Технология автономного предотвращения опасностей при посадке
технологии НАСА
Логотип проекта «Технологии автономной посадки и предотвращения опасностей» (ALHAT)
Фотография испытания системы автоматической посадки ALHAT с использованием вертолета.
АЛЬХАТ
ОписаниеРазмерСсылка
Условия освещениялюбой[1]
Глобальная точность посадки±90 м[1]
Локальная точность посадки±3 м[1]
обнаруживает опасные возвышения (камни)> 30 см[1]
обнаруживает опасные склоны> 5°[1]
Размеры(будет определено)–
Масса400 фунтов[2]
Класс лазеровIV[3]

Технология предотвращения опасностей при автономной посадке ( ALHAT ) — это технология, которую НАСА разрабатывает для автономной посадки космических аппаратов на Луну, Марс или даже астероид. [4] [5]

Согласно веб-странице NASA, посвященной проекту, он предоставит современную автоматизированную систему спуска и посадки для планетарного посадочного аппарата. Набор датчиков слежения за поверхностью с возможностями избегания опасностей в реальном времени оценит высоту и скорость спускаемого аппарата и топографию места посадки, чтобы обеспечить точную посадку. Спускаемый аппарат будет использовать алгоритмы ALHAT в сочетании с данными датчиков для навигации к «точке прицеливания перед миссией», где он автономно определит безопасные зоны посадки и направит аппарат к месту приземления. Технология будет работать в любых условиях освещения, от резкого яркого света незащищенного Солнца до облачной, газообразной мглы далекого тела Солнечной системы. [6]

Посадочный корабль, оснащенный ALHAT, будет иметь возможность обнаруживать и избегать препятствий, таких как кратеры, камни и склоны, и безопасно и точно приземляться на поверхность. Проект возглавляется Космическим центром Джонсона (JSC) и поддерживается Лабораторией реактивного движения (JPL) и Исследовательским центром Лэнгли . [5] Некоторые из датчиков также могут использоваться для помощи в стыковке космических кораблей. [7]

Технологии ALHAT включают в себя систему обнаружения опасностей, лидарный доплеровский велосиметр , лазерный высотомер , программное обеспечение, алгоритмы датчиков и процессоры компьютера пути в космос. Эти технологии интегрируются с бортовой навигационной аппаратурой посадочного модуля. [4] Оборудование имеет массу 400 фунтов (180 кг). [2]

Инструментарий был протестирован с помощью работы с движущихся транспортных средств – грузовика, вертолета Huey NASA и посадочного модуля проекта Morpheus . По окончании тестирования проект стремится к тому, чтобы оборудование ALHAT достигло Уровня технологической готовности (TRL) 6. [1] [5]

Проект ALHAT был заменен проектом NASA CoOperative Blending of Autonomous Landing Technologies (COBALT). NASA утверждает, что навигационный доплеровский лидар COBALT (NDL) на 60 процентов меньше, работает почти в три раза быстрее и обеспечивает измерение на большем расстоянии. [8]

Технологии

Тестирование, чтобы убедиться, что ALHAT может по-прежнему нацеливаться при наклоне. Он интегрирован в посадочный модуль Morpheus.

Ресурсы, необходимые будущим экспедициям, часто будут располагаться в потенциально опасной местности, поэтому роботизированным и человеческим исследователям необходимо безопасно приземляться вблизи этих ресурсов. Для этого требуется новое поколение планетарных посадочных модулей, способных автоматически распознавать желаемое место посадки, оценивать потенциальные опасности посадки и корректировать их по мере спуска на поверхность. [9] NASA Langley создало три лидарных (световых радара) датчика: флэш-лидар, доплеровский лидар и высотный лазерный высотомер для проекта ALHAT. [10]

Вспышка лидара использует технологию визуализации для обнаружения объектов, превышающих размер баскетбольного мяча, на поверхности планеты при любых условиях освещения. Если есть препятствие, система направит транспортное средство в более безопасное место посадки. [10] Трехмерный датчик камеры также является частью космической камеры DragonEye, используемой космическим кораблем Dragon для стыковки с Международной космической станцией. [11]

Вспышка лидара излучает лазер и действует как вспышка камеры, позволяя генерировать лидарные карты и изображения. [10] Доплеровский лидар измеряет высоту и скорость транспортного средства, чтобы точно приземлиться на поверхность, а высотный лазерный высотомер предоставляет данные, позволяющие транспортному средству приземлиться в выбранной области. [10] Технология лазера лидара сканирует область на наличие опасностей, таких как кратеры или камни, до того, как посадочный модуль приземлится. Бортовая система использует данные для построения карты рельефа и высот потенциальных мест посадки в режиме реального времени. ALHAT сначала сканирует с большой высоты, давая космическому аппарату достаточно места для реагирования на препятствия или кратеры на месте посадки. Безопасные места определяются на основе таких факторов, как угол наклона поверхности, расстояние и стоимость топлива, чтобы добраться до места, а также положение опорных площадок посадочного модуля. [12]

История и планы

Космический центр имени Джонсона НАСА возглавляет проект ALHAT, начатый в начале 2006 года для Программы развития исследовательских технологий НАСА. Поддержку также оказывают Charles Stark Draper Labs и Лаборатория прикладной физики Джонса Хопкинса, Балтимор. Лэнгли разработал два специальных датчика обнаружения и определения дальности света (лидар). В связи с этим Лаборатория реактивного движения НАСА разработала алгоритмы для анализа рельефа местности на основе этих лидарных измерений. [13]

Программа Advanced Exploration Systems хотела бы полностью продемонстрировать и космически квалифицировать усовершенствованный ALHAT, запустив посадочный модуль Morpheus с системой ALHAT на Луну во время запуска Space Launch System в 2017 году. Если оба варианта сработают, Morpheus намерен использовать ALHAT для безопасной посадки на одном из лунных полюсов. [4]

Технология ALHAT может помочь пилотам-людям, предоставляя им гораздо лучшую ситуационную осведомленность при посадке своих транспортных средств. [14]

В июле 2013 года ALHAT с воздушным охлаждением был интегрирован в Morpheus Lander BRAVO и его программное обеспечение для управления. Были проведены успешные испытательные полеты с привязанным транспортным средством. ALHAT и его команда отправились в Космический центр Кеннеди для проведения свободных летных испытаний. [15]

21 ноября 2013 года ALHAT на прототипе посадочного модуля Morpheus прибыл в KSC для проведения свободных летных испытаний. [16] В марте 2014 года ALHAT и посадочный модуль Bravo были снова интегрированы и проведены летные испытания. [17]

В ноябре 2014 года на Morpheus Lander были установлены дополнительные датчики ALHAT. Новая оптика позволяет навигационному доплеровскому лидару точно измерять скорость аппарата относительно земли. [18] Morpheus/ALHAT успешно провел Free Flight 15 (FF15) 15 декабря 2015 года — полет ALHAT с замкнутым контуром и посадку. [19]

Связи между кораблем Morpheus и ALHAT были задокументированы в ICD (Interface Control Documents) [20] .

Тестирование

На оборудовании ALHAT были проведены различные полевые испытания. Испытания были разработаны для демонстрации того, что оборудование ALHAT достигло TRL 6. [1]

Способность ALHAT обнаруживать предметы размером больше бейсбольного мяча с расстояния 2500 футов (760 м) во время движения была проверена путем размещения системы на грузовике. ALHAT мог получать изображения и осуществлять навигацию во время движения команды. [21] Более крупная версия ALHAT была испытана с использованием полетов на вертолете в исследовательском центре NASA Драйдена, Эдвардс, Калифорния, в 2010 году. [22] Поле лунного рельефа было построено в Космическом центре Кеннеди (KSC) для тестирования ALHAT на посадочном модуле Morpheus. Поле имеет ряд различных особенностей рельефа для проверки способности ALHAT обнаруживать опасности. Первоначальное тестирование использовало легкий ALHAT на вертолете. [23]

Испытание вертолета интегрированной системы ALHAT с авионикой Morpheus было проведено над планетарным опасным полем ALHAT в KSC. Испытания вертолета KSC включали профили полета, аппроксимирующие планетарные подходы, при этом вся система ALHAT была связана со всеми соответствующими подсистемами Morpheus и работала в режиме реального времени. Во время этих полетов вертолета система ALHAT отображала имитируемый лунный ландшафт. Использование вертолета позволило провести большинство, но не все испытания. Были получены хорошие данные от всех датчиков. Все обнаруженные проблемы были выявлены и устранены для поддержки будущих испытаний на посадочном модуле Morpheus. [24]

В июле 2013 года возобновилась интеграция ALHAT с аппаратным обеспечением Project Morpheus Lander версии 1.5. Тесты включали размещение посадочного модуля на блоках для проверки работоспособности инерциального измерительного блока (IMU) ALHAT при наклоне. Тесты на наклон проводились на нескольких разных высотах и ​​направлениях. [25]

23 июля 2013 года команда Morpheus/ALHAT успешно завершила Tethered Test #26 с ALHAT, интегрированным в аппарат Bravo компании Morpheus. Все цели теста были достигнуты, включая отслеживание и визуализацию ALHAT. Визуализация проводилась на нескольких высотах. [26] Пример визуализации, полученной с помощью LIDAR, можно увидеть на рисунке.

Система визуализации ALHAT LIDAR обнаружила и идентифицировала цель как опасность во время полета в составе посадочного модуля Morpheus

27 июля 2013 года Bravo и ALHAT снова вылетели в TT27. Отслеживание и визуализация ALHAT соответствовали всем целям испытаний. [15]

В течение оставшейся части 2013 года и в начале 2014 года ALHAT был снят с Bravo, пока в посадочный модуль вносились различные усовершенствования и проводились летные испытания. В марте 2014 года ALHAT был установлен обратно в посадочный модуль. 27 марта 2014 года сборка успешно выполнила привязанный тест зависания на разных высотах. [17] Лазерная головка ALHAT может быть замечена сканирующей область в коробке во время TT34 в правом верхнем углу этого видео. [27] Morpheus Free Flight 10 состоялся 2 апреля 2014 года. ALHAT находился в режиме открытого цикла. Помимо полета, это видео включает в себя кадры с камеры-свидетеля, установленной и тщательно выровненной с лазерной сканирующей головкой, показывающие то, что увидел лазер, но в видимом спектре. Подтверждая, что опасное поле было просканировано. [28]

24 апреля 2014 года Free Flight 11 (FF11) был успешно завершен на посадочной площадке шаттла KSC (SLF). В FF11, как и в FF10, ALHAT работал в режиме открытого цикла, визуализируя поле опасности и вычисляя навигационные решения в реальном времени во время полета. Оборудование (еще) не управляло транспортным средством, то есть Bravo автономно летел по заранее запрограммированной траектории, как и раньше. Инженеры ALHAT будут использовать эти данные полета для продолжения настройки и улучшения производительности своей системы. [29]

28 апреля 2014 года был проведен тест на качание для получения точных данных с 3-лучевого навигационного доплеровского лидара ALHAT для калибровки и подтверждения его измерений дальности и скорости. [30] Свободный полет 12 30 апреля 2014 года был повторением предыдущего полета, за исключением того, что посадочный модуль был нацелен на место посадки, идентифицированное HDS. [31]

Свободный полет 13 22 мая 2014 года. Первый полет ALHAT и посадочного модуля Morpheus с замкнутым контуром управления посадочным модулем ALHAT. Правильное место посадки было определено и туда был совершен полет. Возникло разногласие между управлением, навигацией и контролем ALHAT и Morpheus по текущему местоположению посадочного модуля. [32]

Свободный полет 14 28 мая 2014 года состоялся ночью. Система обнаружения опасностей ALHAT (HDS) показала хорошие результаты, но определила безопасное место всего в 0,5 м от консервативно установленных границ вокруг центра посадочной площадки. Затем ALHAT управляла аппаратом в режиме замкнутого контура на протяжении всего подхода, при этом аппарат брал на себя управление на этапе снижения траектории, когда ALHAT уже вел счисление траектории. Если бы менее консервативные пределы погрешности положения позволили ALHAT продолжить навигацию к посадке, аппарат все равно бы благополучно приземлился на площадку. [33]

13 ноября 2014 года был проведен тест на качание новой оптики для навигационного лидара ALHAT. [34] Команда Morpheus/ALHAT провела Free Flight 15 (FF15) 15 декабря 2015 года. Шестой свободный полет с набором датчиков ALHAT на борту и третья попытка завершить исторический полет ALHAT с замкнутым контуром. Аппарат успешно взлетел и приземлился под управлением ALHAT. [19]

Вопросы охраны здоровья и безопасности

ALHAT — это электрическое устройство, поэтому к нему применяются стандартные методы обращения и ремонта электрических устройств.
Оборудование содержит движущиеся части, к которым нельзя прикасаться, когда они движутся или включены.
Flash LIDAR и высотомер излучают лазерные лучи класса IV. [3]

  • При использовании лазеров класса IV и 3B следует надевать защитные очки. Это означает, что ALHAT должен быть включен всякий раз.
  • Лазерные лучи должны быть направлены в сторону от людей и всего, что они могут повредить.
  • Не следует использовать вспомогательную оптику.
  • Во время испытаний и эксплуатации могут также применяться правила эксплуатации на открытом воздухе.

Правила обращения с лазерами в Космическом центре имени Джонсона можно найти в главе 6-2 Справочника JSC. [35]

Использование системы прекращения тяги (TTS) проекта Morpheus компанией Range Safety выключает главный двигатель посадочного модуля и останавливает лазер типа IV в системе обнаружения опасностей (HDS) ALHAT. [36]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Striepe, Scott A.; Epp, Chirold D.; Robertson, Edward A. (14 июня 2010 г.). Состояние проекта Autonomous Precision Landing and Hazard Avoidance Technology (ALHAT) по состоянию на май 2010 г. (PDF) . International Planetary Probe Workshop 2010 (IPPW-7). Барселона, Испания. Архивировано (PDF) из оригинала 12 апреля 2022 г. . Получено 8 февраля 2013 г. .
  2. ^ Стивен Сиселофф (23 апреля 2014 г.). «Оснащенный новыми датчиками, Морфеус готовится к самостоятельной посадке». Веб-сайт НАСА . НАСА . Получено 25 апреля 2014 г.
  3. ^ ab "Project Morpheus posting on July 23, 2013". Facebook . NASA . Получено 25 июля 2013 .
  4. ^ abc Hillhouse, Jim (май 2012 г.). "ALHAT – Getting There Safe, Even In The Dark". AmericaSpace . Получено 8 февраля 2013 г. .
  5. ^ abc "ALHAT at JPL Home page". NASA. Архивировано из оригинала 14 февраля 2013 г. Получено 8 февраля 2013 г.
  6. ^ сокращенная цитата из: "ALHAT overview". Миссии по демонстрации технологий . NASA . Получено 8 февраля 2013 г.
  7. ^ Джон М. Карсон. «@MorpheusLander @A_M_Swallow некоторые из тех же датчиков рассматриваются именно для этого!». www.twitter.com . NASA . Получено 13 ноября 2014 г.
  8. ^ Лора Холл (9 марта 2017 г.). «Демонстрационные полеты COBALT объединяют технологии для получения точных результатов посадки». www.nasa.gov . NASA . Получено 17 марта 2017 г.
  9. ^ "NASA – Autonomous Landing and Hazard Avoidance Technology (ALHAT)". Миссии по демонстрации технологий . NASA . Получено 8 февраля 2013 г.
  10. ^ abcd "ALHAT обнаруживает опасности приземления на поверхности". Research News, Langley Research Center . NASA . Получено 8 февраля 2013 г.
  11. ^ "DragonEye 3D Flash LIDAR Space Camera". Advanced Scientific Concepts, Inc. Архивировано из оригинала 2013-03-02 . Получено 15 февраля 2013 г.
  12. ^ Корли, Энн-Мари (29 июля 2009 г.). «Как безопасно приземлиться на Луну». MIT Technology Review . Получено 15 февраля 2013 г.
  13. ^ "Sensors Advance Lunar Landing Project". NASA – Beyond Earth . NASA . Получено 8 февраля 2013 г. .
  14. ^ МэриЭнн Джексон (5 августа 2013 г.). «ALHAT успешно прошел испытания на привязи». Сайт НАСА www.nasa.gov . НАСА . Получено 7 августа 2013 г.
  15. ^ ab Morpheus/ALHAT TT27. NASA . Получено 27 июля 2013 г. – через YouTube.
  16. ^ Прототип посадочного модуля Morpheus прибыл в NASA'S Kennedy Space. NASA . Получено 2 декабря 2013 г. – через You Tube.
  17. ^ ab Morpheus Completes Tethered Flight With Test of Hazard Avoidance System. NASA . Получено 27 марта 2014 г. – через YouTube.
  18. ^ Проект Морфеус. "Пост от 12 ноября 2014 г.". www.Facebook.com . NASA . Получено 13 ноября 2014 г. .
  19. ^ ab Morpheus FF15. NASA . Получено 17 декабря 2014 г. – через YouTube.
  20. ^ Джон М. Карсон III; Хирш, Роберт Л.; Робак, Винсент Э.; Виллалпандо, Карлос; Буса, Джозеф Л.; Пьеротте, Диего Ф.; Трауни, Николас; Мартин, Кит Э.; Гленн Д. Хайнс (5 января 2015 г.). Интерфейс и проверка систем безопасной точной посадки ALHAT с транспортным средством Morpheus (ред. JSC-CN-32396). Конференция AIAA SciTech 2015; 5–9 января 2015 г.; Киссимми, Флорида; США. hdl :2060/20140017031.
  21. ^ "ALHAT обнаруживает опасности приземления на поверхности". NASA. 7 сентября 2012 г. Получено 6 марта 2013 г.
  22. ^ «Датчики для безопасной и дальней посадки космических аппаратов». NASA. 19 августа 2010 г. Получено 6 марта 2013 г.
  23. ^ "Поле лунного рельефа, построенное в Космическом центре Кеннеди". ALHAT в JPL . NASA. Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Получено 6 марта 2013 г.
  24. ^ Эпп, Чирольд Д.; Робертсон, Эдвард А.; Рутисхаузер, Дэвид К. (10 сентября 2013 г.). Полевые испытания вертолета системы автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT) НАСА, полностью интегрированной с авионикой вертикального испытательного стенда Morpheus . Конференция AIAA Space 2013; 10–12 сентября 2013 г.; Сан-Диего, Калифорния. Сервер технических отчетов НАСА . hdl :2060/20140000960.
  25. ↑ Проект Морфеус. «Сообщения Facebook от 2 июля 2013 г.». Facebook . NASA . Получено 2 июля 2013 г. .
  26. ↑ Morpheus/ALHAT Tether Test 26. NASA . Получено 23 июля 2013 г. – через YouTube.
  27. ↑ Project Morpheus Tether Test 34. NASA . Получено 28 марта 2014 г. – через YouTube.
  28. ↑ Project Morpheus Free Flight 10. NASA . Получено 4 апреля 2014 г. – через YouTube.
  29. ↑ Project Morpheus Free Flight 11. NASA . Получено 25 апреля 2014 г. – через YouTube.
  30. ^ "Swing test on ALHAT laser 28 апреля 2014 г.". Twitter – MorpheusLander . NASA . Получено 1 мая 2014 г. .
  31. ↑ Morpheus Free Flight 12. NASA . Получено 1 мая 2014 г. – через YouTube.
  32. ↑ Morpheus Free Flight 13. NASA . Получено 23 мая 2014 г. – через YouTube.
  33. ↑ Проект Morpheus Free flight 14. NASA . Получено 29 мая 2014 г. – через YouTube.
  34. ^ Morpheus Lander. «Испытание на качание завершено. Сейчас перенастраиваем лазер лидара и проверяем пиксели. #ALHAT». www.twitter.com . NASA . Получено 13 ноября 2014 г.
  35. ^ "Глава 6.2 Безопасность и здоровье при работе с лазерами" (PDF) . JSC Safety Handbook JPR1700-1 ch6-2 . NASA. Архивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2013 г. . Получено 9 июля 2013 г. .
  36. ^ Morpheus Ops Lean, Ян Янг (@ICYprop). "Типичный день испытаний Morpheus". Блог веб-сайта Morpeus . NASA . Получено 26 апреля 2014 г.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Технология предотвращения опасностей при автономной посадке» .
  • Домашняя страница технологии автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT)
  • Домашняя страница проекта Морфеус
  • Видео установки ALHAT на вертолет Huey
  • (pdf) [1] Технология автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT), 2008 г., Power Point, доктор Чирольд Эпп
  • IEEE Xplore Автономная точная посадка и технология обнаружения и предотвращения опасностей (ALHAT) от CD Epp – Аэрокосмическая конференция, IEEE 2007
  • Архитектура и концепция работы системы IEEE Xplore ALHAT Т. Брэди, Чарльза Старка и Дж. Шварца – Аэрокосмическая конференция, IEEE 2007 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Технология_избежания_опасностей_автономной_посадки&oldid=1268064309"