“Lunar Backpack” Baru NASA Dapat Menghasilkan Peta Medan 3D Real-Time Untuk Membantu Penjelajah Bulan

Pertimbangkan ekspedisi pendakian gunung di lingkungan yang sama sekali belum dipetakan, di mana para pejalan kaki memiliki kemampuan untuk menghasilkan peta medan 3D secara real-time. NASA peneliti dan mitra industri telah mengembangkan sistem pemetaan penginderaan jauh yang akan membantu penjelajah di salah satu daerah terpencil yang paling bisa dibayangkan: gurun tanpa udara di Kutub Selatan Bulan.

Kinematic Navigation and Cartography Knapsack (KNaCK) adalah pemindai LIDAR bergerak – teknologi penginderaan jauh yang mengukur jarak menggunakan deteksi cahaya dan jangkauan sinar laser. Ini dikenakan seperti ransel hiking berkelanjutan dan menggunakan jenis lidar inovatif yang disebut frekuensi termodulasi gelombang (FMCW) lidar untuk menawarkan kecepatan dan jangkauan Doppler untuk jutaan titik data per detik. Titik-titik pengukuran ini menghasilkan sistem navigasi waktu nyata, yang menyediakan “point cloud” 3D atau representasi resolusi tinggi dari lingkungan sekitar kepada penjelajah.

Anggap saja sebagai versi supercharged dari pencari jangkauan laser yang digunakan oleh surveyor atau alarm jarak 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 survei untuk navigasi dan pemetaan sains, mampu membuat peta 3D beresolusi sangat tinggi pada tingkat presisi sentimeter dan memberi mereka konteks ilmiah yang kaya,” kata Zanetti. “Ini juga akan membantu memastikan keselamatan astronot dan kendaraan rover di lingkungan yang ditolak GPS seperti Bulan, mengidentifikasi jarak sebenarnya ke landmark yang jauh dan menunjukkan kepada penjelajah secara real time seberapa jauh mereka telah datang dan seberapa jauh yang tersisa untuk dicapai. pergi untuk mencapai tujuan mereka.”

Itulah tantangan utama saat penjelajah era Artemis bersiap untuk melakukan 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, sebagian besar medan dalam bayang-bayang yang dalam pergi. Itu membuat jarak ke berbagai tempat menarik sulit dijangkau.

Video pendaratan drone UAV di gurun pasir New Mexico yang berdebu ini menunjukkan bagaimana teknologi KNaCK – memanfaatkan data 4D FMCW-lidar dari vendor NASA Aeva Inc. dari Mountain View, California – menggabungkan pencitraan video definisi tinggi langsung dan real-time, seperti yang terlihat di panel kiri atas; data rentang lidar, di kanan atas; dan data kecepatan Doppler lidar. Yang terakhir melacak kecepatan dan arah partikel debu yang ditendang oleh drone yang turun, dengan partikel penunjuk merah bergerak menjauh dari pemindai dan biru menunjukkan partikel yang bergerak ke arahnya. Kemampuan seperti itu, yang sekarang sedang dikembangkan oleh para peneliti di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, dapat bermanfaat bagi misi sains masa depan di dunia lain selain memungkinkan pemetaan topografi waktu nyata oleh para penjelajah. Kredit: NASA/Michael Zanetti

Dimulai pada tahun 2020 dengan pendanaan dari Inisiatif Karir Awal NASA, proyek KNaCK telah bermitra dengan Torch Technologies Inc. dari Huntsville untuk mengembangkan prototipe ransel dan algoritma navigasi terkait yang memungkinkan pemetaan akurat tanpa GPS. Vendor komersial proyek, Aeva Inc. Mountain View, California, memasok sensor dan dukungan FMCW-lidar, bekerja sama dengan NASA untuk meningkatkan sistem penginderaan lidar ransel untuk digunakan di Bulan dan perjalanan manusia di luar planet lainnya.

Dengan menggunakan KNaCK selama perjalanan penjelajah dan saat bepergian dengan berjalan kaki, para penjelajah dapat dengan tepat memetakan topografi lanskap, termasuk jurang yang dalam, pegunungan, dan gua. Lidar bahkan bekerja dalam kegelapan pekat, sehingga astronot tidak perlu mengangkut peralatan penerangan yang rumit ke mana pun mereka pergi.

“Sebagai manusia, kita cenderung mengorientasikan diri berdasarkan landmark – bangunan tertentu, rerimbunan pohon,” kata Zanetti. “Hal-hal itu tidak ada di Bulan. KNaCK akan terus memungkinkan penjelajah melintasi permukaan untuk menentukan gerakan, arah, dan orientasi mereka ke puncak yang jauh atau ke basis operasi mereka. Mereka bahkan dapat menandai situs tertentu di mana mereka menemukan beberapa mineral atau formasi batuan yang unik, sehingga yang lain dapat dengan mudah kembali untuk studi lebih lanjut.”

Itu penting bagi astronot pada jam, perjalanan mereka dibatasi oleh pasokan oksigen dalam pakaian mereka. Ketepatan resolusi ultra-tinggi KNaCK – urutan besarnya lebih besar daripada peta bulan konvensional dan model ketinggian – menjadikannya sumber daya penting untuk operasi sains dan misi 238.900 mil jauhnya dari kendali misi, kata Zanetti.

Perangkat keras akan mendapatkan uji lapangan besar lainnya pada akhir April di NASA’s Solar System Exploration Research Virtual Institute (SSERVI) di Kilbourne Hole, 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 menggunakannya baru-baru ini untuk melakukan rekonstruksi 3D dari bukit pasir penghalang laut sepanjang 6 mil di Kennedy Space Center NASA di Florida, yang melindungi landasan peluncuran roket utamanya. Insinyur Kennedy dan Marshall akan terus menggunakan KNaCK untuk menilai dampak badai pada erosi bukit pasir, memastikan keamanan misi penerbangan masa depan saat mereka menyempurnakan sistem lebih lanjut.

Selanjutnya, tim KNaCK akan bekerja untuk mengecilkan perangkat keras – prototipe ransel beratnya sekitar 40 pon – dan mengeraskan elektronik sensitif terhadap efek buruk dari gayaberat mikro dan radiasi matahari.

“Mengambil keuntungan dari kemajuan terbaru dalam teknologi lidar dari Aeva, unit pengerasan ruang generasi berikutnya kami dengan dukungan dari Torch Technologies akan seukuran kaleng soda dan dapat memungkinkan operasi permukaan bulan tidak seperti sebelumnya,” kata Zanetti. Dia membayangkan memasangnya di rover atau di sisi helm astronot – yang seharusnya menyisakan banyak ruang di ransel serba guna pendaki gunung bulan di masa depan.