлений на колісниці або на боці шолома астронавта, що має залишити багато місця в багатоцільових рюкзаках для майбутніх місячних альпіністів.