NASA与合作伙伴开发月球背包技术以帮助新月探险者

　　想象一下在完全未知的环境中进行的登山探险，徒步旅行者能够生成实时的 3D 地形地图。NASA 研究人员及其行业合作伙伴开发了一套遥感测绘系统，旨在帮助探索者在可以想象的最孤立的荒野中：月球南极的无空气废物。
　　运动学导航和制图背包 (KNaCK) 是一种移动激光雷达扫描仪——一种使用光探测和测距激光测量距离的遥感方法。就像徒步旅行者的背包一样，它使用一种称为调频连续波 (FMCW) 激光雷达的创新类型的激光雷达，以便为每秒数百万个测量点提供多普勒速度和范围。这些测量点可立即创建一个实时导航系统，为探险者提供 3D＂点云＂或周围地形的高分辨率地图。
　　行星科学家迈克尔·萨内蒂在新墨西哥州波蒂略火山场的煤渣锥上徒步，测试了运动导航和制图背包 (KNaCK)
　　行星科学家 Michael Zanetti 博士说，他是美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心 KNaCK 项目的负责人，他说，可以将其视为测量员使用的激光测距仪的超级动力版本，或者帮助智能汽车避免碰撞的高度敏感的接近警报。 .
　　＂基本上，传感器是导航和科学制图的测量工具，能够以厘米级精度创建超高分辨率 3D 地图，并为它们提供丰富的科学背景，＂Zanetti 说。＂它还将有助于确保宇航员和漫游车在月球等 GPS 拒绝的环境中的安全，确定与遥远地标的实际距离，并实时向探险者展示他们已经走了多远，还有多远。去他们的目的地。＂
　　这是一个关键挑战，因为阿尔忒弥斯时代的探险者准备进行第一次现代月球任务，也是有史以来第一次到达南极点。太阳从那里升起的高度不会超过月球地平线 3 度，因此大部分地形都处于深深的阴影中。这使得各个兴趣点的距离难以观察。
　　KNaCK 项目于 2020 年在 NASA早期职业计划的资助下启动，与 Huntsville 的 Torch Technologies Inc. 合作开发背包原型和相关导航算法，无需 GPS 即可进行精确地图绘制。该项目的商业供应商，加利福尼亚州山景城的 Aeva Inc. 正在提供 FMCW 激光雷达传感器和支持，与 NASA 合作以增强背包的激光雷达传感系统，以用于月球和其他行星外人类旅行。
　　在漫游者游览期间和徒步旅行时使用 KNaCK，探险者可以精确地绘制景观地形图，包括深谷、山脉和洞穴。激光雷达甚至可以在漆黑的环境中工作，让宇航员无需在任何地方拖着笨重的照明设备。
　　这段无人机降落在尘土飞扬的新墨西哥沙漠中的视频展示了 KNaCK 技术如何利用来自加利福尼亚州山景城的 NASA 供应商 Aeva Inc. 的 4D FMCW 激光雷达数据结合实时、实时高清视频成像，作为见左上图；激光雷达测距数据，在右上角；和激光雷达多普勒速度数据。后者跟踪下降得无人机扬起的尘埃粒子的速度和方向，红色表示粒子远离扫描仪，蓝色表示粒子向扫描仪移动。这种能力现在由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的研究人员开发，除了能够让探险者进行实时地形测绘之外，还可以使未来在其他世界上的科学任务受益。
　　＂作为人类，我们倾向于根据地标来定位自己——一座特定的建筑，一片树林，＂萨内蒂说。＂那些东西在月球上不存在。KNaCK 将不断使穿越地表的探险者能够确定他们的运动、方向和朝向遥远的山峰或他们的行动基地的方向。他们甚至可以标记他们发现某些独特矿物或岩层的特定地点，以便其他人可以轻松返回进行进一步研究。＂
　　这对于时钟上的宇航员来说至关重要，他们的旅行受到宇航服中氧气供应的限制。Zanetti 说，KNaCK 的超高分辨率精度——比传统的月球地形图和高程模型高一个数量级——使其成为在距离任务控制中心 238,900 英里处进行科学和任务操作的重要资源。
　　该硬件将于 4 月下旬在位于新墨西哥州基尔伯恩霍尔的美国宇航局太阳系探索研究所虚拟研究所 (SSERVI) 进行另一次重大现场测试。该团队此前曾于 2021 年 11 月在那个古老的火山口（估计有 25,000-80,000 历史）上测试了 KNaCK 系统。他们最近还使用它对 6 英里长的海障沙丘进行了 3D 重建。美国宇航局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心，用于保护其主要的火箭发射台。肯尼迪和马歇尔工程师将继续使用 KNaCK 评估风暴对沙丘侵蚀的影响，以确保未来飞行任务的安全，同时进一步完善系统。
　　接下来，KNaCK 团队将致力于使硬件小型化——背包原型重约 40 磅——并强化敏感的电子设备以抵御微重力和太阳辐射的惩罚性影响。
　　Zanetti 说：＂利用 Aeva 激光雷达技术的最新进展，我们在 Torch Technologies 的支持下的下一代空间强化装置将有汽水罐那么大，并且可以实现前所未有的月球表面操作。＂ 他设想将它安装在漫游车上或宇航员头盔的侧面——这应该会在未来的月球登山者的通用背包中留出足够的空间。