La NASA améliore et réduit la taille des sources Lidar

Cet été, des ingénieurs de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) prévoient de tester un tout nouvel ensemble de technologies laser sur un avion conçu pour la recherche par télédétection dans les sciences de la Terre.
En outre, cet ensemble d'instruments LiDAR a également la capacité d'améliorer le modèle de forme de la Lune et devrait aider à déterminer le site d'atterrissage du programme d'exploration lunaire Artemis.
Le principe de fonctionnement principal du LIDAR réside dans le calcul de la distance en mesurant le temps nécessaire à un faisceau laser pour se réfléchir sur une surface et revenir à l'instrument. Les réflexions multiples du laser fournissent non seulement la vitesse relative de la cible, mais en génèrent également une image tridimensionnelle. Ces dernières années, cette technique est devenue un outil important pour les scientifiques et les explorateurs de la NASA en matière de navigation, de cartographie et de collecte de données scientifiques.
Les ingénieurs et les scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, continuent de travailler à l'optimisation du LiDAR pour en faire un outil d'exploration scientifique plus petit, plus léger et plus riche en fonctionnalités, soutenu par du matériel fourni par de petites entreprises et des partenaires universitaires.
Les lidars d'imagerie 3D existants ont du mal à atteindre la résolution de 50-millimètre (2-pouce) nécessaire pour garantir les technologies de guidage, de navigation et de contrôle nécessaires à des atterrissages précis et sûrs pour les futures missions d'exploration robotique et humaine", a déclaré "
Pour relever ce défi, le Goddard Space Flight Center a développé le système CASALS, Concurrent Artificial Intelligence Spectral and Adaptive Lidar System. Le système, né du programme interne de recherche et de développement de Goddard, utilise un réseau en forme de prisme pour émettre un laser accordable, qui propage le faisceau en faisant varier la longueur d'onde du laser.
CASALS utilise une technologie plus avancée que les impulsions LIDAR traditionnelles à longueur d’onde fixe. Alors que les impulsions LIDAR conventionnelles reposent sur des miroirs et des lentilles volumineux pour diviser le laser en plusieurs faisceaux, CASALS couvre une plus grande partie de la surface de la planète par balayage que même les LIDAR utilisés depuis des décennies pour mesurer la Terre, la Lune et Mars.
Les avantages significatifs de CASALS sont sa petite taille, son poids plus léger et ses besoins en énergie moindres, ce qui le rend adapté aux petits satellites ainsi qu'aux appareils portables, ce qui laisse entrevoir la promesse d'applications réelles sur la surface lunaire. les travaux de recherche et de développement ont été financés par le Bureau des sciences et technologies de la Terre de la NASA, et ils prévoient de tester une version améliorée du système à bord d'un avion en 2024 afin de le rapprocher de la préparation aux applications de vols spatiaux.
Différentes longueurs d'onde
Grâce au financement de Goddard IRAD et du SBIR (Small Business Innovation Research Program) de la NASA, l'équipe CASALS, en collaboration avec les partenaires commerciaux Axsun Technologies et Freedom Photonics, a développé avec succès un nouveau laser à réglage rapide pour les sciences de la Terre et l'exploration planétaire, spécialement conçu à utiliser dans la partie 1 μm du spectre infrarouge. partie du spectre infrarouge. En revanche, le LiDAR, couramment utilisé dans le développement de voitures autonomes, utilise couramment un laser de 1,5 μm pour déterminer la distance et la vitesse.
Ian Adams, technologue en chef des géosciences chez Goddard, explique que sur Terre, les lasers d'une longueur d'onde proche de 1 μm sont capables de pénétrer facilement dans l'atmosphère, distinguant ainsi efficacement la végétation du sol nu. En particulier, les lasers dont les longueurs d'onde sont comprises entre 0,97 et 1,45 microns, bien qu'ils fournissent des informations précieuses sur la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre, ne se propagent pas efficacement à la surface.
Dans un projet connexe, l'équipe a travaillé en étroite collaboration avec Left Hand Design Corporation pour développer un miroir de direction conçu pour étendre la couverture d'imagerie 3D et améliorer la résolution de CASALS. Adams a noté que la fréquence d'impulsion plus élevée du lidar pourrait améliorer la sensibilité du signal, ce qui, dans un virage permettrait de mesurer la distance et la vitesse sur une plage de 60- miles. Ceci est particulièrement important pour les missions qui prévoient d'atterrir près du pôle sud de la Lune, où les capacités d'imagerie plus précises de CASALS aideront à évaluer la sécurité des sites d'atterrissage potentiels.
Se concentrer sur la Lune
Pour construire des modèles 3D plus fins de la Lune, le projet IRAD du planétologue Goddard Erwan Mazarico travaille à améliorer la capacité de CASALS à mesurer des détails de surface inférieurs à 1 mètre (3 pieds). Il a souligné que cela nous aidera à mieux comprendre la structure souterraine de la Lune et ses changements au fil du temps. Notamment, chaque mois, la trajectoire de la Terre à travers le ciel lunaire décale le centre du côté faisant face à la Terre de 10 à 20 degrés.
Mazarico explique en outre : « Sur la base de notre connaissance de la structure interne de la Lune, nous prévoyons que des changements constants dans la gravité terrestre peuvent modifier le renflement de marée ou la forme de la Lune. En effectuant des mesures à haute résolution de cette déformation, nous pouvons obtenir plus d'informations sur changements potentiels à l’intérieur de la Lune. Par exemple, nous pouvons explorer si l’intérieur de la Lune réagit comme s’il s’agissait d’un tout complètement unifié.
Depuis 2009, le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA mesure ce satellite naturel de la Terre, simule le terrain lunaire et réalise de nombreuses découvertes à l'aide du Lunar Orbiting Lidar Altimeter (LOLA), qui transmet 28 impulsions laser par le deuxième, divisé en cinq faisceaux, dont chacun couvre le sol à une distance de 65 pieds à 100 pieds. Les scientifiques utilisent les images du LRO pour estimer ce qui arrive aux petites surfaces entre les mesures laser.
Cependant, les lasers de CASALS sont capables de générer des centaines de milliers d'impulsions par seconde, réduisant considérablement la distance entre les mesures de surface. "Un ensemble de données plus dense et plus précis nous permettra d'examiner des caractéristiques plus petites", a déclaré Mazarico, ajoutant que ces caractéristiques pourraient provenir d'impacts, d'une activité volcanique ou de mouvements tectoniques, "et nous parlons d'une amélioration d'un ordre de grandeur". En termes de type de données que nous obtenons du LiDAR, cela pourrait changer complètement la donne. »