Il nuovo “Zaino lunare” della NASA può creare una mappa del terreno 3D in tempo reale per aiutare gli esploratori lunari

Michael Zanetti, scienziato planetario della NASA presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, solleva il cono di cenere nel campo vulcanico di Potrillo nel New Mexico alla fine del 2021, testando il prototipo della dimensione dello zaino della NASA Navigational and Mapping Suitcase (KNaCK) . Uno scanner lidar mobile è ora in fase di sviluppo per supportare l’esplorazione lunare e le missioni scientifiche. Credito: NASA/Michael Zanetti

Pensa a una spedizione di alpinismo in un ambiente completamente sconosciuto, in cui gli escursionisti hanno avuto la possibilità di creare una mappa 3D del terreno in tempo reale. Nasa Ricercatori e partner industriali hanno sviluppato un sistema di mappe di telerilevamento che aiuterà gli esploratori in una delle regioni più remote immaginabili: le lande desolate senz’aria del polo sud della luna.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) è uno scanner lidar portatile, una tecnologia di telerilevamento che misura la distanza utilizzando il rilevamento della luce e la luce laser. È indossato come uno zaino da trekking e utilizza un tipo innovativo di lidar chiamato lidar a onda continua modulata in frequenza (FMCW) per fornire velocità Doppler e portata a milioni di punti dati al secondo. Questi punti di misurazione creano un sistema di navigazione in tempo reale, fornendo al navigatore una “nuvola di punti” 3D o una rappresentazione ad alta risoluzione dell’ambiente circostante.

Consideralo una versione sovralimentata dei telemetri laser utilizzati dai topografi o degli allarmi di prossimità altamente sensibili che aiutano le auto intelligenti a evitare le collisioni, secondo lo scienziato planetario Dr. Michael Zanetti, che guida il progetto KNaCK presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama.

“In sostanza, il sensore è uno strumento di scansione sia per la navigazione scientifica che per la mappatura, in grado di creare mappe 3D ad altissima risoluzione con una precisione a livello di centimetri e fornire loro un ricco contesto scientifico”, ha affermato Zanetti. “Aiuterà anche a garantire la sicurezza degli astronauti e dei veicoli in roaming in un ambiente ristretto utilizzando il GPS come la luna, determinando le distanze effettive da punti di riferimento distanti e mostrando agli esploratori in tempo reale quanto sono arrivati ​​​​e fino a che punto sono rimasti. raggiungere la loro destinazione”.

Questa è una grande sfida mentre gli esploratori dell’era di Artemide si preparano per le prime moderne missioni sulla Luna e le prime in assoluto al Polo Sud. Il sole non sorge mai più di 3 gradi sopra l’orizzonte lunare, lasciando gran parte del terreno in profonda ombra. Ciò rende le distanze da diversi punti di interesse difficili da vedere.

Questo video di un UAV che atterra in un polveroso deserto del New Mexico mostra come la tecnologia KNaCK, che utilizza i dati 4D FMCW-lidar della NASA Aeva Inc. Visto nel pannello in alto a sinistra; dati della banda lidar, in alto a destra; e dati di velocità Doppler per lidar. Quest’ultimo traccia la velocità e la direzione delle particelle di polvere spostate dal drone in discesa, con il rosso che indica le particelle di polvere che si allontanano dallo scanner e il blu che indica quelle che si muovono verso di esso. Queste capacità, ora sviluppate dai ricercatori del Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, potrebbero avvantaggiare future missioni scientifiche in altri mondi, oltre a consentire la mappatura topografica in tempo reale da parte degli esploratori. Credito: NASA/Michael Zanetti

Avviato nel 2020 con il finanziamento della NASA Early Career Initiative, il progetto KNaCK è in collaborazione con Torch Technologies Inc. a Huntsville per sviluppare il prototipo dello zaino e gli algoritmi di navigazione associati che consentono una mappatura accurata senza GPS. Il venditore commerciale del progetto, Aeva Inc. a Mountain View, in California, per fornire supporto e sensori FMCW-lidar e collaborare con la NASA per migliorare il sistema di rilevamento dello zaino per l’uso sulla Luna e altre spedizioni umane oltre il pianeta.

Usando KNaCK durante le spedizioni itineranti e quando si viaggia a piedi, gli esploratori possono mappare accuratamente il terreno di un paesaggio, comprese profonde vallate, montagne e grotte. Lidar funziona anche nel nero di te, sollevando gli astronauti dal dover portare ingombranti dispositivi di illuminazione ovunque vadano.

“Come esseri umani, tendiamo a orientarci in base a punti di riferimento: un edificio specifico, un boschetto di alberi”, ha detto Zanetti. “Queste cose non esistono sulla Luna. KNaCK consentirà continuamente agli esploratori che passano la superficie di determinare il loro movimento e la direzione e di dirigerli verso picchi lontani o verso la loro base operativa. Possono persino individuare luoghi specifici in cui hanno trovato un minerale unico o formazioni rocciose, in modo che altri possano facilmente tornare per ulteriori studi”.

Questo è vitale per gli astronauti 24 ore su 24, poiché i loro voli sono limitati dall’apporto di ossigeno nelle loro tute. Zanetti ha affermato che la precisione ad alta risoluzione di KNaCK – un ordine di grandezza più grande delle tradizionali mappe del terreno lunare e dei modelli di elevazione – lo rende una risorsa vitale per condurre operazioni e missioni scientifiche entro 238.900 miglia dal controllo della missione.

Il dispositivo sarà sottoposto a un altro importante test sul campo alla fine di aprile presso il Virtual Solar System Exploration Research Institute (SSERVI) della NASA a Kilburn Hall, nel New Mexico. Il team ha precedentemente messo alla prova il sistema KNaCK in quell’antico cratere vulcanico – stimato in 25.000-80.000 anni – nel novembre 2021. Recentemente lo hanno anche utilizzato per eseguire una ricostruzione 3-D delle dune di barriera lunghe 6 miglia presso il Kennedy Space Center For NASA in Florida, che protegge le principali piattaforme di lancio dei razzi. Gli ingegneri Kennedy e Marshall continueranno a utilizzare KNaCK per valutare l’impatto delle tempeste sull’erosione delle dune, garantendo la sicurezza delle future missioni di volo mentre migliorano il sistema.

Successivamente, il team di KNaCK lavorerà alla miniaturizzazione dei dispositivi (un prototipo di zaino pesa circa 40 libbre) e al rafforzamento dell’elettronica sensibile contro gli effetti opposti della microgravità e della radiazione solare.

“Sfruttando gli ultimi progressi nella tecnologia lidar di Aeva, la prossima generazione della nostra unità temprata dallo spazio alimentata da Torch Technologies avrà le dimensioni di una lattina e potrà consentire operazioni sulla superficie lunare come mai prima d’ora”, ha affermato Zanetti. Immagina di essere montato su un carro o sul lato del casco di un astronauta, il che dovrebbe lasciare molto spazio in zaini multiuso per i futuri alpinisti lunari.