“Lunar Backpack” NASA yang baru dapat membuat peta medan 3D waktu nyata untuk membantu penjelajah bulan

Michael Zanetti, seorang ilmuwan planet NASA di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, mengangkat kerucut Cinder di ladang vulkanik Potrillo New Mexico pada akhir tahun 2021, menguji prototipe Tas Navigasi dan Pemetaan NASA (KNaCK) berukuran ransel. Pemindai lidar seluler sekarang sedang dikembangkan untuk mendukung eksplorasi bulan dan misi sains. Kredit: NASA/Michael Zanetti

Pikirkan ekspedisi pendakian gunung di lingkungan yang sama sekali tidak dikenal, di mana pejalan kaki memiliki kemampuan untuk membuat peta 3D medan secara real time. NASA Para peneliti dan mitra industri telah mengembangkan sistem peta penginderaan jauh yang akan membantu penjelajah di salah satu daerah paling terpencil yang bisa dibayangkan: gurun tanpa udara di kutub selatan bulan.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) adalah pemindai lidar portabel – teknologi penginderaan jauh yang mengukur jarak menggunakan deteksi cahaya dan sinar laser. Ini dikenakan seperti ransel hiking dan menggunakan jenis lidar inovatif yang disebut lidar gelombang kontinu termodulasi frekuensi (FMCW) untuk memberikan kecepatan dan jangkauan Doppler hingga jutaan titik data per detik. Titik pengukuran ini menciptakan sistem navigasi waktu nyata, menyediakan navigator dengan “titik cloud” 3D atau representasi resolusi tinggi dari lingkungan sekitarnya.

Anggap saja versi supercharged dari pengukur jarak laser yang digunakan surveyor atau alarm kedekatan yang sangat sensitif yang membantu mobil pintar menghindari tabrakan, menurut ilmuwan planet Dr. Michael Zanetti, yang memimpin proyek KNaCK di NASA’s Marshall Space Flight Center di Huntsville, Alabama.

“Pada dasarnya, sensor adalah alat pemindaian untuk navigasi dan pemetaan ilmiah, yang mampu membuat peta 3D beresolusi sangat tinggi dengan akurasi tingkat sentimeter dan memberi mereka konteks ilmiah yang kaya,” kata Zanetti. “Ini juga akan membantu memastikan keselamatan astronot dan kendaraan keliling di lingkungan terbatas menggunakan GPS seperti bulan, menentukan jarak sebenarnya ke landmark yang jauh dan menunjukkan penjelajah secara real time seberapa jauh mereka telah datang dan seberapa jauh lagi untuk mencapai mereka. tujuan.”

Ini adalah tantangan besar karena penjelajah zaman Artemis mempersiapkan misi modern pertama ke Bulan, dan yang pertama ke Kutub Selatan. Matahari tidak pernah terbit lebih dari 3 derajat di atas cakrawala bulan di sana, meninggalkan sebagian besar medan dalam bayangan yang dalam. Hal ini membuat jarak ke berbagai tempat menarik sulit untuk dilihat dengan bola mata.

Video pendaratan UAV di gurun pasir New Mexico yang berdebu ini menunjukkan bagaimana teknologi KNaCK — yang memanfaatkan data 4D FMCW-lidar dari NASA Aeva Inc. Terlihat di panel kiri atas; data pita lidar, kanan atas; dan data kecepatan Doppler untuk lidar. Yang terakhir melacak kecepatan dan arah partikel debu yang digerakkan oleh drone yang turun, dengan warna merah menunjukkan partikel debu menjauh dari pemindai dan biru menunjukkan mereka bergerak ke arahnya. Kemampuan ini, yang sekarang sedang dikembangkan oleh para peneliti di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, dapat bermanfaat bagi misi sains masa depan ke dunia lain serta memungkinkan pemetaan topografi waktu nyata oleh para penjelajah. Kredit: NASA/Michael Zanetti

Proyek KNaCK, yang dimulai pada tahun 2020 dengan dana dari NASA Early Career Initiative, bekerja sama dengan Torch Technologies Inc. di Huntsville untuk mengembangkan prototipe ransel dan algoritme navigasi terkait yang memungkinkan pemetaan akurat tanpa GPS. Penjual komersial proyek, Aeva Inc. di Mountain View, California, untuk memasok sensor dan dukungan FMCW-lidar, dan bekerja sama dengan NASA untuk meningkatkan Sistem Penginderaan Ransel untuk digunakan di Bulan dan ekspedisi manusia lainnya di luar planet ini.

Menggunakan KNaCK selama ekspedisi keliling dan saat bepergian dengan berjalan kaki, penjelajah dapat secara akurat memetakan medan lanskap, termasuk lembah, gunung, dan gua yang dalam. Lidar bekerja bahkan dalam kegelapan Anda, membebaskan astronot dari keharusan membawa perangkat penerangan yang rumit ke mana pun mereka pergi.

“Sebagai manusia, kita cenderung mengorientasikan diri berdasarkan landmark—bangunan tertentu, rerimbunan pohon,” kata Zanetti. “Hal-hal ini tidak ada di Bulan. KNaCK akan terus memungkinkan penjelajah melewati permukaan untuk menentukan pergerakan dan arah mereka dan mengarahkan mereka ke puncak yang jauh atau ke basis operasi mereka. Mereka bahkan dapat menentukan lokasi spesifik di mana mereka telah menemukan beberapa mineral unik. atau formasi batuan, sehingga orang lain dapat dengan mudah kembali untuk belajar lebih banyak”.

Ini sangat penting bagi astronot sepanjang waktu, karena penerbangan mereka dibatasi oleh pasokan oksigen dalam pakaian mereka. Zanetti mengatakan presisi resolusi tinggi KNaCK – urutan besarnya lebih besar dari peta medan bulan tradisional dan model ketinggian – menjadikannya sumber daya penting untuk melakukan operasi dan misi sains 238.900 mil dari kendali misi.

Perangkat ini akan menjalani uji lapangan besar lainnya pada akhir April di NASA’s Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI) di Kilburn Hall, New Mexico. Tim sebelumnya menempatkan sistem KNaCK melalui langkahnya di kawah gunung berapi kuno itu — diperkirakan berusia 25.000-80.000 tahun — pada November 2021. Mereka juga baru-baru ini menggunakannya untuk melakukan rekonstruksi 3-D dari bukit pasir penghalang laut sepanjang 6 mil di Kennedy Space Center NASA di Florida, yang melindungi landasan peluncuran roket utama. Insinyur Kennedy dan Marshall akan terus menggunakan KNaCK untuk menilai dampak badai pada erosi bukit pasir, memastikan keamanan misi penerbangan masa depan saat mereka meningkatkan sistem.

Selanjutnya, tim KNaCK akan bekerja pada miniaturisasi perangkat – prototipe ransel beratnya sekitar 40 pon – dan memperkuat elektronik sensitif terhadap efek berlawanan dari gayaberat mikro dan radiasi matahari.

“Memanfaatkan kemajuan terbaru dalam teknologi lidar dari Aeva, generasi berikutnya dari unit luar angkasa kami yang ditenagai oleh Torch Technologies akan seukuran kaleng soda dan dapat memungkinkan operasi permukaan bulan tidak seperti sebelumnya,” kata Zanetti. Dia membayangkan itu dipasang di kereta atau di sisi helm astronot — yang seharusnya menyisakan banyak ruang di ransel serbaguna untuk pendaki gunung bulan di masa depan.