NASA Memperbaik Dan Mengurangkan Saiz Sumber Lidar

Musim panas ini, jurutera di Pentadbiran Aeronautik dan Angkasa Lepas Kebangsaan (NASA) merancang untuk menguji set teknologi laser serba baharu pada kapal terbang yang direka untuk penyelidikan penderiaan jauh dalam sains Bumi.
Selain itu, set instrumen LiDAR ini juga mempunyai keupayaan untuk menambah baik model bentuk bulan, dan dijangka membantu dalam menentukan tapak pendaratan program penerokaan bulan Artemis.
Prinsip operasi teras LIDAR terletak pada pengiraan jarak dengan mengukur masa yang diperlukan untuk pancaran laser memantulkan permukaan dan kembali ke instrumen. Pantulan berbilang laser bukan sahaja memberikan halaju relatif sasaran, tetapi juga menjana imej tiga dimensi itu. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknik ini telah berkembang menjadi alat penting untuk saintis dan peneroka NASA untuk navigasi, pemetaan dan pengumpulan data saintifik.
Jurutera dan saintis di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, terus berusaha untuk mengoptimumkan LiDAR menjadi alat yang lebih kecil, ringan dan kaya ciri untuk penerokaan saintifik, disokong oleh perkakasan yang disediakan oleh perniagaan kecil dan rakan kongsi akademik.
Lidar pengimejan 3D sedia ada bergelut untuk mencapai resolusi 50-milimeter (2-}inci) yang diperlukan untuk memastikan panduan, navigasi dan teknologi kawalan yang diperlukan untuk pendaratan yang tepat dan selamat untuk misi penerokaan robot dan manusia pada masa hadapan," kata jurutera pasukan Jeffrey Chen. Sistem sedia ada tidak dapat memenuhi kedua-dua lidar pengesanan bahaya 3D dan fungsi lidar Doppler navigasi secara serentak."
Untuk menangani cabaran ini, Goddard Space Flight Centre membangunkan sistem CASALS, Concurrent Artificial Intelligence Spectral dan Sistem Lidar Adaptive. Sistem itu, yang dihidupkan melalui program penyelidikan dan pembangunan dalaman Goddard, menggunakan parut seperti prisma untuk memancarkan laser boleh melaras, yang menyebarkan pancaran dengan mengubah panjang gelombang laser.
CASALS menggunakan teknologi yang lebih maju daripada nadi LIDAR panjang gelombang tetap tradisional. Walaupun denyutan LIDAR konvensional bergantung pada cermin besar dan kanta untuk membelah laser kepada berbilang rasuk, CASALS meliputi lebih banyak kawasan permukaan planet setiap imbasan berbanding LIDAR yang telah digunakan selama beberapa dekad untuk mengukur Bumi, Bulan dan Marikh.
Kelebihan ketara CASALS ialah saiznya yang lebih kecil, berat yang lebih ringan dan keperluan kuasa yang lebih rendah, yang menjadikannya sesuai untuk satelit kecil serta peranti pegang tangan atau mudah alih, yang membawa kepada janji aplikasi dunia sebenar pada permukaan bulan. Pasukan CASALS kerja penyelidikan dan pembangunan telah dibiayai oleh Pejabat Sains dan Teknologi Bumi NASA, dan mereka merancang untuk menguji versi sistem yang lebih baik di atas kapal terbang pada tahun 2024 untuk membawanya lebih dekat kepada kesediaan untuk aplikasi penerbangan angkasa lepas.
Panjang Gelombang Berbeza
Dengan pembiayaan daripada Goddard IRAD dan SBIR (Program Penyelidikan Inovasi Perniagaan Kecil NASA), pasukan CASALS, dengan kerjasama rakan komersial Axsun Technologies dan Freedom Photonics, telah berjaya membangunkan laser penalaan pantas baharu untuk sains Bumi dan penerokaan planet yang direka khusus. untuk digunakan dalam bahagian 1 μm spektrum inframerah. bahagian spektrum inframerah. Sebaliknya, LiDAR, yang biasa digunakan dalam pembangunan kereta pandu sendiri, biasanya menggunakan laser 1.5μm untuk menentukan jarak dan kelajuan.
Ian Adams, ketua teknologi Goddard untuk geosains, menjelaskan bahawa di Bumi, laser dengan panjang gelombang hampir 1 μm dapat dengan mudah menembusi atmosfera, dengan berkesan membezakan tumbuh-tumbuhan daripada tanah kosong. Khususnya, laser dengan panjang gelombang di sekitar 0.97 dan 1.45 mikron, sambil memberikan maklumat berharga tentang wap air di atmosfera Bumi, tidak merambat dengan berkesan ke permukaan.
Dalam projek yang berkaitan, pasukan itu bekerjasama rapat dengan Left Hand Design Corporation untuk membangunkan cermin stereng yang direka untuk memanjangkan liputan pengimejan 3D dan meningkatkan resolusi CASALS. Adams menyatakan bahawa kadar nadi lidar yang lebih tinggi boleh meningkatkan sensitiviti isyarat, yang dalam pusingan akan membolehkan pengukuran jarak dan kelajuan dalam julat 60-batu. Ini amat penting untuk misi yang merancang untuk mendarat berhampiran kutub selatan bulan, di mana keupayaan pengimejan CASALS yang lebih tajam akan membantu menilai keselamatan tapak pendaratan yang berpotensi.
Memberi tumpuan kepada Bulan
Untuk membina model 3D Bulan yang lebih halus, saintis planet Goddard, Erwan Mazarico, projek IRAD sedang berusaha untuk meningkatkan keupayaan CASALS untuk mengukur butiran permukaan yang lebih kecil daripada 1 meter (3 kaki). Beliau menekankan bahawa ini akan membantu kita memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang struktur bawah permukaan Bulan dan perubahannya dari semasa ke semasa. Terutama sekali, setiap bulan, laluan Bumi merentasi langit bulan mengalihkan bahagian tengah sisi menghadap Bumi sebanyak 10 hingga 20 darjah.
Mazarico menjelaskan lagi, "Berdasarkan pengetahuan kami tentang struktur dalaman Bulan, kami meramalkan bahawa perubahan berterusan dalam graviti Bumi boleh mengubah bonjolan pasang surut atau bentuk Bulan. Dengan membuat ukuran resolusi tinggi ubah bentuk ini, kami boleh mendapatkan lebih banyak maklumat tentang potensi perubahan dalam bahagian dalam Bulan. Sebagai contoh, kita boleh meneroka sama ada bahagian dalam Bulan bertindak balas seolah-olah ia adalah satu keseluruhan yang bersatu sepenuhnya."
Sejak 2009, Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) NASA telah mengambil ukuran satelit semula jadi Bumi ini, mensimulasikan rupa bumi bulan dan membuat banyak penemuan dengan bantuan Lunar Orbiting Lidar Altimeter (LOLA), yang memancarkan 28 denyutan laser setiap kedua, dibahagikan kepada lima rasuk, setiap satunya meliputi tanah pada jarak antara 65 kaki hingga 100 kaki. Para saintis menggunakan imej daripada LRO untuk menganggarkan apa yang berlaku kepada ciri permukaan yang lebih kecil antara pengukuran laser.
Walau bagaimanapun, laser CASALS mampu menjana ratusan ribu denyutan sesaat, dengan ketara mengurangkan jarak antara ukuran permukaan. "Sebuah set data yang lebih padat dan lebih tepat akan membolehkan kami melihat ciri yang lebih kecil, " kata Mazarico, sambil menambah bahawa ciri ini boleh berpunca daripada kesan, aktiviti gunung berapi atau pergerakan tektonik, "dan kita bercakap tentang susunan peningkatan magnitud. Dalam dari segi jenis data yang kami peroleh daripada LiDAR, ini boleh menjadi penukar permainan yang lengkap."