La précision laser rencontre l’exploration lunaire avec le lidar Doppler de navigation de la NASA

NASALa technologie de navigation Doppler Lidar de , prévue pour une démonstration lunaire, met en évidence les progrès de la technologie d’atterrissage avec des implications au-delà de l’exploration spatiale.

Plus tard ce mois-ci, Intuitive Machines, fournisseur commercial de services de livraison lunaire de la NASA, lancera son atterrisseur lunaire Nova-C transportant plusieurs charges utiles scientifiques et technologiques de la NASA, dont le Navigation Doppler Lidar (NDL). Ce système de guidage innovant, développé par le centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, en Virginie, sous la direction de la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de l’agence, peut potentiellement révolutionner l’atterrissage des engins spatiaux sur des mondes extraterrestres.

La technologie NDL est une charge utile de la NASA pour cette livraison de services de charge utile commerciale lunaire (CLPS) d’Intuitive Machines, ce qui signifie que la NASA démontrera les capacités de NDL dans l’environnement lunaire pendant la mission, mais les données ne sont pas considérées comme essentielles à la mission pour l’atterrissage réussi de Nova-C. , car Intuitive Machines possède ses propres systèmes de navigation et d’atterrissage.

La mission Artemis ramènera les humains sur la Lune et le Lidar Doppler de navigation assurera un atterrissage en toute sécurité pour toutes les personnes à bord. L’ingénieur en chef de la NDL, Glenn Hines, explique comment les lasers soulageront les astronautes de certaines tâches liées aux atterrissages sûrs et précis sur la Lune.

Contexte historique et développement de NDL

L’histoire du NDL a commencé il y a près de 20 ans lorsque le Dr Farzin Amzajerdian, chef de projet NDL à la NASA Langley, a fait une percée et a réussi à trouver un moyen précis de faire atterrir des rovers sur Mars. À la fin des années 1990 et au début des années 2000, plusieurs tentatives d’atterrissage de rovers sur la surface de Mars se sont heurtées à plusieurs défis importants.

Le radar était intrinsèquement imprécis pour cette application. Les ondes radio couvrent une vaste zone au sol, ce qui signifie que les petits cratères et rochers que l’on trouve couramment à la surface de Mars pourraient « se cacher » de la détection et causer des dangers inattendus pour les atterrisseurs.

« Les atterrisseurs avaient besoin du capteur radar pour leur indiquer à quelle distance ils se trouvaient du sol et à quelle vitesse ils se déplaçaient afin de pouvoir chronométrer le déploiement de leur parachute », a expliqué Amzajerdian. « Trop tôt ou trop tard, l’atterrisseur raterait sa cible ou s’écraserait sur la surface. »

Navigation Doppler Lidar est un système de guidage qui utilise des impulsions laser pour mesurer avec précision la vitesse et la distance. La NASA démontrera les capacités du NDL dans l’environnement lunaire lors de la mission IM-1. Crédit : NASA/David C. Bowman

Les ondes radio ne pouvaient pas non plus mesurer la vitesse et la portée indépendamment les unes des autres, ce qui est important, selon Aram Gragossian, responsable électro-optique du NDL à la NASA Langley, qui a rejoint l’équipe il y a environ six ans.

« Si vous franchissez une pente raide, la portée change très rapidement, mais cela ne signifie pas que votre vitesse a changé », a-t-il déclaré. « Donc, si vous vous contentez de renvoyer ces informations à votre système, cela peut provoquer des réactions catastrophiques. »

Amzajerdian était au courant de ce problème et savait comment le résoudre.

« Pourquoi ne pas utiliser un lidar au lieu d’un radar ? » Il a demandé.

LiDAR, qui signifie Light Detection and Télémétrie, est une technologie qui utilise la lumière visible ou infrarouge de la même manière que le radar utilise les ondes radio. Le Lidar envoie des impulsions laser à une cible, qui réfléchissent une partie de cette lumière sur un détecteur. À mesure que l’instrument se déplace par rapport à sa cible, le changement de fréquence du signal renvoyé – également connu sous le nom d’effet Doppler – permet au lidar de mesurer la vitesse directement et précisément. La distance est mesurée en fonction du temps de trajet de la lumière jusqu’à la cible et retour.

Le Lidar offre plusieurs avantages par rapport au radar, notamment le fait qu’un laser transmet un faisceau de lumière en forme de crayon qui peut donner une mesure plus précise et plus précise.

Avancées et potentiel futur de NDL

En 2004, Amzajerdian a proposé NDL comme concept à l’équipe du Mars Science Laboratory. En 2005, lui et son équipe ont reçu un financement de Langley pour élaborer une preuve de concept. Puis, en 2007, ils ont reçu un financement pour construire et tester un prototype d’hélicoptère. C’est à ce moment-là que le Dr Glenn Hines de Langley a rejoint NDL – d’abord en tant que responsable de l’électronique et maintenant en tant qu’ingénieur en chef.

Depuis lors, Amzajerdian, Hines et de nombreux autres membres de l’équipe ont travaillé sans relâche pour assurer le succès de NDL.

Hines remercie les différents membres du personnel de la NASA qui ont continué à défendre la NDL. « Dans presque tout dans la vie, vous devez avoir un champion », a déclaré Hines, « quelqu’un dans votre coin qui vous dit : ‘Écoutez, ce que vous faites est bien.’ Cela a de la crédibilité. »

La livraison d’Intuitive Machines n’est que le début de l’histoire de NDL ; un système de nouvelle génération est déjà en préparation. L’équipe a développé un capteur compagnon du NDL, une caméra Flash Lidar multifonctionnelle. Flash Lidar est une technologie de caméra 3D qui surveille le terrain environnant, même dans l’obscurité totale. Lorsqu’il est combiné avec NDL, Flash Lidar vous permettra d’aller « n’importe où, n’importe quand ».

D’autres versions futures de NDL pourraient avoir des utilisations autres que la délicate affaire de l’atterrissage sur des surfaces extraterrestres. En fait, ils peuvent avoir des utilisations dans un environnement très terrestre, comme aider les voitures autonomes à naviguer dans les rues et les autoroutes locales.

En regardant l’histoire et la trajectoire de NDL, une chose est sûre : le voyage initial vers la Lune sera le point culminant de décennies de travail acharné, de persévérance, de détermination et d’une croyance inébranlable dans le projet au sein de l’équipe, mais tenue avec ferveur par Les champions de la NDL, Amzajerdian et Hines.

NDL a été l’invention de l’année de la NASA en 2022. Quatre programmes au sein de STMD ont contribué au développement de NDL : opportunités de vol, transfert de technologie, recherche sur l’innovation dans les petites entreprises et transfert de technologie dans les petites entreprises, et développement qui change la donne.

La NASA travaille avec plusieurs fournisseurs de CLPS pour établir une cadence régulière de livraisons de charges utiles vers la Lune afin de réaliser des expériences, de tester des technologies et de démontrer des capacités permettant d’aider la NASA à explorer la surface lunaire. Les charges utiles livrées via CLPS aideront la NASA à développer ses capacités scientifiques, technologiques et d’exploration sur la Lune.