Разработка новых технологий, которые помогут будущим космическим миссиям успешно совершать безопасные и мягкие посадки, является важнейшей областью космических исследований. Это особенно актуально для будущих пилотируемых полетов на Луну и Марс. Управление космических технологий НАСА (STMD) проводит регулярные испытания различных летательных аппаратов, помогая исследователям быстро совершенствовать критически важные навигационные осадочные системы.
Летные испытания направлены на усовершенствованных алгоритмов наведения и навигации с учетом рельефа местности, своевременное обнаружением опасностей с помощью лидара и оптики и составлением карт в режиме ограниченного времени. LiDAR (Light Detection and Ranging) — лазерная технология дистанционного сканирования поверхностей с моментальным составлением трехмерных карт (прим. ред.).
С начала этого года STMD оказал поддержку в испытаниях четырех технологий точной посадки и обнаружения опасных объектов для НАСА, ряда университетов и коммерческих предприятий, занятых в космической отрасли. Передовые решения были применены на суборбитальной ракетной системе, скоростном реактивном самолете, вертолете и испытательном стенде спускаемого аппарата с ракетным двигателем. Четыре технологии точной посадки были протестированные на четырех различных летательных аппаратах в течение четырех месяцев.
Проводя летные испытания этих технологий на Земле на траекториях и скоростях, соответствующих космическому полету, мы демонстрируем их возможности и подтверждаем их реальными данными для перехода от лабораторных технологий к применению в полетах. Эта работа также сигнализирует промышленности и другим партнерам о том, что мы готовы выйти за рамки НАСА и научных кругов и перейти к следующему поколению аппаратов для посадки на Луну и Марс.
В период с февраля по май при поддержке NASA были проведены следующие летные испытания:
- Определение ориентиров для расчета точных навигационных решений приборов Multi-Environment Navigator (DMEN) компании Draper, технологии навигации и обнаружения опасностей на основе визуального восприятия, при посадке на Луну;
- Сбор данных на борту многоразовой суборбитальной ракетной системы New Shepard компании Blue Origin для перспективной доставки полезных грузов НАСА в рамках инициативы «Коммерческие лунные сервисы полезной нагрузки» (CLPS);
- Сканирование поверхности Земли на ракетных скоростях с определением ориентиров для расчета точного навигационного решения посадки;
- Испытание во время высокодинамичных маневров и изменяемых траекторий полета навигационного доплеровского лидара Psionic (PSNDL), который собирал навигационные данные на различных высотах, скоростях и постоянно меняющейся ориентации в пространстве.
Компания Psionic лицензировала навигационную доплеровскую лидарную технологию NASA, разработанную в исследовательском центре Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, и создала свою собственную миниатюрную систему с улучшенной функциональностью и резервированием компонентов, что сделало ее более надежной для космических полетов.
В феврале PSNDL вместе с полным комплектом навигационных датчиков был установлен на борту самолета F/A-18 Hornet и прошел летные испытания в рамках программы NASA «Армстронг».
В течение нескольких дней самолет выполнял различные фигуры высшего пилотажа, включая большую петлю в виде восьмерки над Долиной Смерти в Калифорнии. Во время этих полетов PSNDL собирала навигационные данные, необходимые для захода на посадку на Луну и Марс.
Высокоскоростные летные испытания продемонстрировали точность датчика и навигации в сложных условиях, что помогло подготовить технологию к посадке роботов и пилотируемых миссий на Луну и Марс.
Исследователи из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, разработали современную сенсорную систему обнаружения опасных объектов Lidar (HDL), которая позволяет быстро сканировать со снижающегося на высокой скорости летательного аппарата поверхность внизу и наносить ее на карту, Поиск безопасных посадочных площадок в сложных местах наверняка пригодится как на Луне и Марсе, так и, например, на Европе, спутнике Юпитера со сложным рельефом.
Лидар с HDL-сканированием создает трехмерные цифровые карты высот в режиме реального времени, обрабатывая около 15 миллионов отраженных лазерных импульсов и составляя карту местности размером с два футбольных поля всего за две секунды.
В середине марта исследователи протестировали HDL с вертолета в Космическом центре Кеннеди NASA во Флориде, пролетев над похожим на Луну испытательным полем со скалами и кратерами. Лидар собрал множество снимков с разных высот и углов обзора, чтобы смоделировать ряд сценариев посадки и создать навигационные карты в режиме реального времени. Предварительный анализ данных показывает отличную производительность системы HDL.
HDL является компонентом комплекса технологий NASA «Эволюция интегрированных возможностей безопасной и точной посадки» (SPLICE). Система снижения и посадки SPLICE объединяет в себе множество компонентов, таких как авионика, датчики и алгоритмы, что позволяет выполнять посадку в труднодоступных местах. Команда HDL также продолжает тестировать и совершенствовать датчик для ов и коммерческого применения.
Алгоритмы управления спуском, разработанные Государственным университетом Сан-Диего (SDSU) и обеспечивающие точное наведение на посадку при минимальном расходе топлива, направлены на повышение точности посадки автономного космического аппарата и предотвращение опасных ситуаций.
В ходе серии летных испытаний в апреле и мае, проведенных при поддержке программы NASA «Возможности полета», экспериментальное университетское программное обеспечение было интегрировано в суборбитальный посадочный модуль Astrobotic Xodiac с помощью решений компании Falcon ExoDynamics в рамках конкурса NASA TechLeap Prize «Ночная посадка на точность». Алгоритмы могут быть использованы при полетах людей и роботов на Луну, а также при полетах на Марс на кораблях с большой массой.
Совершенствуя эти и другие технологии навигации, точной посадки и обнаружения опасных объектов путем проведения регулярных летных испытаний, Управление космических технологий NASA уделяет приоритетное внимание безопасному и успешному приземлению в сложных планетарных условиях для будущих космических миссий.
