A nova “mochila lunar” da NASA pode criar um mapa de terreno 3D em tempo real para ajudar os exploradores lunares

Michael Zanetti, cientista planetário da NASA no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, levanta o cone de cinzas no campo vulcânico Potrillo, no Novo México, no final de 2021, testando o protótipo do tamanho de uma mochila da NASA Navigational and Mapping Suitcase (KNaCK). Um scanner lidar móvel está agora em desenvolvimento para apoiar a exploração lunar e missões científicas. Crédito: NASA/Michael Zanetti

Pense em uma expedição de alpinismo em um ambiente completamente desconhecido, onde os caminhantes tiveram a capacidade de criar um mapa 3D do terreno em tempo real. NASA Pesquisadores e parceiros da indústria desenvolveram um sistema de mapa de sensoriamento remoto que ajudará os exploradores em uma das regiões mais remotas imagináveis: os desertos sem ar do pólo sul da lua.

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) é um scanner lidar portátil – uma tecnologia de sensoriamento remoto que mede a distância usando detecção de luz e luz laser. Ele é usado como uma mochila de caminhada e usa um tipo inovador de lidar chamado de onda contínua modulada em frequência (FMCW) para fornecer velocidade Doppler e alcance de milhões de pontos de dados por segundo. Esses pontos de medição criam um sistema de navegação em tempo real, fornecendo ao navegador uma “nuvem de pontos” 3D ou uma representação de alta resolução do ambiente ao redor.

Considere isso uma versão superalimentada dos telêmetros a laser que os agrimensores usam ou os alarmes de proximidade altamente sensíveis que ajudam os carros inteligentes a evitar colisões, de acordo com o cientista planetário Dr. Michael Zanetti, que lidera o projeto KNaCK no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama.

“Essencialmente, o sensor é uma ferramenta de varredura para navegação científica e mapeamento, capaz de criar mapas 3D de altíssima resolução com precisão de centímetros e dar a eles um rico contexto científico”, disse Zanetti. “Também ajudará a garantir a segurança dos astronautas e veículos de roaming em um ambiente restrito usando GPS como a lua, determinando distâncias reais para pontos de referência distantes e mostrando aos exploradores em tempo real até onde eles chegaram e até onde eles precisam ir. chegar ao seu destino.”

Este é um grande desafio, pois os exploradores da era de Ártemis se preparam para as primeiras missões modernas à Lua e as primeiras ao Pólo Sul. O sol nunca se eleva mais de 3 graus acima do horizonte lunar, deixando grande parte do terreno na sombra profunda. Isso torna as distâncias para diferentes pontos de interesse difíceis de observar.

Este vídeo de um UAV pousando em um deserto empoeirado do Novo México mostra como a tecnologia KNaCK – que faz uso de dados 4D FMCW-lidar da NASA Aeva Inc. Visto no painel superior esquerdo; dados de banda lidar, canto superior direito; e dados de velocidade Doppler para lidar. O último rastreia a velocidade e a direção das partículas de poeira movidas pelo drone descendente, com vermelho indicando partículas de poeira se afastando do scanner e azul indicando aquelas que se movem em direção a ele. Esses recursos, agora sendo desenvolvidos por pesquisadores do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, podem beneficiar futuras missões científicas para outros mundos, bem como permitir mapeamento topográfico em tempo real por exploradores. Crédito: NASA/Michael Zanetti

Iniciado em 2020 com financiamento da NASA Early Career Initiative, o projeto KNaCK é em parceria com a Torch Technologies Inc. em Huntsville para desenvolver o protótipo da mochila e algoritmos de navegação associados que permitem um mapeamento preciso sem GPS. O vendedor comercial do projeto, Aeva Inc. em Mountain View, Califórnia, para fornecer sensores e suporte FMCW-lidar, e trabalhar com a NASA para aprimorar o Backpack Sensing System para uso na Lua e em outras expedições humanas além do planeta.

Usando o KNaCK durante expedições itinerantes e ao viajar a pé, os exploradores podem mapear com precisão o terreno de uma paisagem, incluindo vales profundos, montanhas e cavernas. O Lidar funciona mesmo no preto de você, aliviando os astronautas de ter que carregar dispositivos de iluminação pesados ​​aonde quer que vão.

“Como humanos, tendemos a nos orientar com base em pontos de referência – um edifício específico, um bosque de árvores”, disse Zanetti. “Essas coisas não existem na Lua. O KNaCK permitirá continuamente aos exploradores que passam pela superfície determinar seu movimento e direção e direcioná-los para picos distantes ou para sua base de operações. Eles podem até identificar locais específicos onde encontraram algum mineral único ou formações rochosas, para que outros possam voltar facilmente para mais estudos”.

Isso é vital para os astronautas 24 horas por dia, pois seus voos são limitados pelo suprimento de oxigênio em seus trajes. Zanetti disse que a precisão de alta resolução do KNaCK – uma ordem de magnitude maior do que os mapas de terreno lunar e modelos de elevação tradicionais – o torna um recurso vital para a realização de operações e missões científicas dentro de 238.900 milhas do controle da missão.

O dispositivo passará por outro grande teste de campo no final de abril no Virtual Solar System Exploration Research Institute (SSERVI) da NASA em Kilburn Hall, Novo México. A equipe já havia testado o sistema KNaCK naquela antiga cratera vulcânica – estimada em 25.000-80.000 anos – em novembro de 2021. Eles também o usaram recentemente para realizar uma reconstrução 3-D das dunas de barreira de 6 milhas de comprimento no Kennedy Space Center For NASA na Flórida, que protege as plataformas de lançamento de foguetes primários. Os engenheiros Kennedy e Marshall continuarão a usar o KNaCK para avaliar o impacto das tempestades na erosão das dunas, garantindo a segurança de futuras missões de voo à medida que melhoram o sistema.

Em seguida, a equipe do KNaCK trabalhará na miniaturização dos dispositivos – um protótipo de mochila pesa cerca de 40 quilos – e no fortalecimento da eletrônica sensível contra os efeitos opostos da microgravidade e da radiação solar.

“Aproveitando os mais recentes avanços na tecnologia lidar da Aeva, a próxima geração de nossa unidade endurecida pelo espaço, alimentada pela Torch Technologies, será do tamanho de uma lata de refrigerante e poderá permitir operações na superfície lunar como nunca antes”, disse Zanetti. Ele prevê que ele seja montado em uma carruagem ou na lateral do capacete de um astronauta – o que deve deixar muito espaço em mochilas multifuncionais para futuros alpinistas lunares.