Aeva y la NASA quieren mapear la Luna con el paquete KNaCK alimentado por lidar

A medida que la humanidad se prepara para regresar a la Luna («para quedarse», como nos recuerdan constantemente), hay una gran cantidad de infraestructura que debe construirse para garantizar que los astronautas estén seguros y sean productivos en la superficie lunar. Sin GPS, la navegación y el mapeo son mucho más difíciles, y la NASA está trabajando con la compañía lidar Aeva para crear una herramienta que escanea el terreno cuando las cámaras ordinarias y los instrumentos satelitales no son suficientes.

El proyecto se llama KNaCK, o Kinematic Navigation and Cartography Knapsack, y está destinado a actuar como una especie de sistema de navegación a estima hiperpreciso basado en conceptos de ubicación y mapeo simultáneos (SLAM).

Esto es necesario porque, por ahora, no tenemos tecnología de tipo GPS en la Luna, Marte o cualquier otro planeta, y aunque tenemos imágenes de alta resolución de la superficie desde la órbita, eso no siempre es suficiente para navegar. Por ejemplo, en el Polo Sur de la Luna, el ángulo fijo del sol da como resultado sombras profundas que nunca se iluminan y reflejos brillantemente horneados que debes tener cuidado con la forma en que miras. Esta área es un objetivo para las operaciones lunares debido a una gran cantidad de agua debajo de la superficie, pero simplemente no tenemos una buena idea de cómo se ve la superficie en detalle.

Lidar brinda una opción para mapear incluso en la oscuridad o bajo la luz del sol, y ya se usa en módulos de aterrizaje y otros instrumentos para este propósito. Sin embargo, lo que la NASA estaba buscando era una unidad lo suficientemente pequeña como para montarla en la mochila de un astronauta o en un rover, pero capaz de escanear el terreno y producir un mapa detallado en tiempo real, y determinar exactamente dónde estaba.

Eso es lo que ha hecho la NASA durante los últimos dos años, financiada a través de la «Iniciativa de carrera temprana» de la Dirección de misiones de tecnología espacial, que desde su lanzamiento en 2019 tiene como objetivo «Fortalecer la base tecnológica y las mejores prácticas de la NASA al asociar a los líderes de la NASA en la carrera temprana con innovadores externos de clase mundial». .” En este caso, ese innovador es Aeva, que es más conocido por sus sistemas de percepción y lidar para automóviles.

Aeva tiene una ventaja sobre muchos de estos sistemas en el hecho de que su lidar, además de capturar el rango de un punto dado, también capturará su vector de velocidad. Entonces, cuando escanea una calle, sabe que una forma se está moviendo hacia ella a 30 MPH, mientras que otra se está alejando a 5 MPH, y otras están inmóviles en relación con el propio movimiento del sensor. Esto, además de su uso de tecnología de onda continua modulada en frecuencia en lugar de flash u otros métodos lidar, significa que es resistente a la interferencia de la luz solar brillante.

Afortunadamente, la luz funciona igual, en su mayor parte de todos modos, en la Luna como lo hace aquí en la Tierra. La falta de atmósfera cambia un poco algunas cosas, pero en su mayor parte se trata más de asegurarse de que la tecnología pueda hacer su trabajo de manera segura.

“No hay necesidad de cambiar las longitudes de onda o el espectro ni nada por el estilo. FMCW nos permite obtener el rendimiento que necesitamos, aquí o en cualquier otro lugar”, dijo el director ejecutivo de Aeva, Soroush Salehian. “La clave es endurecerlo, y eso es algo en lo que estamos trabajando con la NASA y sus socios”.

“Debido a que hemos empacado todos nuestros elementos en esta pequeña caja dorada, significa que parte del sistema no es susceptible a las cosas que suceden debido a un cambio en las condiciones atmosféricas, como las condiciones de vacío; esa caja está sellada de forma permanente, lo que permite que el hardware sea aplicable a aplicaciones espaciales y terrestres”, explicó James Reuther, vicepresidente de tecnología de Aeva.

Todavía requiere algunos cambios, señaló: «Asegurarnos de que estamos bien en el vacío, de tener una manera de rechazar térmicamente el calor que genera el sistema, y ​​tolerar el impacto y la vibración durante el lanzamiento, y probar el entorno de radiación». .”

Los resultados son bastante impresionantes: la reconstrucción en 3D de la exhibición de aterrizaje en la Luna en la imagen superior se capturó en solo 23 segundos de recolección al caminar con una unidad prototipo. (El paisaje más grande fue un poco más una caminata).

Los científicos de la NASA están probando la tecnología en este momento. “Allá afuera”, como en el líder del proyecto, Michael Zanetti, me envió un correo electrónico desde el desierto:

El proyecto avanza excelentemente. El proyecto KNaCK se encuentra actualmente (es decir, ahora mismo, hoy y esta semana) en el desierto de Nuevo México probando el hardware y el software para la recopilación de datos científicos y las operaciones simuladas de la misión de exploración de la superficie lunar y planetaria. Esto es con un equipo de científicos e ingenieros del Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar (SSERVI) RISE2 y GEODES de la NASA. Estamos recolectando datos con FMCW-LiDAR de Aeva para hacer mapas en 3D de los afloramientos geológicos aquí (para hacer mediciones de pendiente, transitabilidad, morfología general) y para evaluar cómo las operaciones de la misión pueden hacer uso de sistemas LiDAR montados en personas para el conocimiento de la situación. .

Y aquí están:

Zanetti dijo que pronto también probarán la unidad lidar Aeva en prototipos de rover y en una gran caja de arena de regolito simulada en el Marshall Space Flight Center. Después de todo, una tecnología adecuada para la conducción autónoma aquí en la Tierra también podría serlo para la Luna.

Una aplicación relacionada interesante para este tipo de lidar en situaciones de módulo de aterrizaje y rover es detectar y caracterizar nubes de polvo. Esto podría usarse para evaluar las condiciones ambientales, o estimar la velocidad y la turbulencia de un aterrizaje, y otras cosas; una cosa que sabemos con certeza es que crea una nube de puntos de aspecto atractivo:

Una vez completado, KNaCK debería poder mapear simultáneamente los alrededores de un astronauta en tiempo real y decirles dónde están y qué tan rápido van. Todo esto se incorporaría a un sistema más grande, por supuesto, y se retransmitiría a un módulo de aterrizaje, a un orbitador, y así sucesivamente.

Todo eso está por determinar, por supuesto, mientras elaboran los conceptos básicos de este sistema prometedor pero aún en etapa inicial. Espere escuchar más a medida que nos acerquemos a las operaciones lunares reales, aún dentro de unos años.