Os engenheiros da NASA testarão um conjunto de novas tecnologias de laser em uma aeronave neste verão para sensoriamento remoto de ciências da Terra. Chamados de “lidar”, os instrumentos também poderiam ser usados ​​para melhorar modelos da forma da lua e auxiliar na busca por locais de pouso de Artemis.



Semelhante ao sonar, mas usando luz em vez de som, os lidars calculam distâncias cronometrando quanto tempo um feixe de laser leva para refletir em uma superfície e retornar a um instrumento. Vários pings do laser podem fornecer a velocidade relativa e até mesmo a imagem 3D de um alvo. Eles ajudam cada vez mais os cientistas e exploradores da NASA a navegar, mapear e coletar dados científicos.

Engenheiros e cientistas do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, continuam a refinar lidars em ferramentas menores, mais leves e mais versáteis para ciência e exploração, com a ajuda de hardware fornecido por pequenas empresas e parceiros acadêmicos.

“Os lidars de imagem 3D existentes lutam para fornecer a resolução de 2 polegadas necessária às tecnologias de orientação, navegação e controle para garantir pousos precisos e seguros, essenciais para futuras missões de exploração robótica e humana”, disse o engenheiro da equipe Jeffrey Chen. "Tal sistema requer lidar de detecção de perigos 3D e um lidar doppler de navegação, e nenhum sistema existente pode executar ambas as funções."

Entra em CASALS, a Espectrometria Simultânea de Inteligência Artificial e Sistema Lidar Adaptativo. Desenvolvido através do IRAD, programa interno de pesquisa e desenvolvimento de Goddard, o CASALS direciona um laser sintonizável através de uma grade semelhante a um prisma para espalhar o feixe com base em seus comprimentos de onda variáveis. Os lidars tradicionais pulsam um laser de comprimento de onda fixo que é dividido em vários feixes por espelhos e lentes volumosos para dividi-lo em vários feixes. Um instrumento CASALS poderia cobrir mais da superfície de um planeta em cada passagem do que os lidars usados ​​durante décadas para medir a Terra, a Lua e Marte.

O menor tamanho, peso e requisitos de energia mais baixos do CASALS permitem pequenas aplicações de satélite, bem como lidars portáteis ou portáteis para uso na superfície da lua, disse Guangning Yang, engenheiro de Goddard e líder de desenvolvimento do CASALS.

A equipe CASALS recebeu financiamento do Earth Science Technology Office da NASA para testar suas melhorias em avião em 2024, aproximando seu sistema da prontidão para voos espaciais.

Qual ​​é a cor do seu lidar?

À medida que os lidars se tornam mais especializados, os CASALS podem incorporar diferentes comprimentos de onda ou cores de luz laser para aplicações como ciências da Terra, exploração de outros planetas e objetos no espaço e navegação e operações de encontro.

A equipe CASALS usou o financiamento Goddard IRAD e NASA SBIR (Small Business Innovation Research Program), juntamente com os parceiros comerciais Axsun Technologies e Freedom Photonics, para desenvolver novos lasers de ajuste rápido na porção de 1 mícron do espectro infravermelho para ciências da Terra e exploração planetária. Em comparação, os lidars comumente disponíveis usados ​​para o desenvolvimento de veículos autônomos normalmente usam lasers de 1,5 mícron para cálculos de alcance e velocidade.

Na Terra, comprimentos de onda próximos de 1 mícron passam facilmente pela atmosfera e são bons para diferenciar a vegetação do solo descoberto, disse Ian Adams, tecnólogo-chefe de ciências da Terra de Goddard. Comprimentos de onda próximos de 0,97 e 1,45 mícrons oferecem informações valiosas sobre o vapor de água na atmosfera da Terra, mas não viajam tão eficientemente para a superfície.

Num projeto relacionado, a equipe fez parceria com a Left Hand Design Corporation para desenvolver um espelho de direção para ampliar a cobertura de imagens 3D do CASALS e melhorar a resolução. Ele disse que a taxa de pulso mais alta do lidar pode aumentar a sensibilidade do sinal para fornecer medições de alcance e velocidade em até 60 milhas.

As missões relacionadas com Artemis que pretendam aterrar perto do Pólo Sul da Lua também poderiam usar as imagens mais nítidas do CASALS para ajudar a avaliar a segurança de potenciais locais de aterragem.

Trazendo a lua em foco

Modelos 3D mais detalhados da lua impulsionaram o esforço IRAD do cientista planetário de Goddard Erwan Mazarico para refinar a capacidade do CASALS de medir detalhes da superfície menores que 3 pés. Ele disse que isso ajudará a compreender as estruturas subterrâneas da Lua e as mudanças ao longo do tempo.

Todos os meses, o caminho da Terra através do céu lunar move-se dentro de 10 ou 20 graus do centro do lado voltado para a Terra.

“Previmos, com base na nossa compreensão da sua estrutura interna, que a força mutável da Terra poderia mudar a protuberância das marés ou a forma da Lua”, disse Mazarico. "Medições de alta resolução dessa deformação poderiam nos dizer mais sobre possíveis variações dentro da Lua. Ela está respondendo como um corpo totalmente uniforme no interior?"

O Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) da NASA mede o satélite natural da Terra desde 2009, modelando o terreno da Lua e fornecendo uma riqueza de descobertas com a ajuda do LOLA, seu Lunar Orbiting Lidar Altimeter. LOLA dispara 28 pulsos de laser por segundo, divididos em cinco feixes que tocam a superfície a uma distância de 20 a 30 metros um do outro. Os cientistas usam imagens LRO para estimar características menores da superfície entre as medições do laser.

O laser da CASALS, entretanto, permite o equivalente a várias centenas de milhares de pulsos por segundo, reduzindo a distância entre as medições de superfície.

“Um conjunto de dados mais denso e preciso permitir-nos-ia estudar características muito mais pequenas”, disse Mazarico, incluindo as de impactos, actividade vulcânica e tectónica. "Estamos falando de mais medições em ordens de magnitude. Isso pode ser uma grande mudança no jogo em termos do tipo de dados que obtemos do lidar."

Fornecido pela NASA