Навигационный доплеровский лидар — это система наведения, которая использует лазерные импульсы для точного измерения скорости и расстояния. НАСА продемонстрирует возможности NDL в лунной среде во время миссии IM-1. Фото: НАСА/Дэвид К. Боуман.
Позже в этом месяце коммерческий поставщик услуг доставки на Луну НАСА Intuitive Machines запустит свой лунный посадочный модуль Nova-C, несущий несколько научно-технических полезных нагрузок НАСА, включая навигационный доплеровский лидар (NDL). Эта инновационная система наведения, разработанная Исследовательским центром НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, под управлением Управления космических технологий агентства (STMD), потенциально может произвести революцию в посадке космических кораблей на внеземные миры.
Технология NDL является полезной нагрузкой НАСА для доставки коммерческой лунной полезной нагрузки Intuitive Machines (CLPS). Это означает, что НАСА продемонстрирует возможности NDL в лунной среде во время миссии, но данные не считаются критически важными для успешной посадки Nova-C. , поскольку Intuitive Machines имеет собственные системы навигации и посадки.
История NDL началась почти 20 лет назад, когда доктор Фарзин Амзаджердян, руководитель проекта NDL в НАСА в Лэнгли, совершил прорыв и успешно нашел точный способ доставки марсоходов на Марс. В конце 1990-х и начале 2000-х годов несколько попыток посадки марсоходов на поверхность Марса столкнулись с рядом серьезных проблем.
Радар по своей сути был неточным для этого приложения. Радиоволны покрывают большую территорию на земле, а это означает, что более мелкие кратеры и валуны, которые обычно встречаются на поверхности Марса, могут «спрятаться» от обнаружения и создать неожиданную опасность для спускаемых аппаратов.
«Приземляющимся модулям нужен был радиолокационный датчик, который бы сообщал им, насколько далеко они находятся от земли и как быстро они движутся, чтобы они могли рассчитать время раскрытия парашюта», — сказал Амзаджердян. «Слишком рано или слишком поздно посадочный модуль не достигнет цели или врежется в поверхность».
Радиоволны также не могут измерять скорость и дальность независимо друг от друга, что важно, по словам Арама Грагосяна, руководителя отдела электрооптики NDL в НАСА в Лэнгли, который присоединился к команде около шести лет назад.
«Если вы преодолеваете крутой склон, диапазон меняется очень быстро, но это не значит, что ваша скорость изменилась», — сказал он. «Поэтому, если вы просто вернете эту информацию обратно в свою систему, это может вызвать катастрофическую реакцию».
Амзаджердян знал об этой проблеме и знал, как ее решить.
«Почему бы не использовать лидар вместо радара?» он спросил.
LiDAR, что означает обнаружение света и определение дальности, представляет собой технологию, которая использует видимый или инфракрасный свет так же, как радар использует радиоволны. Лидар посылает лазерные импульсы к цели, которая отражает часть этого света обратно на детектор. Когда инструмент движется относительно своей цели, изменение частоты возвращающегося сигнала, также известное как эффект Доплера, позволяет лидару напрямую и точно измерять скорость. Расстояние измеряется на основе времени прохождения света до цели и обратно.
Лидар имеет несколько преимуществ перед радаром, в частности тот факт, что лазер передает карандашный луч света, который может дать более точные и точные измерения.
В 2004 году Амзаджердян предложил NDL в качестве концепции команде Марсианской научной лаборатории. В 2005 году он и его команда получили финансирование от Лэнгли для проверки концепции. Затем, в 2007 году, они получили финансирование на постройку и испытания прототипа вертолета. Именно тогда доктор Гленн Хайнс из Лэнгли присоединился к NDL — сначала в качестве ведущего электронного специалиста, а теперь в качестве главного инженера.
С тех пор Амзаджердян, Хайнс и многие другие члены команды неустанно работали, чтобы обеспечить успех NDL.
Хайнс отдает должное различным сотрудникам НАСА, которые продолжают выступать за NDL. «Практически во всем в жизни у вас должен быть чемпион, — сказал Хайнс, — кто-то в вашем углу, говорящий: «Послушайте, то, что вы делаете, — это хорошо. Это заслуживает доверия».
Поставка Intuitive Machines — это только начало истории NDL; система следующего поколения уже находится в разработке. Команда разработала дополнительный датчик для NDL — многофункциональную флэш-лидарную камеру. Flash Lidar — это технология 3D-камеры, которая исследует окружающую местность даже в полной темноте. В сочетании с NDL Flash Lidar позволит вам идти «куда угодно и когда угодно».
Другие будущие версии NDL могли бы найти применение помимо сложной операции по приземлению на внеземные поверхности. Фактически, они могут найти применение и в наземных условиях, например, помогая беспилотным автомобилям перемещаться по местным улицам и шоссе.
Глядя на историю и траекторию NDL, можно сказать наверняка: первое путешествие на Луну станет кульминацией десятилетий напряженной работы, настойчивости, решимости и твердой веры в проект всей команды, которую наиболее горячо поддерживали Чемпионы NDL Амзаджердян и Хайнс.
