La tecnología autónoma para evitar el peligro de aterrizaje ( ALHAT ) es una tecnología que la NASA está desarrollando para aterrizar de forma autónoma naves espaciales en la Luna, Marte o incluso un asteroide. [4] [5]
Descripción | Tamaño | Árbitro |
---|---|---|
Condiciones de iluminación | alguna | [1] |
Precisión de aterrizaje global | ± 90 m | [1] |
Precisión de aterrizaje local | ± 3 m | [1] |
detecta elevación de peligro (rocas) | > 30 cm | [1] |
detecta pendientes peligrosas | > 5 ° | [1] |
Dimensiones | (Por determinar) | - |
Masa | 400 libras | [2] |
Clase de láseres | IV | [3] |
Según la página web de la NASA sobre el proyecto, proporcionará un sistema de descenso y aterrizaje automatizado de última generación para las naves de aterrizaje planetario. Un conjunto de sensores de seguimiento de superficie con capacidades para evitar peligros en tiempo real evaluará la altitud y la velocidad del vehículo que desciende y la topografía del lugar de aterrizaje para permitir un aterrizaje de precisión. La nave descendente utilizará los algoritmos ALHAT combinados con los datos del sensor para navegar hasta el "punto de destino de aterrizaje previo a la misión", donde identificará de forma autónoma las áreas de aterrizaje seguras y guiará la nave hasta el aterrizaje. La tecnología funcionará en cualquier condición de iluminación, desde el áspero resplandor de un Sol sin protección hasta la turbia y gaseosa oscuridad de un cuerpo distante del Sistema Solar. [6]
Una lancha de desembarco equipada con ALHAT tendrá la capacidad de detectar y evitar obstáculos como cráteres, rocas y pendientes y aterrizar de forma segura y precisa en una superficie. El proyecto está dirigido por Johnson Space Center (JSC) y apoyado por Jet Propulsion Laboratory (JPL) y Langley Research Center . [5] Algunos de los sensores también pueden usarse para ayudar a las naves espaciales a atracar. [7]
Las tecnologías ALHAT incluyen un sistema de detección de peligros, un velocímetro lidar Doppler , un altímetro láser , software, algoritmos de sensores y procesadores de computadora de ruta al espacio. Estas tecnologías se integran con la instrumentación de navegación a bordo del módulo de aterrizaje. [4] El equipo tiene una masa de 400 lb (180 kg). [2]
La instrumentación ha sido probada operando desde vehículos en movimiento: un camión, el helicóptero Huey de la NASA y el módulo de aterrizaje del Proyecto Morpheus . Al final de las pruebas, el proyecto apunta a que el equipo ALHAT haya alcanzado el nivel de preparación tecnológica (TRL) 6. [1] [5]
El proyecto ALHAT ha sido reemplazado por el proyecto CoOperative Blending of Autonomous Landing Technologies (COBALT) de la NASA . La NASA afirma que la Navegación Doppler Lidar (NDL) de COBALT es un 60 por ciento más pequeña, opera a casi el triple de la velocidad y proporciona una medición de mayor alcance. [8]
Tecnología
Los recursos que necesitarán las expediciones futuras con frecuencia estarán situados en terrenos potencialmente peligrosos, por lo que los exploradores robóticos y humanos deben aterrizar de forma segura cerca de estos recursos. Esto requiere una nueva generación de aterrizadores planetarios con la capacidad de reconocer automáticamente el lugar de aterrizaje deseado, evaluar los posibles peligros de aterrizaje y adaptarse a medida que descienden a la superficie. [9] La NASA Langley creó tres sensores lidar (radar de luz): el flash lidar, el doppler lidar y el altímetro láser de gran altitud para el proyecto ALHAT. [10]
El flash lidar utiliza tecnología de imágenes para detectar objetos más grandes que el tamaño de una pelota de baloncesto en una superficie planetaria en todas las condiciones de iluminación. Si hay un obstáculo, el sistema desviará el vehículo a un lugar de aterrizaje más seguro. [10] El motor del sensor de la cámara tridimensional también forma parte de la cámara espacial DragonEye utilizada por la nave espacial Dragon para acoplarse a la Estación Espacial Internacional. [11]
El flash lidar emite un láser y actúa como una cámara flash que permite la generación de mapas e imágenes lidar. [10] El lidar Doppler mide la altitud y la velocidad del vehículo para aterrizar con precisión en la superficie, y el altímetro láser de gran altitud proporciona datos que permiten al vehículo aterrizar en el área elegida. [10] La tecnología láser lidar escanea un área en busca de peligros como cráteres o rocas antes de que el módulo de aterrizaje aterrice. El sistema a bordo utiliza los datos para construir un mapa de terreno y elevación de posibles lugares de aterrizaje en tiempo real. ALHAT primero escanea desde una gran altitud, lo que le da a la nave espacial suficiente para responder a los obstáculos o cráteres en el lugar de aterrizaje. Los sitios seguros se designan en función de factores que incluyen el ángulo de inclinación de la superficie, la distancia y el costo del combustible para llegar a un sitio y la posición de las almohadillas del módulo de aterrizaje. [12]
Historia y planes
El Centro Espacial Johnson de la NASA lidera el proyecto ALHAT, iniciado a principios de 2006, para el Programa de Desarrollo de Tecnología de Exploración de la NASA. Charles Stark Draper Labs y el Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins, Baltimore, también brindan apoyo. Langley diseñó dos sensores de detección de luz y rango (lidar) para propósitos especiales. Junto con esto, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA desarrolló algoritmos para analizar el terreno basándose en estas mediciones de LIDAR. [13]
El programa Advanced Exploration Systems desea demostrar completamente y calificar espacialmente un ALHAT mejorado lanzando un módulo de aterrizaje Morpheus con el sistema ALHAT a la Luna en el lanzamiento de 2017 del Space Launch System. Si ambos funcionan, Morfeo tiene la intención de usar ALHAT para aterrizar de manera segura en uno de los polos lunares. [4]
Los pilotos humanos pueden recibir ayuda de la tecnología ALHAT, que les proporciona una mejor conciencia de la situación cuando aterrizan sus vehículos. [14]
En julio de 2013, se integró un ALHAT refrigerado por aire en el Morpheus Lander BRAVO y su software de guía. Se realizaron vuelos de prueba satisfactorios con el vehículo atado. El ALHAT y su equipo fueron al Centro Espacial Kennedy para realizar pruebas de vuelo gratuitas. [15]
El 21 de noviembre de 2013, ALHAT en el prototipo Morpheus Lander llegó al KSC para realizar pruebas en vuelo libre. [16] En marzo de 2014, ALHAT y el módulo de aterrizaje Bravo se integraron nuevamente y se realizaron las pruebas de vuelo. [17]
En noviembre de 2014 se instalaron sensores ALHAT adicionales en el Morpheus Lander. La nueva óptica permite que el Lidar Doppler de navegación mida con precisión la velocidad del vehículo en relación con el suelo. [18] El Morpheus / ALHAT realizó con éxito el Vuelo Libre 15 (FF15) el 15 de diciembre de 2015, un vuelo ALHAT de circuito cerrado y un aterrizaje. [19]
Las conexiones entre el vehículo Morpheus y ALHAT se documentaron en ICD (Documentos de control de interfaz). [20]
Pruebas
Se han realizado diversas pruebas de campo en el equipo ALHAT. Las pruebas han sido diseñadas para demostrar que el equipo ALHAT ha alcanzado el TRL 6. [1]
La capacidad del ALHAT para detectar objetos más grandes que una pelota de béisbol desde una distancia de 760 m (2.500 pies) mientras se desplaza se probó colocando el sistema en un camión. El ALHAT pudo tomar imágenes y navegar mientras el equipo conducía. [21] La versión más grande de ALHAT se probó usando vuelos de helicóptero en el Dryden Flight Research Center de la NASA, Edwards, California en 2010. [22] Se construyó un campo de terreno lunar en el Centro Espacial Kennedy (KSC) para ALHAT en las pruebas de aterrizaje Morpheus. El campo tiene una variedad de diferentes características del terreno para probar la capacidad de ALHAT para detectar peligros. Las pruebas iniciales utilizaron el ALHAT ligero en un helicóptero. [23]
Se realizó una prueba en helicóptero del Sistema ALHAT integrado con aviónica Morpheus sobre el campo de peligro planetario ALHAT en KSC. Las pruebas de helicópteros KSC incluyeron perfiles de vuelo que se aproximan a aproximaciones planetarias, con todo el sistema ALHAT interconectado con todos los subsistemas Morpheus apropiados y operado en tiempo real. Durante estos vuelos en helicóptero, el sistema ALHAT tomó imágenes del terreno lunar simulado. El uso de un helicóptero permitió realizar la mayoría de las pruebas, pero no todas. Se obtuvieron buenos datos de todos los sensores. Todos los problemas detectados se han identificado y solucionado para respaldar futuras pruebas en Morpheus Lander. [24]
En julio de 2013 se reanudó la integración de ALHAT con el hardware de la versión 1.5 del módulo de aterrizaje Project Morpheus. Las pruebas incluyeron colocar el módulo de aterrizaje en bloques para verificar que la Unidad de medición inercial (IMU) ALHAT funcionaba cuando estaba inclinada. Las pruebas de inclinación se realizaron a diferentes alturas y direcciones. [25]
El 23 de julio de 2013, el equipo de Morpheus / ALHAT completó con éxito la Prueba Tethered # 26 con el ALHAT integrado en el vehículo Bravo de Morpheus. Se cumplieron todos los objetivos de la prueba, incluido el seguimiento y la imagen de ALHAT. Las imágenes se realizaron a varias alturas. [26] En la imagen se puede ver un ejemplo de la imagen producida por el LIDAR.
El 27 de julio de 2013 Bravo y ALHAT volaron nuevamente en TT27. El seguimiento y las imágenes de ALHAT cumplen con todos los objetivos de la prueba. [15]
Durante el resto de 2013 y principios de 2014, el ALHAT se eliminó de Bravo mientras se realizaron varias mejoras en el módulo de aterrizaje y en las pruebas de vuelo. En marzo de 2014, el ALHAT se volvió a instalar en el módulo de aterrizaje. El 27 de marzo de 2014, el ensamblaje realizó con éxito una prueba de anclaje suspendido en una variedad de alturas. [17] Se puede ver el cabezal láser de ALHAT escaneando el área en el cuadro durante TT34 en la parte superior derecha de este video. [27] El vuelo libre 10 de Morpheus tuvo lugar el 2 de abril de 2014. El ALHAT estaba en modo de bucle abierto. Además del vuelo, este video incluye tomas de una cámara testigo montada y alineada cuidadosamente con el cabezal de escaneo láser que muestra lo que vio el láser, pero en el espectro visible. Confirmando que se escaneó el campo de peligro. [28]
El 24 de abril de 2014, el vuelo libre 11 (FF11) se completó con éxito en la instalación de aterrizaje de lanzadera de KSC (SLF). En FF11, como en FF10, ALHAT operó en modo de bucle abierto, obteniendo imágenes del Hazard Field y calculando soluciones de navegación en tiempo real durante el vuelo. El equipo no estaba (todavía) navegando por el vehículo, lo que significa que Bravo voló de forma autónoma una trayectoria preprogramada como antes. Los ingenieros de ALHAT utilizarán estos datos de vuelo para continuar sintonizando y mejorando el rendimiento de su sistema. [29]
Se realizó una prueba de oscilación el 28 de abril de 2014 para obtener datos precisos en el Lidar Doppler de Navegación de 3 haces de ALHAT para calibrar y confirmar sus mediciones de rango y velocidad. [30] El Vuelo Libre 12 el 30 de abril de 2014 fue una repetición del vuelo anterior, excepto que el Lander tenía como objetivo el sitio de aterrizaje identificado por HDS. [31]
Vuelo libre 13 el 22 de mayo de 2014. Primer vuelo de ALHAT y Morpheus Lander con el ALHAT con control de circuito cerrado del módulo de aterrizaje. Se identificó el lugar de aterrizaje correcto y se lo llevó en avión. Hubo un desacuerdo entre el ALHAT y la guía, navegación y control del Morpheus sobre la ubicación actual del módulo de aterrizaje. [32]
El Vuelo Libre 14 del 28 de mayo de 2014 se realizó de noche. El sistema de detección de peligros ALHAT (HDS) funcionó bien, pero identificó un sitio seguro a solo 0,5 m fuera de los límites establecidos de manera conservadora alrededor del centro de la plataforma de aterrizaje. Luego, ALHAT condujo el vehículo en modo de circuito cerrado a lo largo de toda la aproximación, y el vehículo se hizo cargo de la navegación durante la fase de descenso de la trayectoria cuando ALHAT ya estaba navegando por estima. Si los límites de error de posición menos conservadores hubieran permitido a ALHAT continuar navegando hasta el aterrizaje, el vehículo aún habría aterrizado de manera segura en la plataforma. [33]
El 13 de noviembre de 2014 se realizó una prueba de oscilación de la nueva óptica para el Lidar de navegación ALHAT. [34] El equipo Morpheus / ALHAT realizó el Vuelo Libre 15 (FF15) el 15 de diciembre de 2015. El sexto vuelo libre con el conjunto de sensores ALHAT a bordo y un tercer intento de completar un vuelo histórico ALHAT de circuito cerrado. El vehículo voló y aterrizó con éxito bajo el control del ALHAT. [19]
Problemas de salud y seguridad
El ALHAT es un dispositivo eléctrico, por lo que se aplican las técnicas estándar para manipular y reparar dispositivos eléctricos.
El equipo contiene partes móviles que no deben tocarse cuando se mueven o se encienden.
El Flash LIDAR y el altímetro emiten rayos láser de Clase IV. [3]
- Se deben usar gafas de seguridad cuando se utilizan láseres de clase IV y clase 3B. Eso significa cada vez que se enciende el ALHAT.
- Los rayos láser deben dirigirse lejos de las personas y cualquier cosa que puedan dañar.
- No se debe utilizar óptica asistida.
- Durante las pruebas y operaciones, también se pueden aplicar las reglas para exteriores.
Las reglas para manejar láseres en el Centro Espacial Johnson se pueden encontrar en el Capítulo 6-2 del Manual JSC. [35]
El uso del Project Morpheus Thrust Termination System (TTS) por Range Safety apaga el motor principal del módulo de aterrizaje y detiene el láser Tipo IV en el Sistema de detección de peligros (HDS) de ALHAT. [36]
Ver también
- Orientación, navegación y control
Referencias
- ↑ a b c d e f g Striepe, Scott A .; Epp, Chirold D .; Robertson, Edward A. "ESTADO DEL PROYECTO DE TECNOLOGÍA DE ATERRIZAJE AUTÓNOMO DE PRECISIÓN Y EVITACIÓN DE PELIGROS (ALHAT) EN MAYO DE 2010" (PDF) . Consultado el 8 de febrero de 2013 . Cite journal requiere
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- ^ Morpheus Ops Lean, Ian Young (@ICYprop). "Un día típico de la prueba de Morfeo" . Blog del sitio web de Morpeus . NASA . Consultado el 26 de abril de 2014 .
enlaces externos
- Página de inicio de la tecnología autónoma de aterrizaje y prevención de peligros (ALHAT)
- Página de inicio del Proyecto Morfeo
- Video de ALHAT siendo instalado en un helicóptero Huey
- (pdf) [1] Tecnología autónoma de aterrizaje y prevención de peligros (ALHAT), 2008 power point por el Dr. Chirold Epp
- IEEE Xplore Autonomous Precision Landing and Hazard, Detection and Avoidance Technology (ALHAT) por CD Epp - Conferencia aeroespacial, 2007 IEEE
- Arquitectura y concepto operativo del sistema IEEE Xplore ALHAT por T. Brady, Charles Stark y J. Schwartz - Conferencia aeroespacial, 2007 IEEE