Imagina una expedición de montañismo en un entorno completamente desconocido, donde los excursionistas tienen la capacidad de crear un mapa 3D del terreno en tiempo real. Los investigadores de la NASA y los socios de la industria han desarrollado un sistema de mapas de detección remota para ayudar a los exploradores en el desierto más aislado que se pueda imaginar: el desierto sin aire del polo sur de la luna.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) es un escáner Lidar portátil, un método de detección remota que utiliza detección de luz y un rango de luz láser para medir el rango. Usado como una mochila para un excursionista, utiliza un tipo innovador de lidar llamado lidar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) para proporcionar velocidad Doppler y un rango de millones de puntos de medición por segundo. Estos puntos de medición crean instantáneamente un sistema de navegación en tiempo real, proporcionando al navegador una “nube de puntos” en 3D o un mapa de alta resolución del terreno circundante.

Versión ultrapotente de telémetros láser

“Piense en ello como una versión súper poderosa de los telémetros láser que usan los topógrafos o las alarmas de proximidad altamente sensibles que ayudan a los autos inteligentes a evitar colisiones”, dijo el científico planetario Dr. Michael Zanetti, quien dirige el proyecto KNaCK en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. en Huntsville… Alabama.

“Esencialmente, el sensor es una herramienta de escaneo tanto para la navegación científica como para el mapeo, capaz de crear mapas 3D de ultra alta resolución con una precisión de nivel centimétrico y darles un rico contexto científico”, dijo Zanetti. “También ayudará a garantizar la seguridad de los astronautas y los vehículos itinerantes en un entorno restringido usando GPS como la luna, determinando distancias reales a puntos de referencia distantes y mostrando a los exploradores en tiempo real cuánto han recorrido y cuánto les queda para llegar a su destino”. destino.”

Este es un desafío importante ya que los exploradores de la era de Artemisa se preparan para las primeras misiones modernas a la Luna y la primera al Polo Sur. El sol nunca se eleva más de 3 grados sobre el horizonte lunar allí, dejando gran parte del terreno en sombras profundas. Esto hace que las distancias a diferentes puntos de interés sean difíciles de observar.

Mapeo preciso sin GPS

El proyecto KNaCK comenzó en 2020 con fondos de la Iniciativa de Carrera Temprana de la NASA técnicas de antorcha Desarrollar el prototipo de mochila y los algoritmos de navegación asociados que permitan un mapeo preciso sin GPS. El vendedor comercial del proyecto, Aeva Inc. en Mountain View, California, para suministrar y respaldar los sensores FMCW-Lidar, y trabajar con la NASA para mejorar el sistema de detección Lidar de la mochila para su uso en la Luna y otras misiones humanas más allá del planeta.

Usando KNaCK durante expediciones itinerantes y cuando viajan a pie, los exploradores pueden mapear con precisión el terreno de un paisaje, incluidos valles profundos, montañas y cuevas. Lidar también funciona en la oscuridad, aliviando a los astronautas de la necesidad de llevar dispositivos de iluminación engorrosos a donde quiera que vayan.

“Como humanos, tendemos a orientarnos en función de puntos de referencia: un edificio específico, una arboleda”, dijo Zanetti. “Estas cosas no existen en la Luna. KNaCK permitirá continuamente a los exploradores que pasen por la superficie determinar su movimiento y dirección y dirigirlos a picos distantes o su base de operaciones. Incluso pueden señalar ubicaciones específicas donde han encontrado algún mineral único o formaciones rocosas, para que otros puedan volver fácilmente para más el estudio “.

Esto es vital para los astronautas durante todo el día, ya que sus vuelos están limitados por el suministro de oxígeno en sus trajes. Zanetti dijo que la precisión de alta resolución de KNaCK, un orden de magnitud mayor que los mapas tradicionales del terreno lunar y los modelos de elevación, lo convierte en un recurso vital para realizar operaciones y misiones científicas a 238,900 millas del control de la misión.

Este video de un UAV aterrizando en un polvoriento desierto de Nuevo México muestra cómo la tecnología KNaCK, que utiliza datos 4D FMCW-Lidar del proveedor de la NASA Aeva de Mountain View, California. En el panel superior izquierdo se muestran los datos de la banda LIDAR, en el superior derecha; y datos de velocidad Doppler para lidar. Este último rastrea la velocidad y la dirección de las partículas de polvo movidas por el dron descendente, con el rojo que indica las partículas de polvo que se alejan del escáner y el azul que las que se mueven hacia él. Estas capacidades, que ahora están siendo desarrolladas por investigadores del Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, podrían beneficiar futuras misiones científicas a otros mundos y permitir que los exploradores realicen mapas topográficos en tiempo real.
(Cortesía: NASA/Michael Zanetti)

Minimizar dispositivos

Los dispositivos recibieron otra prueba de campo importante en abril de 2022 en el Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar (SSERVI) de la NASA en Kilburn Hall, Nuevo México. El equipo previamente puso a prueba el sistema KNaCK en ese antiguo cráter volcánico, que se estima que tiene entre 25,000 y 80,000 años, en noviembre de 2021. También lo usaron recientemente para realizar una reconstrucción en 3-D de la barrera de dunas marinas de 6 millas en Kennedy Space Center NASA en Florida, que protege las plataformas de lanzamiento de cohetes principales. Los ingenieros de Kennedy y Marshall seguirán utilizando KNaCK para evaluar el impacto de las tormentas en la erosión de las dunas, lo que garantiza la seguridad de futuras misiones de vuelo a medida que mejoran el sistema.

A continuación, el equipo de KNaCK trabajará en la miniaturización de los dispositivos (un prototipo de mochila pesa alrededor de 40 libras) y fortalecerá la electrónica sensible contra los efectos opuestos de la microgravedad y la radiación solar.

“Beneficiándose de los últimos avances en tecnología Lidar de EvaZanetti dijo que la próxima generación de nuestra unidad reforzada para el espacio con el apoyo de Torch Technologies será del tamaño de una lata de refresco y podrá permitir operaciones en la superficie lunar como nunca antes”. para montañeros lunares en el futuro.

Fuente: NASA.