يمكن لـ “حقيبة ظهر القمر” الجديدة من ناسا إنشاء خرائط طبوغرافية ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي لمساعدة مكتشفي القمر

ضع في اعتبارك رحلة مشي في بيئة غير معروفة تمامًا ، حيث يتمتع المتسلقون بالقدرة على إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي للمناظر الطبيعية. ناسا طور الباحثون وشركاء الصناعة نظام خرائط للاستشعار عن بعد سيساعد الباحثين في المناطق النائية التي يمكن تخيلها: الأراضي القاحلة الخالية من الهواء في القطب الجنوبي للقمر.

حقيبة التنقل الحركية ورسم الخرائط (KNaCK) عبارة عن ماسح ضوئي محمول ليدار – تقنية استشعار عن بعد تقيس المسافة باستخدام الكشف عن الضوء وضوء الليزر. يتم ارتداؤه مثل حقيبة ظهر للمشي لمسافات طويلة ويستخدم نوعًا مبتكرًا من الليدار يسمى ليدار متسلسل معدّل التردد (FMCW) لتوفير سرعة دوبلر ونطاق لملايين نقاط البيانات في الثانية. تعمل نقاط القياس هذه على إنشاء نظام تنقل في الوقت الفعلي يزود Explorer بـ “سحابة نقطية” ثلاثية الأبعاد أو تمثيل عالي الدقة للبيئة المحيطة.

ضع في اعتبارك الإصدار فائق الشحن من أجهزة تحديد المدى بالليزر التي يستخدمها المساحون أو أجهزة الإنذار بالتقارب الحساسة للغاية والتي تساعد السيارات الذكية على تجنب الحوادث.

قال Sonneti: “في الأساس ، يعد المستشعر أداة حاسوبية لكل من الملاحة ورسم الخرائط العلمية ، والتي يمكن أن تولد خرائط ثلاثية الأبعاد فائقة الدقة بدقة السنتيمتر ومنحها بيئة علمية ثرية”. “سيساعد هذا في ضمان سلامة رواد الفضاء والعربات الجوالة في البيئات المحظورة باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مثل القمر ، وتحديد المسافة الحقيقية لعلامات المسافات الطويلة ، وإظهار المسافة التي قطعوها والمسافة التي قطعوها.”

يعد هذا تحديًا كبيرًا حيث يستعد المستكشفون في فترة أرتميس للقيام بمهماتهم الحديثة الأولى إلى القمر. لا تشرق الشمس أكثر من 3 درجات من الأفق القمري هناك ، فالكثير من المناظر الطبيعية في الظل العميق. هذا يجعل من الصعب على العين رؤية المسافة إلى أماكن الاهتمام المختلفة.

فيديو لطائرة بدون طيار تهبط في صحراء نيو مكسيكو المغبرة ، تقنية KNaCK – شركة Aeva Inc. ، وكيل وكالة ناسا في ماونتن فيو ، كاليفورنيا. يوفر بيانات 4D FMCW-lidar – يوضح كيف يدمج تصوير الفيديو عالي الدقة في الوقت الحقيقي. وجدت في اللوحة اليسرى العلوية ؛ البيانات حتى الليدار في أعلى اليمين ؛ وبيانات سرعة دوبلر ليدار. يراقب الأخير سرعة واتجاه جزيئات الغبار التي ركلتها طائرة الهبوط بدون طيار ، مما يشير إلى أن الجزيئات الحمراء تتحرك بعيدًا عن الماسح الضوئي وأن الجزيئات الزرقاء تتحرك باتجاهه. هذه القدرات ، التي يجري تطويرها الآن من قبل الباحثين في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هنتسفيل ، ألاباما ، ستمكن الباحثين من تنفيذ رسم الخرائط الطبوغرافية في الوقت الحقيقي والبعثات العلمية المستقبلية في عوالم أخرى. الائتمان: ناسا / مايكل زانيتي

تم إطلاق مشروع KNaCK في عام 2020 بتمويل من مبادرة الأعمال المبكرة التابعة لوكالة ناسا ، وقد دخل في شراكة مع شركة Torch Technologies Inc. في Huntsville لتطوير محاكيات حقيبة الظهر وخوارزميات التنقل ذات الصلة التي تتيح رسم خرائط دقيقة بدون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). البائع التجاري للمشروع هو Eva Inc. في ماونتن فيو ، كاليفورنيا. يوفر FMCW-Lider أجهزة استشعار ودعمًا ، ويعمل مع وكالة ناسا لتحسين نظام حساسية الليدار الموجود على ظهره للاستخدام في الرحلات البشرية إلى القمر والكواكب الأخرى.

باستخدام KNaCK أثناء الرحلات الاستكشافية للمركبة والسفر بالماشية ، يمكن للمستكشفين رسم خريطة دقيقة لتضاريس المنطقة ، بما في ذلك الوديان العميقة والجبال والكهوف. تعمل طبقة الليدار حتى في الظلام ، مما يخفف من حاجة رواد الفضاء لسحب أجهزة الإضاءة المعقدة أينما ذهبوا.

قالت جانيتي: “كبشر ، نميل إلى تشتيت انتباهنا على أساس الرموز – مبنى معين ، بستان من الأشجار”. “هذه الأشياء ليست على سطح القمر. ستواصل KNaCK مساعدة مستكشفي الأسطح في تحديد اتجاه حركتهم واتجاههم والمسافة إلى القمم أو منصة التشغيل الخاصة بهم. يمكنهم حتى الإشارة إلى مواقع محددة حيث تم العثور على بعض المعادن أو الصخور الفريدة من نوعها ، بحيث يمكن للآخرين العودة بسهولة لمزيد من الدراسة “.

هذا ضروري لرواد الفضاء الذين تقتصر رحلاتهم على تزويد ملابسهم بالأكسجين. قال سونتي إن الدقة الفائقة لـ KNaCK – وهي نطاق أكبر من الخرائط الطبوغرافية القمرية التقليدية ونماذج الارتفاع – تجعلها مورداً رئيسياً لإجراء الأنشطة العلمية وأنشطة البعثة على بعد 238900 ميلاً من التحكم في المهمة.

ستخضع الأجهزة لاختبار ميداني رئيسي آخر في أواخر أبريل في المعهد الافتراضي لأبحاث استكشاف النظام الشمسي التابع لوكالة ناسا (SSERVI) في جيلبورن هول ، نيو مكسيكو. في تشرين الثاني (نوفمبر) 2021 ، وضع الفريق نظام KNaCK بسرعته في بركان قديم يقدر بعمر 25،000-80،000 سنة. لقد استخدموه مؤخرًا لإعادة بناء حواجز بحرية بطول 6 أميال. يحمي مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا في فلوريدا قاذفات الصواريخ الأولية. سيستمر مهندسو كينيدي ومارشال في استخدام KNaCK لتقييم تأثير العواصف على تآكل التلال ، وضمان سلامة الرحلات الجوية المستقبلية ، وتحسين النظام بشكل أكبر.

بعد ذلك ، سيعمل فريق KNaCK على تصغير الأجهزة – يزن النموذج الأولي لحقيبة الظهر حوالي 40 رطلاً – وتقوية الإلكترونيات الحساسة ضد الآثار العقابية للجاذبية الصغرى والإشعاع الشمسي.

قال جانيتي: “بالاستفادة من أحدث التطورات في تقنية ليدار من Eva ، سيكون الجيل التالي من وحدتنا المُصلَّبة بالفضاء بدعم من شركة Torch Technologies بحجم علبة الصودا وتؤدي عمليات سطح القمر بشكل لم يسبق له مثيل”. يتخيل تركيبها على جانب العربة الجوالة أو خوذة رائد فضاء – مما يترك مساحة كبيرة في حقائب الظهر متعددة الأغراض لمتسلقي القمر في المستقبل.