211service.com
Come atterrare in sicurezza sulla luna
Ingegneri al Laboratorio Charles Stark Draper a Cambridge, MA, stanno sviluppando un sistema di guida, navigazione e controllo per gli sbarchi lunari che include un sistema di rilevamento dei pericoli a bordo in grado di individuare crateri, pendii e rocce che potrebbero essere pericolosi per i mezzi da sbarco. Nelle missioni Apollo di 40 anni fa, gli astronauti guidavano il lander in un punto sicuro guardando fuori dalla finestra; il lander stesso non aveva occhi, dice Eldon Hall, un ingegnere Draper in pensione e uno dei progettisti elettronici originali per il computer di navigazione di Apollo.
Ritorno sulla luna: Altair è il lander lunare di nuova generazione della NASA, più grande del lander Apollo ma con caratteristiche di design simili. Trasporterà quattro astronauti.
Ciò significava che ci sono stati alcuni incontri ravvicinati con Apollo, afferma Tye Brady, direttore tecnico per l'atterraggio lunare a Draper, che ha dimostrato la tecnologia di atterraggio automatizzato e prevenzione dei rischi della scorsa settimana alla celebrazione del 40 ° anniversario di Apollo 11 . Erano molto vicini, dice Brady, e i crateri da uno a due metri sono mortali. Non li vedi fino all'ultimo minuto. Apollo 11 l'astronauta Neil Armstrong ha dovuto passare davanti a un campo di rocce che non si vedeva in nessuna foto di ricognizione in anticipo, e Apollo 14 è atterrato con un'inclinazione precaria con un cuscinetto poggiato a circa un metro di distanza da un cratere.
Il nuovo sistema di navigazione e guida è in fase di sviluppo per la NASA Altair lander lunare , che dovrebbe atterrare sulla luna entro il 2020 come parte del Programma delle costellazioni . Il progetto è guidato dal Johnson Space Center della NASA, con il supporto di altre strutture di ricerca della NASA oltre al Draper Laboratory. Il Laboratorio di propulsione a reazione ha recentemente completato un test sul campo dei sensori e degli algoritmi di mappatura e prevede di iniziare i test completi dei sistemi nel maggio 2010.
Brady afferma che la migliore risoluzione dell'immagine oggi, come le telecamere sull'orbiter che ora girano e fotografano la luna, non può risolvere buchi o massi più piccoli nei siti di atterraggio previsti, anche in aree lisce e ben illuminate, che non sono gli obiettivi per I futuri atterraggi della NASA. Altair mira ad atterrare con capacità in qualsiasi sito sulla superficie lunare e il terreno lunare varierà. Per questo, afferma Brady, è necessario il rilevamento dei pericoli in tempo reale per adeguarsi man mano che procedi.
Il sistema di Draper utilizzerà la tecnologia laser LIDAR per scansionare un'area alla ricerca di pericoli come crateri o rocce prima che il lander atterri sulla superficie lunare. I dati grezzi di LIDAR vengono elaborati e assemblati in una mappa 3D della superficie lunare, utilizzando algoritmi sviluppati dal Jet Propulsion Laboratory. Un vantaggio dell'utilizzo di LIDAR è che è l'unico tipo di sensore che misura la forma 3D di ciò che è a terra ad alta risoluzione e da alta quota, afferma Andrew Johnson, responsabile del JPL per il sistema di rilevamento dei pericoli. Ciò consente al sistema di costruire una mappa del terreno e dell'elevazione di potenziali siti di atterraggio a bordo del veicolo spaziale, ma da un'altezza sufficientemente elevata da avere il tempo di rispondere a ostacoli o crateri nel sito di atterraggio.
Atterraggio in un pizzico: Il sistema di guida, navigazione e controllo simulato di Draper Laboratory dà la priorità ai siti di atterraggio (aree 1, 2, 3, 4) in questo display rappresentativo. Gli astronauti possono designare un sito di prima scelta o di default il sito numero 1. Pericoli come massi e crateri sono evidenziati in rosso per decisioni in tempo reale sui siti di atterraggio sicuri.
Una volta che la mappa è stata creata, il sistema designa i siti sicuri in base a fattori come l'angolo di inclinazione della superficie, la distanza e il costo del carburante per raggiungere un sito, la posizione dei piedini del lander e il margine dell'equipaggio per la distanza di sicurezza dai pericoli. Sulla base di tali informazioni, il sistema di navigazione presenta agli astronauti un elenco prioritario di tre o quattro siti di atterraggio sicuri. Gli astronauti possono quindi designare uno qualsiasi dei siti come prima scelta o, se sono inabili, il sistema navigherà automaticamente il lander verso il primo sito nell'elenco.
La capacità di atterrare autonomamente consentirà sia alle missioni con equipaggio che a quelle robotiche di atterrare in sicurezza, afferma Brady (mentre il modulo lunare di Apollo aveva una modalità di atterraggio automatico, non è mai stato utilizzato). Oltre alla NASA Altair, il sistema potrebbe essere integrato in veicoli che atterrano su asteroidi vicini alla Terra, Marte e altri pianeti, o utilizzato con altri veicoli lunari costruiti da gruppi privati.
Un altro vantaggio dell'utilizzo di LIDAR, afferma Johnson, è che funziona in qualsiasi condizione di illuminazione. Per gestire la luce all'equatore lunare, dove un giorno equivale a 14 giorni terrestri e una notte dura 14 notti terrestri, le missioni Apollo dovevano essere cronometrate esattamente, con una sola opportunità di lancio al mese, in modo che la NASA potesse controllare l'esposizione del velivolo alla luce e al calore. Ma poiché le condizioni di illuminazione sono più varie ed estreme ai poli della luna, con macchie di luce e oscurità dalle ombre delle montagne e profondi crateri, sarà difficile per gli astronauti vedere per navigare. Il LIDAR consente all'imbarcazione di atterrare di notte o in regioni in ombra, perché la luce è fornita dal sensore LIDAR, non dal sole, afferma Johnson. Con il rilevamento dei pericoli in tempo reale, afferma, i limiti di lancio e atterraggio di Apollo non si applicheranno alle missioni future.
La sfida per un sistema di atterraggio, afferma Brady, è far sì che tutto accada in circa 120 secondi, comprese le scansioni di rilevamento dei pericoli per ottenere i dati, l'interazione umana per l'approvazione del sito e quindi le manovre per evitare il rischio e l'atterraggio. Il suo team ha sviluppato un simulatore per creare mappe di immagini realistiche della superficie lunare, oltre a utilizzare il codice del computer della NASA per la parte di guida e navigazione del sistema. Finora, circa 20 astronauti hanno provato la simulazione di Draper. Sono bravi ad andare piano e piano, e sono molto pazienti, dice Brady. Fanno un buon lavoro basandosi sul sistema. È molto lontana dai primi giorni in cui gli astronauti dell'Apollo volevano far volare tutto da soli, dice Hall.
Il team di Draper continua a sviluppare modelli ad alta fedeltà di LIDAR e mappe del terreno, coordinandosi con l'ufficio dell'equipaggio della NASA per determinare il modo migliore per visualizzare le informazioni per gli astronauti. Mirano ad avere la tecnologia pronta entro il 2012.