La NASA millora i redueix la mida de les fonts Lidar

Aquest estiu, els enginyers de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) tenen previst provar un nou conjunt de tecnologia làser en un avió dissenyat per a la investigació de teledetecció en ciències de la Terra.
A més, aquest conjunt d'instruments LiDAR també té la capacitat de millorar el model de forma de la lluna i s'espera que ajudi a determinar el lloc d'aterratge del programa d'exploració lunar Artemis.
El principi de funcionament bàsic de LIDAR rau a calcular la distància mesurant el temps que triga un raig làser a reflectir-se en una superfície i tornar a l'instrument. Les múltiples reflexions del làser no només proporcionen la velocitat relativa de l'objectiu, sinó que també en generen una imatge tridimensional. En els darrers anys, aquesta tècnica s'ha convertit en una eina important per als científics i exploradors de la NASA per a la navegació, la cartografia i la recollida de dades científiques.
Els enginyers i científics del Goddard Space Flight Center de la NASA a Greenbelt, Maryland, continuen treballant per optimitzar LiDAR en una eina més petita, lleugera i més rica en funcions per a l'exploració científica, amb el suport de maquinari proporcionat per petites empreses i socis acadèmics.
Els lidars d'imatge en 3D existents lluiten per aconseguir la resolució de 50-mil·límetres (2-polzades) necessària per garantir les tecnologies d'orientació, navegació i control necessàries per a aterratges precisos i segurs per a futures missions d'exploració robòtica i humana", va dir. L'enginyer de l'equip Jeffrey Chen Els sistemes existents no poden complir les funcions de lidar de detecció de perills 3D i de navegació Doppler simultàniament".
Per abordar aquest repte, el Goddard Space Flight Center va desenvolupar el sistema CASALS, el sistema d'intel·ligència artificial espectral concurrent i el sistema Lidar adaptatiu. El sistema, que va cobrar vida a través del programa intern d'investigació i desenvolupament de Goddard, utilitza una reixa semblant a un prisma per emetre un làser ajustable, que propaga el feix variant la longitud d'ona del làser.
CASALS utilitza una tecnologia més avançada que els polsos LIDAR tradicionals de longitud d'ona fixa. Mentre que els polsos LIDAR convencionals es basen en miralls i lents voluminosos per dividir el làser en múltiples feixos, CASALS cobreix més de la superfície del planeta per exploració que fins i tot els LIDAR que s'han utilitzat durant dècades per mesurar la Terra, la Lluna i Mart.
Els avantatges significatius de CASALS són la seva mida més petita, el pes més lleuger i els requisits d'energia més baixos, que el fan adequat per a satèl·lits petits, així com per a dispositius portàtils o portàtils, la qual cosa condueix a la promesa d'aplicacions del món real a la superfície lunar. L'equip de CASALS El treball de recerca i desenvolupament ha estat finançat per l'Oficina de Ciència i Tecnologia de la Terra de la NASA, i tenen previst provar una versió millorada del sistema a bord d'un avió el 2024 per tal d'apropar-lo a la preparació per a aplicacions de vols espacials.
Diferents longituds d'ona
Amb el finançament de Goddard IRAD i el SBIR (Small Business Innovation Research Program) de la NASA, l'equip CASALS, en col·laboració amb els socis comercials Axsun Technologies i Freedom Photonics, ha desenvolupat amb èxit un nou làser de sintonització ràpida per a la ciència de la Terra i l'exploració planetària que està dissenyat específicament. per al seu ús a la part d'1 μm de l'espectre infraroig. part de l'espectre infrarojo. En canvi, el LiDAR, que s'utilitza habitualment en el desenvolupament de cotxes autònoms, utilitza habitualment un làser d'1,5 μm per determinar la distància i la velocitat.
Ian Adams, tecnòleg en cap de geociències de Goddard, explica que a la Terra, els làsers amb longituds d'ona properes a 1 μm són capaços de penetrar fàcilment l'atmosfera, distingint eficaçment la vegetació del sòl nu. En particular, els làsers amb longituds d'ona al voltant de 0,97 i 1,45 micres, tot i que proporcionen informació valuosa sobre el vapor d'aigua a l'atmosfera terrestre, no es propaguen eficaçment a la superfície.
En un projecte relacionat, l'equip va treballar estretament amb Left Hand Design Corporation per desenvolupar un mirall de direcció dissenyat per ampliar la cobertura d'imatge 3D i millorar la resolució de CASALS. Adams va assenyalar que la freqüència de pols més alta del lidar podria millorar la sensibilitat del senyal, que en el gir permetria mesurar la distància i la velocitat en un rang de 60-milla. Això és especialment important per a les missions que tenen previst aterrar a prop del pol sud de la Lluna, on les capacitats d'imatge més nítides de CASALS ajudaran a avaluar la seguretat dels llocs d'aterratge potencials.
Centrant-se en la Lluna
Per crear models en 3D més fins de la Lluna, el projecte IRAD del científic planetari de Goddard Erwan Mazarico està treballant per millorar la capacitat de CASALS per mesurar detalls de la superfície inferiors a 1 metre (3 peus). Va destacar que això ens ajudarà a entendre més profundament l'estructura subterrània de la Lluna i els seus canvis al llarg del temps. En particular, cada mes, el camí de la Terra a través del cel lunar desplaça el centre del costat que mira cap a la Terra de 10 a 20 graus.
Mazarico explica a més: "A partir del nostre coneixement de l'estructura interna de la Lluna, predim que els canvis constants en la gravetat de la Terra poden alterar la protuberància de la marea o la forma de la Lluna. En fer mesures d'alta resolució d'aquesta deformació, podem obtenir més informació sobre canvis potencials a l'interior de la Lluna, per exemple, podem explorar si l'interior de la Lluna respon com si fos un tot completament unificat".
Des de l'any 2009, el Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA ha estat prenent mesures d'aquest satèl·lit natural de la Terra, simulant el terreny lunar i fent una gran quantitat de descobriments amb l'ajut de l'altímetre Lunar Orbiting Lidar (LOLA), que transmet 28 polsos làser per segon, dividit en cinc bigues, cadascuna de les quals cobreix el terra a una distància de 65 peus a 100 peus. Els científics utilitzen imatges de LRO per estimar què passa amb les característiques de superfície més petites entre les mesures làser.
Tanmateix, els làsers de CASALS són capaços de generar centenars de milers de polsos per segon, reduint significativament la distància entre mesures de superfície. "Un conjunt de dades més dens i precís ens permetrà mirar característiques més petites", va dir Mazarico, i va afegir que aquestes característiques podrien originar-se a partir d'impactes, activitat volcànica o moviments tectònics "i estem parlant d'una millora d'ordre de magnitud. En pel que fa al tipus de dades que obtenim de LiDAR, això podria ser un canvi de joc complet".