NASA的新“月球背包”可以创建实时3D地形图，以帮助月球探险者

位于阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔太空飞行中心的 NASA 行星科学家 Michael Zanetti 于 2021 年底在新墨西哥州的 Potrillo 火山场举起煤渣锥，测试 NASA 导航和测绘手提箱 (KNaCK) 的背包大小原型。 目前正在开发一种移动激光雷达扫描仪，以支持月球探索和科学任务。 学分：美国宇航局/迈克尔·萨内蒂

想象一下在完全未知的环境中进行的登山探险，徒步旅行者能够实时创建地形的 3D 地图。 美国国家航空航天局 研究人员和行业合作伙伴开发了一种遥感地图系统，该系统将帮助探索者在可以想象的最偏远地区之一：月球南极的无空气荒地。

Kinetic Navigation and Mapping Bag (KNaCK) 是一种便携式激光雷达扫描仪——一种利用光检测和激光测量距离的遥感技术。 它像徒步旅行背包一样佩戴，并使用一种称为调频连续波 (FMCW) 激光雷达的创新型激光雷达，以提供每秒数百万个数据点的多普勒速度和范围。 这些测量点创建了一个实时导航系统，为导航器提供 3D“点云”或周围环境的高分辨率表示。

行星科学家 Michael Zanetti 博士在阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心领导 KNaCK 项目，他认为，将其视为测量员使用的激光测距仪的增压版本或帮助智能汽车避免碰撞的高度敏感的接近警报。

“从本质上讲，该传感器是一种用于科学导航和测绘的扫描工具，能够创建具有厘米级精度的超高分辨率 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流动车辆在受限环境中使用 GPS （如月球）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，还有多远才能到达他们的目的地。”目的地。”

这是一个重大挑战，因为阿尔忒弥斯时代的探险家正在为第一次现代月球任务和第一次南极任务做准备。 那里的太阳从月球地平线上方升起的高度不超过 3 度，使大部分地形处于深深的阴影中。 这使得到不同兴趣点的距离难以观察。

这段无人驾驶飞行器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 NASA Aeva Inc. 的 4D FMCW 激光雷达数据。 见左上面板； 激光雷达波段数据，右上角； 和激光雷达的多普勒速度数据。 后者跟踪下降的无人机移动的尘粒的速度和方向，红色表示尘粒远离扫描仪，蓝色表示那些向扫描仪移动。 这些功能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，可以使未来对其他世界的科学任务受益，并使探险者能够进行实时地形测绘。 学分：美国宇航局/迈克尔·萨内蒂

KNaCK 项目于 2020 年开始，由 NASA 早期职业计划资助，与 Torch Technologies Inc. 合作。 在亨茨维尔开发背包的原型和相关的导航算法，无需 GPS 即可进行准确的地图绘制。 该项目的商业卖家 Aeva Inc. 在加利福尼亚州山景城，提供 FMCW 激光雷达传感器和支持，并与 NASA 合作增强背包传感系统，以便在月球和地球以外的其他人类探险中使用。

在巡回探险期间和徒步旅行时使用 KNaCK，探险者可以准确地绘制景观地形图，包括深谷、山脉和洞穴。 激光雷达也可以在您的黑暗中工作，让宇航员无需随身携带笨重的照明设备。

“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。 “这些东西在月球上不存在。KNaCK 将不断使经过表面的探险者能够确定他们的运动和方向，并将他们引导到遥远的山峰或他们的行动基地。他们甚至可以查明他们发现某些独特矿物的特定位置或岩层，以便其他人可以轻松返回进行更多研究”。

这对宇航员全天候至关重要，因为他们的飞行受到宇航服氧气供应的限制。 Zanetti 说，KNaCK 的高分辨率精度——比传统的月球地形图和高程模型大一个数量级——使其成为在距离任务控制中心 238,900 英里处进行科学行动和任务的重要资源。

该设备将于 4 月下旬在位于新墨西哥州基尔本霍尔的美国宇航局太阳系探索研究虚拟研究所 (SSERVI) 进行另一次重大现场测试。 该团队之前于 2021 年 11 月在那个古老的火山口（估计有 25,000-80,000 年的历史）中测试了 KNaCK 系统。他们最近还使用它对 6 英里的海洋屏障沙丘进行了 3D 重建。位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心 NASA，负责保护主要的火箭发射台。 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，同时改进系统。

接下来，KNaCK 团队将致力于使设备小型化——一个背包原型重约 40 磅——并加强敏感电子设备以抵御微重力和太阳辐射的相反影响。

Zanetti 说：“利用 Aeva 激光雷达技术的最新进展，我们由 Torch Technologies 提供动力的下一代太空强化装置将有汽水罐那么大，并且能够以前所未有的方式实现月球表面操作。” 他设想将它安装在战车上或宇航员头盔的侧面——这应该为未来的登月者在多功能背包中留出足够的空间。