NASA brengt de maan in kaart met Lidar
Donderdag 19 mei 2022
Onderzoekers van de ruimtevaartorganisatie NASA en partners uit de industrie hebben een teledetectiesysteem ontwikkeld om ontdekkingsreizigers te helpen navigeren in de luchtledige woestenij op de zuidpool van de maan.
De Kinematic Navigation and Cartography Knapsack (KNaCK) is een mobiele lidar-scanner – een teledetectiemethode die gebruik maakt van lichtdetectie en laserlicht om het bereik te meten. Daarbij wordt gebruik gemaakt van frequentie gemoduleerde continue golf (FMCW) lidar om Doppler snelheid en bereik voor miljoenen meetpunten per seconde te leveren. Deze meetpunten creëren onmiddellijk een real-time navigatiesysteem, dat een 3D puntenwolk of hoge-resolutiekaart van het omliggende terrein levert.
Een drone in de stoffige woestijn van New Mexico demonstreert hoe de KNaCK technologie werkt: real-time high-definition videobeelden worden gecombineerd met lidar ranging gegevens en lidar Doppler snelheidsgegevens. Beeld: NASA/Michael Zanetti
Met behulp van KNaCK kunnen astronauten tijdens verkenningstochten met een rover en te voet de topografie van het landschap nauwkeurig in kaart brengen, met inbegrip van diepe ravijnen, bergen en grotten. Lidar werkt zelfs in het pikkedonker, zodat astronauten geen onhandige lichtinstallaties meer hoeven mee te slepen.
“In principe is de sensor een landmeetinstrument voor zowel navigatie als wetenschappelijke kartering, dat in staat is om ultrahoge-resolutie 3D-kaarten op centimeter-niveau te maken en ze een rijke wetenschappelijke context te geven,” zegt planetair wetenschapper dr. Michael Zanetti, die het KNaCK-project leidt bij NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. “Het zal helpen de veiligheid van astronauten en rover-voertuigen te garanderen in een omgeving zonder GPS, zoals de maan, door de werkelijke afstanden tot verafgelegen oriëntatiepunten te bepalen en de astronauten in real time te laten zien hoe ver ze zijn gekomen en hoe ver het nog is naar hun bestemming. Dat is van vitaal belang omdat excursies worden beperkt door de zuurstofvoorraad die astronauten in hun pakken kunnen meenemen.”
Artemis
KnaCK komt van pas nu astronauten zich in het Artemis-tijdperk voorbereiden op de eerste moderne missies en voor het eerst ook naar de zuidpool van de maan. De zon komt daar nooit meer dan 3 graden boven de maanhorizon, waardoor een groot deel van het terrein in diepe schaduw ligt, wat fotogrammetrie onmogelijk maakt.
Het KnaCK-project ging in 2020 van start met financiering van NASA’s Early Career Initiative. Het werkt samen met Torch Technologies Inc. uit Huntsville om het prototype van de rugzak en de bijbehorende navigatiealgoritmen te ontwikkelen die nauwkeurige kartering zonder GPS mogelijk maken. De commerciële leverancier van het project, Aeva Inc. uit Mountain View, Californië, levert FMCW-lidar sensoren en ondersteuning, en werkt samen met NASA om het lidar-detectiesysteem van de rugzak te verbeteren voor buitenplanetaire menselijke excursies.
De hardware zal nog diverse veldtests ondergaan en vervolgens gaat het KNaCK team werken aan de miniaturisatie; nu zit het systeem nog in een flinke rugzak van 20 kilo, straks moet het in een frisdrankblikje passen. Ook wordt verder gewerkt aan het beschermen van de gevoelige elektronica tegen de effecten van microzwaartekracht en zonnestraling.
Meer informatie is te vinden op de website van NASA.
Beeld bovenaan: Michael Zanetti (NASA), test de rugzak eind 2021 in een vulkaankrater in New Mexico. Credits: NASA/Michael Zanetti
Reacties