Автономная технология предотвращения опасностей при посадке - Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology

Логотип проекта Автономная посадка и технологии предотвращения опасностей (ALHAT)
Фотография испытываемого на вертолете автоматического посадочного оборудования ALHAT.
АЛХАТ
ОписаниеРазмерСсылка
Условия освещениялюбой[1]
Глобальная точность посадки± 90 м[1]
Местная точность посадки± 3 м[1]
обнаруживает опасную возвышенность (скалы)> 30 см[1]
обнаруживает опасные склоны> 5°[1]
Размеры(Подлежит уточнению)–
Масса400 фунтов[2]
Класс лазеровIV[3]

Автономная технология предотвращения опасностей при посадке (АЛХАТ) это технология НАСА разрабатывается для автономной посадки космических кораблей на Луну, Марс или даже на астероид.[4][5]

Согласно веб-странице НАСА по проекту, он предоставит самую современную автоматизированную систему спуска и посадки для планетарных спускаемых аппаратов. Набор датчиков слежения за поверхностью с возможностью предотвращения опасностей в реальном времени будет оценивать высоту и скорость спускающегося транспортного средства, а также топографию места посадки, чтобы обеспечить точную посадку. Спускающийся аппарат будет использовать алгоритмы ALHAT в сочетании с данными датчиков для навигации к «точке прицеливания перед посадкой», где он будет автономно определять безопасные зоны приземления и направлять корабль к приземлению. Технология будет работать при любых условиях освещения, от резкого сияния незащищенного Солнца до облачной газовой мрака далекого тела Солнечной системы.[6]

Десантное судно, оснащенное ALHAT, будет иметь возможность обнаруживать и избегать препятствий, таких как кратеры, камни и склоны, и безопасно и точно приземляться на поверхность. Проект возглавляет Космический центр Джонсона (АО) при поддержке Лаборатория реактивного движения (JPL) и Исследовательский центр Лэнгли.[5] Некоторые из датчиков могут также использоваться для стыковки космического корабля.[7]

Технологии ALHAT включают систему обнаружения опасностей, лидарный доплеровский велосиметр, лазер высотомер, программное обеспечение, алгоритмы датчиков и компьютерные процессоры пути в космос. Эти технологии интегрируются с бортовыми навигационными приборами спускаемого аппарата.[4] Оборудование имеет массу 400 фунтов (180 кг).[2]

Приборы были испытаны на движущихся транспортных средствах - грузовике, вертолете НАСА Huey и Проект Морфеус посадочный модуль. По окончании тестирования проект нацелен на то, чтобы оборудование ALHAT достигло уровня технологической готовности (TRL) 6.[1][5]

Проект ALHAT был заменен НАСА Кооперативное сочетание технологий автономной посадки (КОБАЛЬТ) проект. НАСА заявляет, что навигационный доплеровский лидар (NDL) COBALT на 60 процентов меньше, работает почти втрое быстрее и обеспечивает измерения на большем расстоянии.[8]

Технологии

Тестирование, чтобы убедиться, что ALHAT все еще может нацеливаться при наклоне. Он интегрирован в посадочный модуль Morpheus.

Ресурсы, необходимые для будущих экспедиций, часто будут располагаться в потенциально опасной местности, следовательно, роботам и людям-исследователям необходимо безопасно приземлиться рядом с этими ресурсами. Для этого требуется новое поколение планетарных спускаемых аппаратов, способных автоматически распознавать желаемое место посадки, оценивать потенциальные опасности приземления и настраиваться при спуске на поверхность.[9]НАСА Лэнгли создало три лидар (световой радар) датчики: импульсный лидар, доплеровский лидар и высотный лазерный высотомер для проекта ALHAT.[10]

Вспышка лидар использует технологию изображений для обнаружения объектов размером больше баскетбольного мяча на поверхности планеты при любых условиях освещения. Если есть препятствие, Система направит автомобиль на более безопасное место для приземления.[10] Датчик трехмерной камеры также является частью космической камеры DragonEye, используемой космическим кораблем Dragon для стыковки с Международной космической станцией.[11]

Лидар со вспышкой мигает лазером и действует как камера со вспышкой, позволяя создавать лидарные карты и изображения.[10]Доплеровский лидар измеряет высоту и скорость транспортного средства, чтобы точно приземлиться на поверхности, а высотный лазерный альтиметр предоставляет данные, позволяющие транспортному средству приземлиться в выбранной области.[10] Лидарная лазерная технология сканирует область на наличие опасностей, таких как кратеры или камни, прежде чем посадочный модуль приземлится. Бортовая система использует данные для построения карты местности и высот потенциальных мест посадки в режиме реального времени. Сначала ALHAT выполняет сканирование с большой высоты, чтобы космический корабль мог реагировать на препятствия или кратеры на месте посадки. Безопасные участки определяются на основе таких факторов, как угол наклона поверхности, расстояние и стоимость топлива, чтобы добраться до места, а также положение опор посадочного модуля.[12]

История и планы

Космический центр имени Джонсона НАСА возглавляет проект ALHAT, начатый в начале 2006 года в рамках Программы развития исследовательских технологий НАСА. Поддержку также оказывают лаборатории Чарльза Старка Дрейпера и Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса в Балтиморе. Лэнгли разработал два специальных датчика обнаружения света и дальномера (лидарные). В связи с этим Лаборатория реактивного движения НАСА разработала алгоритмы для анализа местности на основе этих лидарных измерений.[13]

Программа Advanced Exploration Systems хотела бы полностью продемонстрировать и оценить космическую квалификацию усовершенствованного ALHAT, запустив спускаемый аппарат Morpheus с системой ALHAT на Луну при запуске космической системы запуска в 2017 году. Если оба работают, Морфеус намеревается использовать АЛЬХАТ, чтобы безопасно приземлиться на одном из полюсов Луны.[4]

Пилотам-людям может помочь технология ALHAT, которая позволит им лучше понимать ситуацию, когда они приземляются.[14]

В июле 2013 года система ALHAT с воздушным охлаждением была интегрирована в Morpheus Lander BRAVO и ее программное обеспечение наведения. Успешные испытательные полеты были выполнены на привязной машине. ALHAT и их команда отправились в Космический центр Кеннеди для бесплатного летного тестирования.[15]

21 ноября 2013 года ALHAT на прототипе Morpheus Lander прибыл в КСК для проведения бесплатных 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 транспортного средства относительно земли.[18] 15 декабря 2015 года Morpheus / ALHAT успешно выполнил Free Flight 15 (FF15) - полет и посадку ALHAT с замкнутым контуром.[19]

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

Тестирование

На оборудовании ALHAT были проведены различные полевые испытания. Испытания были разработаны, чтобы продемонстрировать, 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 отображать изображения и ориентироваться во время вождения команды.[21] Более крупная версия ALHAT была испытана на вертолетах в Центре летных исследований НАСА Драйден, Эдвардс, Калифорния, в 2010 году.[22]Поле лунного ландшафта было построено в Космическом центре Кеннеди (KSC) для ALHAT при испытаниях посадочного модуля Morpheus. Поле имеет множество различных особенностей местности, чтобы проверить способность ALHAT обнаруживать опасности. Первоначальные испытания использовали легкий ALHAT на вертолете.[23]

Вертолетное испытание интегрированной системы ALHAT с авионикой Morpheus было проведено над опасным планетарным полем ALHAT в KSC. Испытания вертолета KSC включали в себя профили полета, приближенные к планетарным подходам, при этом вся система ALHAT была связана со всеми соответствующими подсистемами Morpheus и работала в режиме реального времени. Во время этих вертолетных полетов система ALHAT визуализировала имитацию лунной местности. Использование вертолета позволило провести большую часть, но не все испытания. Хорошие данные были получены от всех датчиков. Все обнаруженные проблемы были идентифицированы и исправлены для поддержки будущих испытаний на Morpheus Lander.[24]

В июле 2013 года возобновилась интеграция ALHAT с аппаратным обеспечением посадочного модуля Project Morpheus версии 1.5. Испытания включали размещение посадочного модуля на блоках, чтобы убедиться, что инерциальный измерительный блок (IMU) ALHAT работает при наклоне. Испытания на наклон были выполнены на нескольких разных высотах и ​​направлениях.[25]

23 июля 2013 года команда Morpheus / ALHAT успешно завершила Tethered Test # 26 с ALHAT, интегрированным в автомобиль Bravo Морфеуса. Были достигнуты все цели испытаний, включая отслеживание и визуализацию ALHAT. Визуализация проводилась на нескольких высотах.[26] Пример изображения, полученного с помощью LIDAR, можно увидеть на картинке.

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 на TT27. Система отслеживания и визуализации ALHAT отвечает всем целям испытаний.[15]

В течение оставшейся части 2013 года и в начале 2014 года ALHAT был удален с Bravo, в то время как в посадочный модуль и летные испытания были внесены различные улучшения. В марте 2014 года ALHAT был снова установлен в спускаемый аппарат. 27 марта 2014 г. сборка успешно провела тестовое зависание на разных высотах.[17] Можно увидеть, как лазерная головка ALHAT сканирует область в рамке 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 кадры с камеры-свидетеля, установленной и тщательно выровненной по отношению к лазерной сканирующей головке, показывая то, что видел лазер, но в видимом спектре. Подтверждение сканирования поля опасности.[28]

24 апреля 2014 года свободный полет 11 (FF11) был успешно завершен на площадке для посадки шаттлов KSC (SLF). В FF11, как и в FF10, ALHAT работал в режиме разомкнутого контура, визуализируя опасное поле и вычисляя навигационные решения в реальном времени во время полета. Оборудование (пока) не управляло транспортным средством, что означало, что Bravo автономно летел по заранее запрограммированной траектории, как и раньше. Инженеры ALHAT будут использовать эти полетные данные для продолжения настройки и улучшения характеристик своей системы.[29]

28 апреля 2014 г. было проведено испытание качелей для получения точных данных о 3-лучевом навигационном доплеровском лидаре ALHAT для калибровки и подтверждения измерений дальности и скорости.[30] Свободный полет 12 30 апреля 2014 г. был повторением предыдущего полета, за исключением того, что спускаемый аппарат нацелился на определенное HDS место посадки.[31]

Свободный полет 13, 22 мая 2014 г. Первый полет ALHAT и Morpheus Lander с ALHAT с замкнутым контуром управления посадочным модулем. Было определено правильное место посадки, и был произведен перелет. Между ALHAT и Морфеусом возникли разногласия в отношении управления, навигации и контроля над текущим местоположением посадочного модуля.[32]

Free Flight 14 28 мая 2014 года состоялся ночью. Система обнаружения опасностей ALHAT (HDS) показала хорошие результаты, но определила безопасную площадку всего на 0,5 м за консервативно установленными пределами вокруг центра посадочной площадки. Затем ALHAT управлял транспортным средством в режиме замкнутого контура на протяжении всего захода на посадку, при этом транспортное средство перешло на навигацию на этапе снижения траектории, когда ALHAT уже вел точный расчет. Если бы менее консервативные пределы погрешности положения позволили ALHAT продолжить навигацию до места посадки, автомобиль все равно благополучно приземлился бы на площадку.[33]

13 ноября 2014 г. были проведены испытания новой оптики навигационного лидара ALHAT.[34] Команда Morpheus / ALHAT выполнила свободный полет 15 (FF15) 15 декабря 2015 года. Шестой бесплатный полет датчика ALHAT на борту и третья попытка завершить исторический полет ALHAT с замкнутым контуром. Автомобиль успешно взлетел и приземлился под управлением ALHAT.[19]

Вопросы здоровья и безопасности

ALHAT - это устройство с электрическим приводом, поэтому применяются стандартные методы обращения с электрическими устройствами и их ремонта.
Оборудование содержит движущиеся части, к которым нельзя прикасаться во время их движения или включения.
Flash LIDAR и высотомер излучают лазерные лучи класса IV.[3]

  • При использовании лазеров класса IV и 3B следует надевать защитные очки. Это означает всякий раз, когда ALHAT включен.
  • 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 также могут применяться правила эксплуатации вне помещений.

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

Использование Проект Морфеус Система прекращения тяги (TTS) от Range Safety отключает главный двигатель посадочного модуля и останавливает лазер типа IV в системе обнаружения опасностей (HDS) ALHAT.[36]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Striepe, Scott A .; Epp, Chirold D .; Робертсон, Эдвард А. «СОСТОЯНИЕ ПРОЕКТА АВТОНОМНОЙ ТОЧНОЙ ПОСАДКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗБЕЖАНИЯ ОПАСНОСТИ (ALHAT) НА МАЙ 2010» (PDF). Получено 8 февраля, 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ а б Стивен Сиселофф. «Оснащенный новыми датчиками, Morpheus готовится совершить посадку самостоятельно». Сайт НАСА. НАСА. Получено 25 апреля, 2014.
  3. ^ а б «Публикация проекта« Морфеус »23 июля 2013 г.». Facebook. НАСА. Получено 25 июля, 2013.
  4. ^ а б c Хиллхаус, Джим. «АЛЬХАТ - Добраться туда безопасно, даже в темноте». AmericaSpace. Получено 8 февраля, 2013.
  5. ^ а б c "ALHAT на домашней странице JPL". НАСА. Архивировано из оригинал 14 февраля 2013 г.. Получено 8 февраля, 2013.
  6. ^ сокращенная цитата из: «Обзор АЛХАТ». Технологические демонстрационные миссии. НАСА. Получено 8 февраля, 2013.
  7. ^ Джон М. Карсон. "@MorpheusLander @A_M_Swallow некоторые из тех же датчиков ищут именно для этого!". www.twitter.com. НАСА. Получено 13 ноября, 2014.
  8. ^ Лора Холл. «Демонстрационные летные испытания технологий COBALT для достижения результатов точной посадки». www.nasa.gov. НАСА. Получено 17 марта 2017.
  9. ^ «НАСА - технология автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT)». Технологические демонстрационные миссии. НАСА. Получено 8 февраля, 2013.
  10. ^ а б c d «ALHAT обнаруживает опасности при приземлении на поверхность». Новости исследований, Исследовательский центр Лэнгли. НАСА. Получено 8 февраля, 2013.
  11. ^ "Космическая камера DragonEye 3D Flash LIDAR". Advanced Scientific Concepts, Inc. Архивировано с оригинал на 2013-03-02. Получено 15 февраля, 2013.
  12. ^ Корли, Энн-Мари (29 июля 2009 г.). «Как безопасно приземлиться на Луну». Обзор технологий MIT. Получено 15 февраля, 2013.
  13. ^ "Датчики передового проекта посадки на Луну". НАСА - За пределами Земли. НАСА. Получено 8 февраля, 2013.
  14. ^ МэриЭнн Джексон. «ALHAT проходит привязанные тесты с Flying Colors». Сайт НАСА www.nasa.gov. НАСА. Получено 7 августа, 2013.
  15. ^ а б "Морфеус / АЛХАТ ТТ27". YouTube. НАСА. Получено 27 июля, 2013.
  16. ^ "Прототип посадочного модуля Морфеуса прибывает в космос Кеннеди НАСА". You Tube - Мэтью Трэвис. НАСА. Получено 2 декабря, 2013.
  17. ^ а б «Морфеус завершил полет на привязи с испытанием системы предотвращения опасности». YouTube - НАСАКеннеди. НАСА. Получено 27 марта, 2014.
  18. ^ Проект Морфеус. «Сообщение от 12 ноября 2014 г.». www.Facebook.com. НАСА. Получено 13 ноября, 2014.
  19. ^ а б "Морфеус FF15". www.youtube.com. НАСА - Морфеус Лендер. Получено 17 декабря, 2014.
  20. ^ Джон М. Карсон III; Хирш, Роберт Л .; Робак, Винсент Э; Вильялпандо, Карлос; Busa, Joseph L .; Pierrottet, Diego F .; Trawny, Николас; Мартин, Кейт Э .; Гленн Д. Хайнс (5 января 2015 г.). Сопряжение и проверка систем безопасной точной посадки ALHAT с транспортным средством Morpheus (Ред. АО-ЦН-32396). Конференция AIAA SciTech 2015; 5–9 января 2015 г .; Киссимми, Флорида; Соединенные Штаты. HDL:2060/20140017031.
  21. ^ «ALHAT обнаруживает опасности при приземлении на поверхность». НАСА. 7 сентября 2012 г.. Получено 6 марта, 2013.
  22. ^ «Датчики для направления космических аппаратов на безопасную дальнюю посадку». НАСА. 19 августа 2010 г.. Получено 6 марта, 2013.
  23. ^ «Поле лунной местности, построенное в Космическом центре Кеннеди». АЛХАТ в JPL. НАСА. Архивировано из оригинал 15 февраля 2013 г.. Получено 6 марта, 2013.
  24. ^ Epp, Chirold D .; Робертсон, Эдвард А .; Рутисхаузер, Дэвид К. "Полевые испытания на вертолете системы НАСА автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT), полностью интегрированной с авионикой вертикального испытательного стенда Morpheus". Документ конференции о сервере технических отчетов НАСА. Конференция AIAA Space 2013; 10–12 сентября 2013 г .; Сан-Диего, Калифорния; Соединенные Штаты. HDL:2060/20140000960.
  25. ^ Проект Морфеус. «Сообщения в Facebook от 2 июля 2013 г.». Facebook. НАСА. Получено 2 июля, 2013.
  26. ^ "Морфеус / ALHAT Tether Test 26". YouTube. НАСА. Получено 23 июля, 2013.
  27. ^ "Проект Морфеус Tether Test 34". YouTube - посадочный модуль Morpheus. НАСА. Получено 28 марта, 2014.
  28. ^ "Проект Морфеус: свободный полет 10". YouTube - Морфеус Лендер. НАСА. Получено 4 апреля, 2014.
  29. ^ "Проект Морфеус: свободный полет 11". YouTube - посадочный модуль Morpheus. НАСА. Получено 25 апреля, 2014.
  30. ^ «Свинг-тест на лазере ALHAT 28 апреля 2014 г.». Twitter - MorpheusLander. НАСА. Получено 1 мая, 2014.
  31. ^ "Морфеус свободный полет 12". YouTube - Морфеус Лендер. НАСА. Получено 1 мая, 2014.
  32. ^ "Морфеус свободный полет 13". YouTube - Морфеус Лендер. НАСА. Получено 23 мая, 2014.
  33. ^ "Проект Морфеус: свободный полет 14". YouTube - посадочный модуль Morpheus. НАСА. Получено 29 мая, 2014.
  34. ^ Морфеус Лендер. «Проверка качания завершена. Теперь настраиваем лазерную вспышку и проверяем пиксели. #ALHAT». www.twitter.com. НАСА. Получено 13 ноября, 2014.
  35. ^ «Глава 6.2 Лазерная безопасность и здоровье» (PDF). Справочник по технике безопасности ОАО JPR1700-1 ч6-2. НАСА. Архивировано из оригинал (PDF) 15 февраля 2013 г.. Получено 9 июля, 2013.
  36. ^ Morpheus Ops Lean, Ян Янг (@ICYprop). «Типичный тестовый день Морфеуса». Блог сайта Morpeus. НАСА. Получено 26 апреля, 2014.

внешняя ссылка