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La NASA développe la technologie de sac à dos Lidar pour les explorateurs lunaires

Imaginez une expédition d’alpinisme dans un environnement complètement inconnu, où les randonneurs ont la possibilité de créer une carte 3D du terrain en temps réel. Des chercheurs de la NASA et des partenaires industriels ont développé un système de carte de télédétection pour aider les explorateurs dans la nature sauvage la plus isolée imaginable : les déchets sans air du pôle sud de la lune.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) est un scanner Lidar portable – une méthode de télédétection qui utilise la détection de la lumière et une plage de lumière laser pour la mesure de la distance. Porté comme un sac à dos pour un randonneur, il utilise un type innovant de lidar appelé lidar à onde continue modulée en fréquence (FMCW) afin de fournir une vitesse Doppler et une gamme de millions de points de mesure par seconde. Ces points de mesure créent instantanément un système de navigation en temps réel, fournissant au navigateur un « nuage de points » 3D ou une carte haute résolution du terrain environnant.

Version ultra puissante des télémètres laser

« Considérez-le comme une version super puissante des télémètres laser utilisés par les géomètres ou des alarmes de proximité très sensibles qui aident les voitures intelligentes à éviter les collisions », a déclaré le scientifique planétaire Dr Michael Zanetti, qui dirige le projet KNaCK au Marshall Space Flight Center de la NASA. à Huntville. . Alabama.

« Essentiellement, le capteur est un outil de numérisation pour la navigation scientifique et la cartographie, capable de créer des cartes 3D à ultra haute résolution avec une précision centimétrique et de leur donner un contexte scientifique riche », a déclaré Zanetti. « Cela contribuera également à assurer la sécurité des astronautes et des véhicules itinérants dans un environnement restreint en utilisant des GPS tels que la lune, en déterminant les distances réelles par rapport à des points de repère éloignés et en montrant aux explorateurs en temps réel la distance parcourue et la distance restante pour atteindre leur destination. »

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C’est un défi majeur alors que les explorateurs de l’ère d’Artémis se préparent pour les premières missions modernes sur la Lune, et la toute première au pôle Sud. Le soleil ne s’y élève jamais à plus de 3 degrés au-dessus de l’horizon lunaire, laissant une grande partie du terrain dans l’ombre profonde. Cela rend les distances aux différents points d’intérêt difficiles à observer.

Michael Zanetti, un scientifique planétaire de la NASA au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, lève le cône Cinder sur le champ volcanique de Potrillo au Nouveau-Mexique à la fin de 2021, testant le prototype de la taille d’un sac à dos de la valise de navigation et de cartographie de la NASA (KNaCK). Un scanner Lidar portable est actuellement en cours de développement pour soutenir les missions d’exploration lunaire et scientifiques. (Avec l’aimable autorisation de la NASA/Michael Zanetti)

Cartographie précise sans GPS

Le projet KNaCK a démarré en 2020 avec un financement de la NASA Early Career Initiative techniques de la torche Développer le prototype de sac à dos et les algorithmes de navigation associés qui permettent une cartographie précise sans GPS. Le vendeur commercial du projet, Aeva Inc. à Mountain View, en Californie, pour fournir et prendre en charge les capteurs FMCW-Lidar, et travailler avec la NASA pour améliorer le système de détection Lidar du sac à dos pour une utilisation sur la Lune et d’autres missions humaines au-delà de la planète.

En utilisant KNaCK lors d’expéditions itinérantes et lors de voyages à pied, les explorateurs peuvent cartographier avec précision le terrain d’un paysage, y compris les vallées profondes, les montagnes et les grottes. Lidar fonctionne également dans le noir de vous, soulageant les astronautes de la nécessité de transporter des appareils d’éclairage encombrants partout où ils vont.

« En tant qu’êtres humains, nous avons tendance à nous orienter en fonction de points de repère – un bâtiment spécifique, un bosquet d’arbres », a déclaré Zanetti. « Ces choses n’existent pas sur la Lune. KNaCK permettra continuellement aux explorateurs passant à la surface de déterminer leur mouvement et leur direction et de les diriger vers des sommets éloignés ou leur base d’opérations. Ils peuvent même localiser des endroits spécifiques où ils ont trouvé des minéraux ou formations rocheuses, afin que d’autres puissent facilement revenir pour en savoir plus ».

Ceci est vital pour les astronautes 24 heures sur 24, car leurs vols sont limités par l’apport d’oxygène dans leurs combinaisons. Zanetti a déclaré que la précision haute résolution de KNaCK – un ordre de grandeur supérieur aux cartes de terrain lunaires et aux modèles d’élévation traditionnels – en fait une ressource vitale pour mener des opérations et des missions scientifiques à 238 900 milles du contrôle de mission.

Cette vidéo d’un UAV atterrissant dans un désert poussiéreux du Nouveau-Mexique montre comment la technologie KNaCK – qui utilise les données 4D FMCW-Lidar du fournisseur de la NASA Aeva de Mountain View, Californie. En haut à droite; et les données de vitesse Doppler pour le lidar. Ce dernier suit la vitesse et la direction des particules de poussière déplacées par le drone descendant, le rouge indiquant les particules de poussière s’éloignant du scanner et le bleu indiquant celles qui s’en approchent. Ces capacités, actuellement développées par des chercheurs du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pourraient bénéficier à de futures missions scientifiques dans d’autres mondes et permettre une cartographie topographique en temps réel par les explorateurs.
(Avec l’aimable autorisation de la NASA/Michael Zanetti)

Minimiser les appareils

Les appareils ont reçu un autre test majeur sur le terrain en avril 2022 au Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI) de la NASA à Kilburn Hall, au Nouveau-Mexique. L’équipe a précédemment mis le système KNaCK à l’épreuve dans cet ancien cratère volcanique – estimé entre 25 000 et 80 000 ans – en novembre 2021. Ils l’ont également récemment utilisé pour effectuer une reconstruction 3D des dunes marines de 6 milles à Kennedy Space Center NASA en Floride, qui protège les principales rampes de lancement de fusées. Les ingénieurs Kennedy et Marshall continueront d’utiliser KNaCK pour évaluer l’impact des tempêtes sur l’érosion des dunes, garantissant ainsi la sécurité des futures missions de vol tout en améliorant le système.

Ensuite, l’équipe KNaCK travaillera à la miniaturisation des appareils – un prototype de sac à dos pèse environ 40 livres – et au renforcement de l’électronique sensible contre les effets opposés de la microgravité et du rayonnement solaire.

« Bénéficiant des dernières avancées de la technologie Lidar de ÉvaZanetti a déclaré que la prochaine génération de notre unité renforcée dans l’espace avec le soutien de Torch Technologies aura la taille d’une canette de soda et pourra permettre des opérations sur la surface lunaire comme jamais auparavant. » Casque d’astronaute – qui devrait laisser beaucoup de place dans les sacs à dos polyvalents pour les alpinistes lunaires sur l’avenir.

Source : NASA.

Delphine Perrault

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