Presisi Laser Memenuhi Eksplorasi Bulan Dengan Navigasi Doppler Lidar NASA

NASATeknologi Navigasi Doppler Lidar, yang ditetapkan untuk demonstrasi di bulan, menyoroti kemajuan dalam teknologi pendaratan dengan implikasi di luar eksplorasi ruang angkasa.

Akhir bulan ini, penyedia layanan pengiriman bulan komersial NASA, Intuitive Machines, akan meluncurkan pendarat bulan Nova-C yang membawa beberapa muatan sains dan teknologi NASA, termasuk Navigation Doppler Lidar (NDL). Sistem panduan inovatif ini, yang dikembangkan oleh Pusat Penelitian Langley NASA di Hampton, Virginia, di bawah Direktorat Misi Teknologi Luar Angkasa (STMD), berpotensi merevolusi pendaratan pesawat ruang angkasa di dunia luar bumi.

Teknologi NDL adalah muatan NASA untuk pengiriman Layanan Muatan Lunar Komersial (CLPS) Mesin Intuitif ini, yang berarti NASA akan mendemonstrasikan kemampuan NDL di lingkungan bulan selama misi tetapi data tersebut tidak dianggap penting untuk misi keberhasilan pendaratan Nova-C , karena Mesin Intuitif memiliki sistem navigasi dan pendaratannya sendiri.

Misi Artemis akan membawa manusia kembali ke Bulan dan Navigasi Doppler Lidar akan memastikan pendaratan yang aman bagi semua orang di dalamnya. Kepala Insinyur NDL Glenn Hines menjelaskan bagaimana laser akan meringankan beban astronot dalam melakukan pendaratan yang aman dan tepat di Bulan.

Konteks Sejarah dan Perkembangan NDL

Kisah NDL dimulai hampir 20 tahun yang lalu ketika Dr. Farzin Amzajerdian, manajer proyek NDL di NASA Langley, membuat terobosan dan berhasil menemukan cara yang tepat untuk mendaratkan rover. Mars. Pada akhir tahun 1990-an dan awal tahun 2000-an, beberapa upaya pendaratan rover di permukaan Mars menemui beberapa tantangan yang signifikan.

Radar pada dasarnya tidak tepat untuk aplikasi ini. Gelombang radio menutupi area yang luas di bumi, yang berarti kawah kecil dan batu-batu besar yang biasa ditemukan di permukaan Mars dapat ‘bersembunyi’ dari deteksi dan menyebabkan bahaya yang tidak terduga bagi para pendarat.

“Para pendarat memerlukan sensor radar untuk memberi tahu mereka seberapa jauh mereka berada di permukaan tanah dan seberapa cepat mereka bergerak sehingga mereka dapat menentukan waktu penyebaran parasut mereka,” kata Amzajerdian. “Terlalu dini atau terlambat, pendarat akan meleset dari sasarannya atau jatuh ke permukaan.”

Gelombang radio juga tidak dapat mengukur kecepatan dan jangkauan secara independen satu sama lain, dan hal ini penting, menurut Aram Gragossian, pemimpin elektro-optik untuk NDL di NASA Langley, yang bergabung dengan tim sekitar enam tahun lalu.

“Jika Anda melewati lereng yang curam, jarak tempuhnya berubah dengan sangat cepat, namun bukan berarti kecepatan Anda berubah,” ujarnya. “Jadi, jika Anda hanya memasukkan informasi tersebut kembali ke sistem Anda, hal ini dapat menyebabkan reaksi bencana.”

Amzajerdian mengetahui masalah ini dan dia tahu cara memperbaikinya.

“Mengapa tidak menggunakan lidar dibandingkan radar?” Dia bertanya.

LiDAR, yang merupakan singkatan dari deteksi dan jangkauan cahaya, adalah teknologi yang menggunakan cahaya tampak atau inframerah seperti halnya radar menggunakan gelombang radio. Lidar mengirimkan pulsa laser ke target, yang memantulkan sebagian cahaya kembali ke detektor. Saat instrumen bergerak sehubungan dengan targetnya, perubahan frekuensi sinyal yang kembali – juga dikenal sebagai efek Doppler – memungkinkan lidar mengukur kecepatan secara langsung dan tepat. Jarak diukur berdasarkan waktu tempuh cahaya ke sasaran dan kembali.

Lidar menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan radar, terutama fakta bahwa laser mentransmisikan sinar pensil yang dapat memberikan pengukuran yang lebih tepat dan akurat.

Kemajuan dan Potensi NDL ke Depan

Pada tahun 2004, Amzajerdian mengusulkan NDL sebagai konsep kepada tim Mars Science Laboratory. Pada tahun 2005, ia dan timnya menerima dana dari Langley untuk menyusun bukti konsep. Kemudian, pada tahun 2007, mereka mendapat dana untuk membangun dan menguji prototipe helikopter. Glenn Hines dari Langley bergabung dengan NDL — pertama sebagai pemimpin elektronik dan sekarang sebagai chief engineer.

Sejak itu, Amzajerdian, Hines, dan banyak anggota tim lainnya telah bekerja tanpa lelah untuk memastikan kesuksesan NDL.

Hines memuji berbagai personel NASA yang terus mendukung NDL. “Hampir dalam segala hal dalam hidup, Anda harus memiliki seorang juara,” kata Hines, “seseorang di sudut Anda berkata, ‘Lihat, apa yang Anda lakukan itu baik. Ini mempunyai kredibilitas.’ ”

Pengiriman Mesin Intuitif hanyalah awal dari kisah NDL; sistem generasi berikutnya sedang dikerjakan. Tim telah mengembangkan sensor pendamping untuk NDL, kamera Flash Lidar multi-fungsi. Flash Lidar adalah teknologi kamera 3D yang mensurvei medan sekitar — bahkan dalam kegelapan total. Jika digabungkan dengan NDL, Flash Lidar akan memungkinkan Anda pergi “ke mana saja, kapan saja.”

Versi NDL masa depan lainnya dapat digunakan di luar urusan rumit pendaratan di permukaan luar bumi. Faktanya, mereka mungkin berguna dalam lingkungan yang sangat terestrial, seperti membantu mobil tanpa pengemudi menavigasi jalan-jalan lokal dan jalan raya.

Melihat sejarah dan lintasan NDL, satu hal yang pasti: Perjalanan awal ke Bulan akan menjadi puncak dari kerja keras, ketekunan, tekad, dan keyakinan teguh pada proyek di seluruh tim selama beberapa dekade, namun dipegang teguh oleh Juara NDL, Amzajerdian dan Hines.

NDL merupakan Invention of the Year NASA pada tahun 2022. Empat program dalam STMD berkontribusi terhadap pengembangan NDL: Peluang Penerbangan, Transfer Teknologi, Riset Inovasi Usaha Kecil & Transfer Teknologi Usaha Kecil, dan Pengembangan Game Changing.

NASA bekerja sama dengan beberapa vendor CLPS untuk membangun irama pengiriman muatan ke Bulan secara teratur untuk melakukan eksperimen, menguji teknologi, dan mendemonstrasikan kemampuan untuk membantu NASA menjelajahi permukaan bulan. Muatan yang dikirimkan melalui CLPS akan membantu NASA meningkatkan kemampuan sains, teknologi, dan eksplorasi di Bulan.