Le nouveau “sac à dos lunaire” de la NASA peut générer une carte du terrain en 3D et en temps réel pour aider les explorateurs de la Lune.

Michael Zanetti teste le KNaCK de la NASA

Michael Zanetti, spécialiste des sciences planétaires au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville (Alabama), fait une randonnée sur le cône Cinder dans le champ volcanique de Potrillo au Nouveau-Mexique à la fin de l’année 2021, pour tester le prototype de sac à dos du KNaCK (Kinematic Navigational and Cartography Knapsack) de la NASA, un scanner lidar mobile actuellement en cours de développement pour soutenir l’exploration lunaire et les missions scientifiques. Crédit : NASA/Michael Zanetti

Prenons l’exemple d’une expédition d’alpinisme dans un environnement totalement inexploré, où les randonneurs ont la possibilité de générer une carte 3D du terrain en temps réel. NASA Les chercheurs de la NASA et leurs partenaires industriels ont mis au point un système de cartographie par télédétection qui aidera les explorateurs dans l’une des régions les plus reculées que l’on puisse imaginer : les terres désertiques sans air du pôle Sud de la Lune.

Le Kinematic Navigation and Cartography Knapsack (KNaCK) est un scanner lidar mobile – une technologie de télédétection qui mesure la distance à l’aide d’un laser de détection et de télémétrie par la lumière. Il se porte comme un sac à dos de randonnée et utilise un type innovant de lidar appelé lidar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) pour offrir une vitesse et une distance Doppler pour des millions de points de données par seconde. Ces points de mesure génèrent un système de navigation en temps réel, fournissant à l’explorateur un “nuage de points” en 3D ou une représentation haute résolution de l’environnement qui l’entoure.

Il s’agit d’une version suralimentée des télémètres laser utilisés par les géomètres ou des alarmes de proximité incroyablement sensibles qui permettent aux voitures intelligentes d’éviter les collisions, selon le Dr Michael Zanetti, spécialiste des sciences planétaires, qui dirige le projet KNaCK au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama.

“Fondamentalement, le capteur est un outil d’arpentage à la fois pour la navigation et la cartographie scientifique, capable de créer des cartes 3D à ultra-haute résolution avec une précision centimétrique et de leur donner un riche contexte scientifique”, a déclaré Zanetti. “Il contribuera également à assurer la sécurité des astronautes et des véhicules rover dans un environnement dépourvu de GPS tel que la Lune, en identifiant les distances réelles des points de repère éloignés et en montrant aux explorateurs en temps réel le chemin parcouru et celui qu’il leur reste à parcourir pour atteindre leur destination.”

Il s’agit là d’un défi majeur alors que les explorateurs de l’ère Artemis se préparent à entreprendre les premières missions modernes vers la Lune, et les premières de tous les temps vers son pôle Sud. Le Soleil ne se lève jamais à plus de 3 degrés au-dessus de l’horizon lunaire, laissant une grande partie du terrain dans une ombre profonde. Les distances entre les différents points d’intérêt sont donc difficiles à évaluer à l’œil nu.

Atterrissage de drones KNaCK Technology

Cette vidéo de l’atterrissage d’un drone dans le désert poussiéreux du Nouveau-Mexique montre comment la technologie KNaCK – qui exploite les données lidar 4D FMCW du fournisseur de la NASA Aeva Inc. de Mountain View, en Californie – combine l’imagerie vidéo haute définition en direct et en temps réel, comme on le voit sur le panneau supérieur gauche, les données de télémétrie lidar, en haut à droite, et les données de vitesse Doppler lidar. Ces dernières suivent la vitesse et la direction des particules de poussière soulevées par le drone en descente, le rouge indiquant les particules qui s’éloignent du scanner et le bleu celles qui s’en rapprochent. De telles capacités, actuellement en cours de développement par des chercheurs du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville (Alabama), pourraient profiter aux futures missions scientifiques sur d’autres mondes, en plus de permettre aux explorateurs de dresser des cartes topographiques en temps réel. Crédit : NASA/Michael Zanetti

Lancé en 2020 grâce au financement de l’initiative Early Career de la NASA, le projet KNaCK s’est associé à Torch Technologies Inc. de Huntsville pour développer le prototype de sac à dos et les algorithmes de navigation associés qui permettent une cartographie précise sans GPS. Le fournisseur commercial du projet, Aeva Inc. de Mountain View, en Californie, fournit les capteurs lidar FMCW et le support, et travaille avec la NASA pour améliorer le système de détection lidar du sac à dos en vue d’une utilisation sur la Lune et d’autres excursions humaines extraplanétaires.

En utilisant KNaCK pendant les excursions du rover et lors des déplacements à pied, les explorateurs pourraient cartographier avec précision la topographie du paysage, y compris les ravins profonds, les montagnes et les grottes. Le Lidar fonctionne même dans l’obscurité totale, ce qui évite aux astronautes d’avoir à transporter des appareils d’éclairage encombrants partout où ils vont.

“En tant qu’êtres humains, nous avons tendance à nous orienter en fonction de points de repère – un bâtiment spécifique, un bosquet d’arbres”, a déclaré Zanetti. “Ces choses n’existent pas sur la Lune. KNaCK permettra en permanence aux explorateurs traversant la surface de déterminer leur mouvement, leur direction et leur orientation vers des sommets éloignés ou vers leur base d’opérations. Ils pourront même marquer les sites spécifiques où ils ont trouvé un minéral ou une formation rocheuse unique, de sorte que les explorateurs pourront déterminer leur mouvement, leur direction et leur orientation.d’autres peuvent facilement revenir pour une étude plus approfondie.”

C’est vital pour les astronautes sur une horloge, leurs excursions étant limitées par la réserve d’oxygène de leur combinaison. La précision à ultra-haute résolution de KNaCK – un ordre de grandeur supérieur aux cartes de topographie lunaire et aux modèles d’élévation conventionnels – en fait une ressource vitale pour mener des activités scientifiques et des opérations de mission à 238 900 miles du contrôle de mission, a déclaré Zanetti.

Le matériel fera l’objet d’un autre test majeur sur le terrain fin avril à l’Institut virtuel de recherche sur l’exploration du système solaire (SSERVI) de la NASA à Kilbourne Hole, au Nouveau-Mexique. L’équipe a déjà mis le système KNaCK à l’épreuve dans cet ancien cratère volcanique – dont l’âge est estimé entre 25 000 et 80 000 ans – en novembre 2021. Elle l’a également utilisé récemment pour effectuer une reconstruction en 3D des dunes de protection de la mer, longues de 10 km, au centre spatial Kennedy de la NASA, en Floride, qui protègent ses principales rampes de lancement de fusées. Les ingénieurs de Kennedy et de Marshall continueront d’utiliser KNaCK pour évaluer l’impact des tempêtes sur l’érosion des dunes, garantissant ainsi la sécurité des futures missions de vol à mesure qu’ils perfectionneront le système.

Ensuite, l’équipe de KNaCK s’efforcera de miniaturiser le matériel – le prototype de sac à dos pèse environ 40 livres – et de renforcer l’électronique sensible contre les effets punitifs de la microgravité et du rayonnement solaire.

“En tirant parti des dernières avancées de la technologie lidar d’Aeva, notre unité de nouvelle génération durcie pour l’espace, avec le soutien de Torch Technologies, aura la taille d’une canette de soda et pourrait permettre des opérations sur la surface lunaire comme jamais auparavant”, a déclaré Zanetti. Il envisage de le monter sur un rover ou sur le côté du casque d’un astronaute – ce qui devrait laisser beaucoup de place dans les sacs à dos polyvalents des futurs alpinistes.

Leave a Comment