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Comment atterrir en toute sécurité sur la Lune
Ingénieurs au Laboratoire Charles Stark Draper à Cambridge, MA, développent un système de guidage, de navigation et de contrôle pour les atterrissages lunaires qui comprend un système embarqué de détection des dangers capable de repérer les cratères, les pentes et les rochers qui pourraient être dangereux pour les péniches de débarquement. Dans les missions Apollo d'il y a 40 ans, les astronautes ont dirigé l'atterrisseur vers un endroit sûr en regardant par la fenêtre ; l'atterrisseur lui-même n'avait pas d'yeux, explique Eldon Hall, un ingénieur Draper à la retraite et l'un des concepteurs électroniques originaux de l'ordinateur de navigation d'Apollo.
Retour sur la lune : Altaïr est l'atterrisseur lunaire de nouvelle génération de la NASA, plus grand que l'atterrisseur Apollo mais avec des caractéristiques de conception similaires. Il transportera quatre astronautes.
Cela signifiait qu'il y avait eu des contacts étroits avec Apollo, a déclaré Tye Brady, directeur technique de l'atterrissage lunaire à Draper, qui a fait la démonstration de la technologie d'atterrissage automatisé et d'évitement des dangers de son équipe lors de la célébration la semaine dernière du 40e anniversaire de Apollo 11 . Ils étaient très proches, dit Brady, et les cratères d'un à deux mètres sont mortels. Vous ne les voyez qu'à la dernière minute. Apollo 11 L'astronaute Neil Armstrong a dû passer devant un champ de roches qui n'apparaissait sur aucune photo de reconnaissance au préalable, et Apollon 14 a atterri à une inclinaison précaire avec un repose-pied reposant à environ un mètre d'un cratère.
Le nouveau système de navigation et de guidage est en cours de développement pour la NASA Altaïr atterrisseur lunaire , qui doit atterrir sur la Lune d'ici 2020 dans le cadre de la Programme Constellation . Le projet est dirigé par le Johnson Space Center de la NASA, avec le soutien d'autres installations de recherche de la NASA en plus du laboratoire Draper. le Laboratoire de propulsion à réaction a récemment terminé un test sur le terrain des capteurs et des algorithmes de cartographie, et prévoit de commencer les tests complets des systèmes en mai 2010.
Brady dit que la meilleure résolution d'image aujourd'hui, comme les caméras de l'orbiteur qui tournent et photographient maintenant la lune, ne peut pas résoudre les petits trous ou les rochers sur les sites d'atterrissage projetés, même dans les zones lisses et bien éclairées - qui ne sont pas les cibles pour Les futurs atterrissages de la NASA. Altaïr vise à atterrir efficacement sur n'importe quel site de la surface de la lune, et le terrain lunaire variera. Pour cela, dit Brady, vous avez besoin d'une détection des dangers en temps réel pour vous adapter au fur et à mesure.
Le système de Draper utilisera la technologie laser LIDAR pour analyser une zone à la recherche de dangers tels que des cratères ou des rochers avant que l'atterrisseur ne touche la surface de la lune. Les données brutes du LIDAR sont traitées et assemblées dans une carte 3D de la surface de la lune, à l'aide d'algorithmes développés par le Jet Propulsion Laboratory. L'un des avantages de l'utilisation du LIDAR est qu'il s'agit du seul type de capteur qui mesure la forme 3D de ce qui se trouve au sol à haute résolution et à haute altitude, explique Andrew Johnson, responsable du JPL pour le système de détection des dangers. Cela permet au système de créer une carte de terrain et d'altitude des sites d'atterrissage potentiels à bord du vaisseau spatial, mais suffisamment haut pour qu'il y ait le temps de répondre aux obstacles ou aux cratères sur le site d'atterrissage.
Atterrissage dans un pincement: Le système de guidage, de navigation et de contrôle simulé du laboratoire Draper donne la priorité aux sites d'atterrissage (zones 1, 2, 3, 4) dans cet affichage représentatif. Les astronautes peuvent désigner un site de premier choix ou choisir par défaut le site numéro 1. Les dangers tels que les rochers et les cratères sont surlignés en rouge pour des décisions en temps réel sur les sites d'atterrissage sûrs.
Une fois la carte créée, le système désigne des sites sûrs en fonction de facteurs tels que l'angle d'inclinaison de la surface, la distance et le coût du carburant pour se rendre sur un site, la position des patins de l'atterrisseur et la marge de l'équipage pour une distance de sécurité par rapport aux dangers. Sur la base de ces informations, le système de navigation présente aux astronautes une liste prioritaire de trois à quatre sites d'atterrissage sûrs. Les astronautes peuvent alors désigner l'un des sites comme premier choix, ou s'ils sont frappés d'incapacité, le système dirigera automatiquement l'atterrisseur vers le premier site de sa liste.
La capacité d'atterrir de manière autonome permettra à la fois aux missions en équipage et aux missions robotiques d'atterrir en toute sécurité, dit Brady (alors que le module lunaire d'Apollo avait un mode d'atterrissage automatique, il n'a jamais été utilisé). En plus de celui de la NASA Altaïr, le système pourrait être intégré dans des véhicules atterrissant sur des astéroïdes proches de la Terre, Mars et d'autres planètes, ou utilisé avec d'autres véhicules lunaires construits par des groupes privés.
Selon Johnson, un autre avantage de l'utilisation du LIDAR est qu'il fonctionne dans toutes les conditions d'éclairage. Pour faire face à la lumière à l'équateur de la Lune - où un jour équivaut à 14 jours terrestres et une nuit dure 14 nuits terrestres - les missions Apollo devaient être chronométrées exactement, avec une seule opportunité de lancement par mois, afin que la NASA puisse contrôler l'exposition de l'engin pour éclairer et chauffer. Mais parce que les conditions d'éclairage sont plus variées et extrêmes aux pôles de la lune, avec des taches de lumière et d'obscurité provenant des ombres des montagnes et des cratères profonds, il sera difficile pour les astronautes de voir pour naviguer. Le LIDAR permet à l'engin d'atterrir la nuit ou dans des régions ombragées, car la lumière est fournie par le capteur LIDAR, et non par le soleil, explique Johnson. Avec la détection des dangers en temps réel, dit-il, les limitations de lancement et d'atterrissage d'Apollo ne s'appliqueront pas aux futures missions.
Le défi pour un système d'atterrissage, explique Brady, consiste à tout faire en 120 secondes environ, y compris les analyses de détection des dangers pour obtenir les données, l'interaction humaine pour l'approbation du site, puis les manœuvres d'évitement des dangers et l'atterrissage. Son équipe a développé un simulateur pour créer des images réalistes de la surface de la lune, en plus d'utiliser le code informatique de la NASA pour la partie guidage et navigation du système. Jusqu'à présent, environ 20 astronautes ont échantillonné la simulation Draper. Ils sont doués pour aller lentement et facilement, et ils sont très patients, dit Brady. Ils font du bon travail en s'appuyant sur le système. C'est loin des premiers jours où les astronautes d'Apollo voulaient tout piloter eux-mêmes, dit Hall.
L'équipe Draper continue de développer des modèles haute fidélité de LIDAR et de cartes de terrain, tout en se coordonnant avec le bureau de l'équipage de la NASA pour déterminer la meilleure façon d'afficher les informations pour les astronautes. Ils visent à ce que la technologie soit prête d'ici 2012.