NASA Meningkatkan Dan Mengurangi Ukuran Sumber Lidar

Musim panas ini, para insinyur di Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional (NASA) berencana menguji serangkaian teknologi laser baru pada pesawat yang dirancang untuk penelitian penginderaan jarak jauh dalam ilmu kebumian.
Selain itu, rangkaian instrumen LiDAR ini juga memiliki kemampuan untuk memperbaiki model bentuk bulan, dan diharapkan dapat membantu dalam menentukan lokasi pendaratan program eksplorasi bulan Artemis.
Prinsip pengoperasian inti LIDAR terletak pada penghitungan jarak dengan mengukur waktu yang diperlukan sinar laser untuk memantulkan permukaan dan kembali ke instrumen. Beberapa pantulan laser tidak hanya memberikan kecepatan relatif target, tetapi juga menghasilkan gambar tiga dimensi dari target tersebut. Dalam beberapa tahun terakhir, teknik ini telah berkembang menjadi alat penting bagi para ilmuwan dan penjelajah NASA untuk navigasi, pemetaan, dan pengumpulan data ilmiah.
Insinyur dan ilmuwan di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, terus berupaya mengoptimalkan LiDAR menjadi alat yang lebih kecil, lebih ringan, dan lebih kaya fitur untuk eksplorasi ilmiah, didukung oleh perangkat keras yang disediakan oleh usaha kecil dan mitra akademis.
Lidar pencitraan 3D yang ada saat ini kesulitan mencapai resolusi 50-milimeter (2-inci) yang diperlukan untuk memastikan teknologi panduan, navigasi, dan kontrol yang diperlukan untuk pendaratan yang tepat dan aman untuk misi eksplorasi robot dan manusia di masa depan," kata insinyur tim Jeffrey Chen. Sistem yang ada tidak dapat memenuhi fungsi lidar deteksi bahaya 3D dan navigasi Doppler lidar secara bersamaan."
Untuk mengatasi tantangan ini, Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard mengembangkan sistem CASALS, Spektral Kecerdasan Buatan Bersamaan, dan Sistem Lidar Adaptif. Sistem ini, yang diwujudkan melalui program penelitian dan pengembangan internal Goddard, menggunakan kisi-kisi seperti prisma untuk memancarkan laser yang dapat disetel, yang menyebarkan sinar dengan memvariasikan panjang gelombang laser.
CASALS menggunakan teknologi yang lebih maju dibandingkan pulsa LIDAR dengan panjang gelombang tetap tradisional. Meskipun pulsa LIDAR konvensional mengandalkan cermin dan lensa besar untuk membagi laser menjadi beberapa sinar, CASALS mencakup lebih banyak luas permukaan planet per pemindaian dibandingkan LIDAR yang telah digunakan selama beberapa dekade untuk mengukur Bumi, Bulan, dan Mars.
Keunggulan CASALS yang signifikan adalah ukurannya yang lebih kecil, bobot yang lebih ringan, dan kebutuhan daya yang lebih rendah, sehingga cocok untuk satelit kecil serta perangkat genggam atau portabel, sehingga menjanjikan penerapan nyata di permukaan bulan. Tim CASALS pekerjaan penelitian dan pengembangan telah didanai oleh Kantor Sains dan Teknologi Bumi NASA, dan mereka berencana untuk menguji versi perbaikan dari sistem tersebut di dalam pesawat pada tahun 2024 guna membawanya lebih dekat ke kesiapan untuk aplikasi penerbangan luar angkasa.
Panjang Gelombang Berbeda
Dengan pendanaan dari Goddard IRAD dan SBIR (Small Business Innovation Research Program) NASA, tim CASALS, bekerja sama dengan mitra komersial Axsun Technologies dan Freedom Photonics, telah berhasil mengembangkan laser penyetelan cepat baru untuk ilmu bumi dan eksplorasi planet yang dirancang khusus. untuk digunakan pada bagian 1 μm dari spektrum inframerah. bagian dari spektrum inframerah. Sebaliknya, LiDAR, yang biasa digunakan dalam pengembangan mobil self-driving, biasanya menggunakan laser 1,5μm untuk menentukan jarak dan kecepatan.
Ian Adams, kepala ahli teknologi geosains Goddard, menjelaskan bahwa di Bumi, laser dengan panjang gelombang mendekati 1 μm mampu dengan mudah menembus atmosfer, secara efektif membedakan vegetasi dari tanah kosong. Secara khusus, laser dengan panjang gelombang sekitar 00,97 dan 1,45 mikron, meskipun memberikan informasi berharga tentang uap air di atmosfer bumi, tidak merambat secara efektif ke permukaan.
Dalam proyek terkait, tim bekerja sama dengan Left Hand Design Corporation untuk mengembangkan kaca kemudi yang dirancang untuk memperluas cakupan pencitraan 3D dan meningkatkan resolusi CASALS. Adams mencatat bahwa denyut nadi lidar yang lebih tinggi dapat meningkatkan sensitivitas sinyal, yang mana dalam belokan akan memungkinkan pengukuran jarak dan kecepatan dalam rentang 60-mil. Hal ini sangat penting untuk misi yang berencana mendarat di dekat kutub selatan bulan, di mana kemampuan pencitraan CASALS yang lebih tajam akan membantu menilai keamanan lokasi pendaratan potensial.
Berfokus pada Bulan
Untuk membangun model 3D Bulan yang lebih halus, proyek IRAD yang dilakukan oleh ilmuwan planet Goddard, Erwan Mazarico, berupaya meningkatkan kemampuan CASALS untuk mengukur detail permukaan yang lebih kecil dari 1 meter (3 kaki). Dia menekankan bahwa hal ini akan membantu kita mendapatkan pemahaman lebih dalam tentang struktur bawah permukaan Bulan dan perubahannya seiring berjalannya waktu. Khususnya, setiap bulan, jalur bumi melintasi langit bulan menggeser bagian tengah sisi yang menghadap bumi sebesar 10 hingga 20 derajat.
Mazarico lebih lanjut menjelaskan, “Berdasarkan pengetahuan kami tentang struktur internal Bulan, kami memperkirakan bahwa perubahan gravitasi bumi yang konstan dapat mengubah tonjolan pasang surut atau bentuk Bulan. Dengan melakukan pengukuran deformasi ini dengan resolusi tinggi, kami dapat memperoleh lebih banyak informasi tentang potensi perubahan pada interior Bulan. Misalnya, kita dapat menyelidiki apakah interior Bulan merespons seolah-olah merupakan satu kesatuan yang utuh."
Sejak tahun 2009, Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) NASA telah melakukan pengukuran satelit alami Bumi ini, menyimulasikan medan bulan dan membuat banyak penemuan dengan bantuan Lunar Orbiting Lidar Altimeter (LOLA), yang memancarkan 28 pulsa laser per kedua, dibagi menjadi lima balok, yang masing-masing menutupi tanah pada jarak 65 kaki hingga 100 kaki. Para ilmuwan menggunakan gambar dari LRO untuk memperkirakan apa yang terjadi pada fitur permukaan yang lebih kecil di antara pengukuran laser.
Namun, laser CASALS mampu menghasilkan ratusan ribu pulsa per detik, sehingga secara signifikan mengurangi jarak antar pengukuran permukaan. “Kumpulan data yang lebih padat dan akurat akan memungkinkan kita melihat fitur-fitur yang lebih kecil,” kata Mazarico, seraya menambahkan bahwa fitur-fitur ini dapat berasal dari dampak, aktivitas gunung berapi, atau pergerakan tektonik, “dan kita berbicara tentang peningkatan yang besarnya. dilihat dari jenis data yang kami peroleh dari LiDAR, hal ini dapat menjadi sebuah terobosan baru."