NASA, Lidar Kaynaklarının Boyutunu İyileştiriyor ve Küçültüyor

Bu yaz, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi'ndeki (NASA) mühendisler, yer bilimlerinde uzaktan algılama araştırmaları için tasarlanan bir uçakta yepyeni bir lazer teknolojisi setini test etmeyi planlıyor.
Buna ek olarak, bu LiDAR cihazları seti aynı zamanda ayın şekil modelini iyileştirme yeteneğine de sahip ve ay keşif programı Artemis'in iniş alanının belirlenmesine yardımcı olması bekleniyor.
LIDAR'ın temel çalışma prensibi, bir lazer ışınının bir yüzeyden yansıyıp cihaza geri dönmesi için geçen süreyi ölçerek mesafeyi hesaplamaktır. Lazerin çoklu yansımaları yalnızca hedefin bağıl hızını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda hedefin üç boyutlu bir görüntüsünü de oluşturur. Son yıllarda bu teknik, NASA bilim insanları ve kaşifleri için navigasyon, haritalama ve bilimsel veri toplama konularında önemli bir araç haline geldi.
NASA'nın Greenbelt, Maryland'deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki mühendisler ve bilim adamları, LiDAR'ı küçük işletmeler ve akademik ortaklar tarafından sağlanan donanımlarla desteklenen, bilimsel keşif için daha küçük, daha hafif, daha zengin özelliklere sahip bir araca optimize etmek için çalışmaya devam ediyor.
Mevcut 3D görüntüleme lidar'ları, gelecekteki robotik ve insanlı keşif misyonları için hassas, güvenli inişler için gereken rehberlik, navigasyon ve kontrol teknolojilerini sağlamak için gereken 50-milimetre (2-inç) çözünürlüğü elde etmekte zorlanıyor" dedi. ekip mühendisi Jeffrey Chen. Mevcut sistemler hem 3D tehlike tespit lidarını hem de navigasyon Doppler lidar fonksiyonlarını aynı anda yerine getiremiyor."
Bu zorluğun üstesinden gelmek için Goddard Uzay Uçuş Merkezi, CASALS sistemini, Eşzamanlı Yapay Zeka Spektral ve Uyarlanabilir Lidar Sistemini geliştirdi. Goddard'ın dahili araştırma ve geliştirme programı aracılığıyla hayata geçirilen sistem, lazerin dalga boyunu değiştirerek ışını yayan, ayarlanabilir bir lazer yaymak için prizma benzeri bir ızgara kullanıyor.
CASALS, geleneksel sabit dalga boylu LIDAR darbelerinden daha ileri teknoloji kullanır. Geleneksel LIDAR darbeleri, lazeri birden fazla ışına bölmek için büyük aynalara ve merceklere dayanırken, CASALS, Dünya'yı, Ay'ı ve Mars'ı ölçmek için onlarca yıldır kullanılan LIDAR'lardan bile tarama başına gezegenin yüzey alanını daha fazla kapsıyor.
CASALS'ın önemli avantajları, daha küçük boyutu, daha hafif olması ve daha düşük güç gereksinimleridir; bu da onu küçük uyduların yanı sıra elde taşınan veya taşınabilir cihazlar için de uygun hale getirerek, ay yüzeyinde gerçek dünya uygulamaları vaadine yol açar. CASALS ekibinin araştırma ve geliştirme çalışmaları NASA'nın Yer Bilimi ve Teknolojisi Ofisi tarafından finanse ediliyor ve sistemin geliştirilmiş bir versiyonunu, uzay uçuşu uygulamalarına hazır hale getirmek amacıyla 2024 yılında bir uçakta test etmeyi planlıyorlar.
Farklı Dalga Boyları
Goddard IRAD ve NASA'nın SBIR (Küçük İşletme İnovasyon Araştırma Programı) finansmanıyla CASALS ekibi, ticari ortaklar Axsun Technologies ve Freedom Photonics ile işbirliği içinde, Dünya bilimi ve gezegen araştırmaları için özel olarak tasarlanmış, hızlı ayarlanan yeni bir lazeri başarıyla geliştirdi. Kızılötesi spektrumun 1 μm kısmında kullanım için. Kızılötesi spektrumun bir kısmı. Buna karşılık, sürücüsüz araçların geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılan LiDAR, mesafeyi ve hızı belirlemek için genellikle 1,5 μm'lik bir lazer kullanıyor.
Goddard'ın yer bilimleri baş teknoloji uzmanı Ian Adams, Dünya'da 1 μm'ye yakın dalga boyuna sahip lazerlerin atmosfere kolayca nüfuz edebildiğini ve bitki örtüsünü çıplak zeminden etkili bir şekilde ayırt edebildiğini açıklıyor. Özellikle 0.97 ve 1.45 mikron civarında dalga boylarına sahip lazerler, Dünya atmosferindeki su buharı hakkında değerli bilgiler sağlarken, yüzeye etkili bir şekilde yayılmamaktadır.
İlgili bir projede ekip, 3 boyutlu görüntüleme kapsamını genişletmek ve CASALS'ın çözünürlüğünü geliştirmek için tasarlanmış bir direksiyon aynası geliştirmek üzere Left Hand Design Corporation ile yakın işbirliği içinde çalıştı. Adams, lidarın daha yüksek nabız hızının sinyal hassasiyetini artırabileceğini kaydetti. dönüş, 60-mil aralığında mesafe ve hız ölçümlerine olanak tanır. Bu, özellikle Ay'ın güney kutbu yakınına inmeyi planlayan görevler için önemlidir; burada CASALS'ın daha keskin görüntüleme yetenekleri, potansiyel iniş alanlarının güvenliğinin değerlendirilmesine yardımcı olacaktır.
Ay'a Odaklanmak
Goddard gezegen bilimcisi Erwan Mazarico'nun IRAD projesi, Ay'ın daha ince 3 boyutlu modellerini oluşturmak için CASALS'ın 1 metreden (3 fit) daha küçük yüzey ayrıntılarını ölçme yeteneğini geliştirmek için çalışıyor. Bunun Ay'ın yüzey altı yapısını ve zaman içindeki değişimlerini daha derinlemesine anlamamıza yardımcı olacağını vurguladı. Özellikle, her ay, Dünya'nın ay gökyüzündeki yolu, Dünya'ya bakan tarafın merkezini 10 ila 20 derece kaydırıyor.
Mazarico şöyle açıklıyor: "Ay'ın iç yapısı hakkındaki bilgimize dayanarak, Dünya'nın yer çekimindeki sürekli değişikliklerin Ay'ın gelgit şişkinliğini veya şeklini değiştirebileceğini tahmin ediyoruz. Bu deformasyonun yüksek çözünürlüklü ölçümlerini yaparak, Ay'ın yapısı hakkında daha fazla bilgi edinebiliriz. Ay'ın iç kısmındaki potansiyel değişiklikler. Örneğin, Ay'ın iç kısmının sanki tamamen birleşik bir bütünmüş gibi tepki verip vermediğini keşfedebiliriz."
NASA'nın Ay Yörünge Keşif Aracı (LRO), 2009'dan beri Dünya'nın bu doğal uydusunun ölçümlerini alıyor, Ay'ın arazisini simüle ediyor ve başına 28 lazer darbesi ileten Ay Yörüngeli Lidar Altimetresi'nin (LOLA) yardımıyla çok sayıda keşif yapıyor. ikincisi, her biri 65 fit ila 100 fit aralığında zemini kaplayan beş kirişe bölünmüştür. Bilim insanları, lazer ölçümleri arasında daha küçük yüzey özelliklerine ne olacağını tahmin etmek için LRO'dan alınan görüntüleri kullanıyor.
Bununla birlikte, CASALS lazerleri saniyede yüzbinlerce atım üretme kapasitesine sahip olup, yüzey ölçümleri arasındaki mesafeyi önemli ölçüde azaltır. Mazarico, "Daha yoğun, daha doğru bir veri seti, daha küçük özelliklere bakmamıza olanak tanıyacak" dedi ve bu özelliklerin darbelerden, volkanik aktiviteden veya tektonik hareketlerden kaynaklanabileceğini ekledi ve "büyüklük düzeyinde bir iyileşmeden bahsediyoruz. LiDAR'dan aldığımız veri türü açısından bu, oyunun kurallarını tamamen değiştirebilir."