Pagalvokite apie kopimo į kalnus ekspediciją visiškai nežinomoje aplinkoje, kur žygeiviai turėjo galimybę sukurti 3D reljefo žemėlapį realiu laiku. NASA Mokslininkai ir pramonės partneriai sukūrė nuotolinio stebėjimo žemėlapių sistemą, kuri padės tyrinėtojams viename atokiausių regionų, kurį tik galima įsivaizduoti: beorėse Mėnulio pietų ašigalio dykvietėse.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) yra nešiojamas lidar skaitytuvas – nuotolinio stebėjimo technologija, matuojanti atstumą naudojant šviesos aptikimą ir lazerio šviesą. Ji dėvima kaip žygio kuprinė ir naudoja naujovišką lidarą, vadinamą dažnio moduliuojamuoju nuolatinės bangos (FMCW) lidaru, kad būtų užtikrintas Doplerio greitis ir diapazonas iki milijonų duomenų taškų per sekundę. Šie matavimo taškai sukuria realaus laiko navigacijos sistemą, suteikiančią navigatoriui 3D „taškų debesį“ arba didelės raiškos supančios aplinkos vaizdą.

Pasak planetų mokslininko dr. Michaelio Zanetti, NASA Maršalo kosminių skrydžių centre Hantsvilyje, Alabamos valstijoje, vadovaujančio KNaCK projektui, laikykite tai įkrauta lazerinių tolimačių versija, kurią naudoja inspektoriai, arba labai jautrius artumo signalus, padedančius išmaniesiems automobiliams išvengti susidūrimų.

„Iš esmės jutiklis yra nuskaitymo įrankis, skirtas mokslinei navigacijai ir žemėlapių sudarymui, galintis sukurti itin didelės raiškos 3D žemėlapius centimetro tikslumu ir suteikti jiems turtingą mokslinį kontekstą“, – sakė Zanetti. „Tai taip pat padės užtikrinti astronautų ir tarptinklinių transporto priemonių saugumą ribotoje aplinkoje, naudojant GPS, pvz., Mėnulį, nustatant tikrąjį atstumą iki tolimų orientyrų ir realiuoju laiku parodont tyrinėtojams, kiek toli jie nuėjo ir kiek dar liko nukeliauti. pasiekti savo tikslą“.

Tai didelis iššūkis, nes Artemidės amžiaus tyrinėtojai ruošiasi pirmosioms šiuolaikinėms misijoms į Mėnulį ir pirmajai į Pietų ašigalį. Saulė ten niekada nepakyla daugiau nei 3 laipsniais virš Mėnulio horizonto, palikdama didelę reljefo dalį giliame šešėlyje. Tai apsunkina atstumą iki skirtingų lankytinų vietų.

Šiame vaizdo įraše apie UAV nusileidimą dulkėtoje Naujosios Meksikos dykumoje parodyta, kaip KNaCK technologija, kuri naudoja 4D FMCW-lidar duomenis iš NASA Aeva Inc. Matyti viršutiniame kairiajame skydelyje; Lidaro juostos duomenys, viršuje dešinėje; ir Doplerio greičio duomenys lidar. Pastarasis seka besileidžiančio drono judančių dulkių dalelių greitį ir kryptį, raudona rodo, kad dulkių dalelės tolsta nuo skaitytuvo, o mėlyna – judančias link jo. Šios galimybės, kurias dabar kuria NASA Maršalo kosminių skrydžių centro Huntsvilyje, Alabamos valstijoje, mokslininkai, gali būti naudingi būsimoms mokslo misijoms į kitus pasaulius, taip pat tyrėjams sudaryti topografinius žemėlapius realiuoju laiku. Autoriai: NASA / Michaelas Zanetti

2020 m. pradėtas finansuoti NASA ankstyvosios karjeros iniciatyva, KNaCK projektas bendradarbiauja su „Torch Technologies Inc. Huntsvilyje sukurti kuprinės prototipą ir susijusius navigacijos algoritmus, leidžiančius tiksliai sudaryti žemėlapius be GPS. Komercinis projekto pardavėjas Aeva Inc. Mauntin Vju mieste, Kalifornijoje, tiekti FMCW-lidar jutiklius ir palaikymą bei bendradarbiauti su NASA, kad patobulintų kuprinės jutimo sistemą, skirtą naudoti Mėnulyje ir kitose žmonių ekspedicijose už planetos ribų.

Naudodami KNaCK klajoklių ekspedicijų metu ir keliaudami pėsčiomis, tyrinėtojai gali tiksliai nustatyti kraštovaizdžio reljefą, įskaitant gilius slėnius, kalnus ir urvus. „Lidar“ veikia net nenaudingai, nes astronautai nebereikia visur nešiotis sudėtingų apšvietimo prietaisų.

„Kaip žmonės, mes linkę orientuotis pagal orientyrus – konkretų pastatą, medžių giraitę“, – sakė Zanetti. „Šių dalykų Mėnulyje nėra. KNaCK nuolat leis paviršiumi keliaujantiems tyrinėtojams nustatyti jų judėjimą ir kryptį ir nukreipti juos į tolimas viršūnes arba į savo operacijų bazę. Jie netgi gali tiksliai nustatyti konkrečias vietas, kuriose rado kokį nors unikalų mineralą arba uolienų darinius, kad kiti galėtų lengvai sugrįžti pasimokyti.

Tai gyvybiškai svarbu astronautams visą parą, nes jų skrydžius riboja deguonies tiekimas kostiumuose. Zanetti teigė, kad KNaCK didelės skiriamosios gebos tikslumas – eilės tvarka didesnis nei tradiciniai Mėnulio reljefo žemėlapiai ir aukščio modeliai – daro jį gyvybiškai svarbiu šaltiniu vykdant mokslines operacijas ir misijas 238 900 mylių atstumu nuo misijos valdymo.

Įrenginys bus atliktas dar vienas didelis lauko bandymas balandžio pabaigoje NASA Virtualios saulės sistemos tyrimų institute (SSERVI) Kilburn Hall mieste, Naujojoje Meksikoje. Grupė anksčiau 2021 m. lapkritį įvedė KNaCK sistemą tame senoviniame ugnikalnio krateryje, kurio amžius yra 25 000–80 000 metų. Neseniai jie naudojo ją 6 mylių ilgio barjerinių kopų trimatei rekonstrukcijai atlikti. Kennedy kosmoso centre NASA Floridoje, kuris saugo pagrindines raketų paleidimo aikšteles. Kennedy ir Marshall inžinieriai ir toliau naudos KNaCK, kad įvertintų audrų poveikį kopų erozijai, užtikrindami būsimų skrydžio misijų saugumą, tobulindami sistemą.

Toliau KNaCK komanda dirbs siekdama miniatiūrizuoti įrenginius – kuprinės prototipas sveria apie 40 svarų – ir sustiprinti jautrią elektroniką prieš priešingą mikrogravitacijos ir saulės spinduliuotės poveikį.

„Pasinaudojus naujausiais „Aeva“ lidar technologijos pažanga, naujos kartos mūsų erdvėje atsparus įrenginys, maitinamas „Torch Technologies“, bus sodos skardinės dydžio ir galės kaip niekad anksčiau atlikti operacijas Mėnulio paviršiuje“, – sakė Zanetti. Jis įsivaizduoja, kad jis bus montuojamas ant vežimo arba ant astronauto šalmo šono – tai turėtų palikti daug vietos daugiafunkciose kuprinėse būsimiems Mėnulio alpinistams.