Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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]
Габаритные размеры(Подлежит уточнению)-
Масса400 фунтов[2]
Класс лазеровIV[3]

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

Согласно веб-странице НАСА по проекту, он предоставит 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 точке приземления. Технология будет работать при любых условиях освещения, от резких бликов 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, а также безопасно и точно приземляться на поверхность. Проект возглавляет Космический центр Джонсона (АО) при поддержке Лаборатории реактивного движения (JPL) и Исследовательского центра Лэнгли . [5] Некоторые из датчиков могут также использоваться для стыковки космического корабля. [7]

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

Приборы были испытаны при работе с движущимися транспортными средствами - грузовиком, вертолетом НАСА Huey и спускаемым аппаратом проекта Morpheus . По окончании тестирования проект нацелен на то, чтобы оборудование ALHAT достигло уровня технологической готовности (TRL) 6. [1] [5]

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

Технология [ править ]

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 посадочных устройств, способных автоматически распознавать желаемое место посадки, оценивать потенциальные опасности посадки и настраиваться при спуске на поверхность. [9] НАСА Лэнгли создало три лидарных датчика (световых радара): лидар со вспышкой, доплеровский лидар и высотный лазерный альтиметр для проекта ALHAT. [10]

Флэш- лидар использует технологию изображений для обнаружения объектов размером больше баскетбольного мяча на поверхности планеты при любых условиях освещения. Если есть препятствие, Система направит автомобиль в 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 высотомер 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 сканирует 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 [ править ]

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 в полной мере продемонстрировать и оценить космическую квалификацию улучшенного ALHAT, запустив посадочный модуль 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, обеспечивающая им гораздо лучшую ситуационную осведомленность при посадке своих транспортных средств. [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 бесплатных летных испытаний. [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 были 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 автомобиля относительно земли. [18] 15 декабря 2015 года Morpheus / ALHAT успешно выполнил свободный полет 15 (FF15) - полет ALHAT с замкнутым контуром и посадку. [19]

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

Тестирование [ править ]

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

Способность ALHAT обнаруживать предметы крупнее бейсбольного мяча на расстоянии 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 с помощью полетов на вертолете в Центре летных исследований NASA Dryden, Эдвардс, Калифорния, в 2010 году. [22] В Космическом центре Кеннеди (KSC) для ALHAT на испытаниях посадочного модуля Morpheus было построено поле лунной местности. 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 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 полетов вертолета система ALHAT визуализировала имитацию лунной местности. Использование вертолета позволило выполнить большую часть, но не все испытания. Хорошие данные были получены со 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 для проверки работы инерциального измерительного блока (IMU) ALHAT 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 определила 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 задачам 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 снова был установлен на спускаемый аппарат. 27 марта 2014 года сборка успешно провела тестовое зависание на разных высотах. [17] 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 разомкнутого 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, отображая 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 посадочный модуль 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 в ночное время. Система обнаружения опасностей ALHAT (HDS) показала хорошие результаты, но определила безопасное место 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]

Проблемы со здоровьем и безопасностью [ править ]

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 движения или включения.
Flash LIDAR и высотомер излучают лазерные лучи класса IV. [3]

  • При использовании лазеров класса IV и класса 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 системы ограничения тяги Project Morpheus (TTS) компанией Range Safety отключает главный двигатель посадочного модуля и останавливает лазер типа IV в системе обнаружения опасностей (HDS) ALHAT. [36]

См. Также [ править ]

  • Навигация, навигация и контроль

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Striepe, Scott A .; Epp, Chirold D .; Робертсон, Эдвард А. "СТАТУС ПРОЕКТА АВТОНОМНОЙ ТОЧНОЙ ПОСАДКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗБЕЖАНИЯ ОПАСНОСТИ (ALHAT) НА МАЙ 2010 г." (PDF) . Проверено 8 февраля 2013 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  2. ^ а б Стивен Сиселофф. «Оснащенный новыми датчиками, Morpheus готовится совершить посадку самостоятельно» . Сайт НАСА . НАСА . Проверено 25 апреля 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  3. ^ a b «Проект« Морфеус »размещен 23 июля 2013 г.» . Facebook . НАСА . Проверено 25 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  4. ^ a b c Хиллхаус, Джим. «АЛХАТ - Добраться туда безопасно, даже в темноте» . AmericaSpace . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  5. ^ a b c «АЛЬХАТ на домашней странице JPL» . НАСА. Архивировано из оригинального 14 февраля 2013 года . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  6. ^ сокращенная цитата из: "Обзор АЛХАТ" . Демонстрационные миссии технологий . НАСА . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ Джон М. Карсон. "@MorpheusLander @A_M_Swallow некоторые из тех же датчиков ищут именно для этого!" . www.twitter.com . НАСА . Проверено 13 ноября 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  8. ^ Loura Hall. «Демонстрационные технологии использования взрывателей COBALT для достижения результатов точной посадки» . www.nasa.gov . НАСА . Проверено 17 марта 2017 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  9. ^ «НАСА - Автономная технология приземления и предотвращения опасностей (ALHAT)» . Демонстрационные миссии технологий . НАСА . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  10. ^ a b c d «ALHAT обнаруживает опасности при приземлении на поверхность» . Новости исследований, Исследовательский центр Лэнгли . НАСА . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  11. ^ "DragonEye 3D Flash LIDAR Space Camera" . Расширенный научные концепции, Inc. Архивировано из оригинала на 2013-03-02 . Проверено 15 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  12. ↑ Корли, Энн-Мари (29 июля 2009 г.). «Как безопасно приземлиться на Луну» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 15 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  13. ^ "Датчики продвигают проект посадки на Луну" . НАСА - За пределами Земли . НАСА . Проверено 8 февраля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  14. ^ МэриЭнн Джексон. «ALHAT проходит привязанные тесты с Flying Colours» . Сайт НАСА www.nasa.gov . НАСА . Проверено 7 августа 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  15. ^ a b "Морфеус / ALHAT TT27" . YouTube . НАСА . Проверено 27 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  16. ^ "Морфеус Прототип Лендера прибывает в космос Кеннеди НАСА" . You Tube - Мэтью Трэвис . НАСА . Проверено 2 декабря 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  17. ^ a b «Морфеус завершает полет на привязи с испытанием системы предотвращения опасности» . YouTube - НАСАКеннеди . НАСА . Проверено 27 марта 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  18. ^ Проект Морфеус. «Сообщение от 12 ноября 2014 года» . www.Facebook.com . НАСА . Проверено 13 ноября 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  19. ^ а б «Морфеус FF15» . www.youtube.com . НАСА - Морфеус Лендер . Проверено 17 декабря 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  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 (изд. JSC-CN-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 . Проверено 6 марта 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  22. ^ "Датчики для направления космического корабля к безопасной, далекой посадке" . НАСА. 19 августа 2010 . Проверено 6 марта 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  23. ^ "Лунное поле местности, построенное в Космическом центре Кеннеди" . АЛХАТ в JPL . НАСА. Архивировано из оригинального 15 февраля 2013 года . Проверено 6 марта 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  24. ^ Эпп, Чирольд Д .; 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 по серверу технических отчетов НАСА . Конференция AIAA Space 2013; 10–12 сентября 2013 г .; Сан-Диего, Калифорния; Соединенные Штаты. ЛВП : 2060/20140000960 .
  25. ^ Проект Морфеус. «Сообщения в Facebook от 2 июля 2013 г.» . Facebook . НАСА . Проверено 2 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  26. ^ "Morpheus / ALHAT Tether Test 26" . YouTube . НАСА . Проверено 23 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  27. ^ "Проект Морфеус Tether Test 34" . YouTube - посадочный модуль Morpheus . НАСА . Проверено 28 марта 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  28. ^ "Проект Морфеус Свободный полет 10" . YouTube - Морфеус Лендер . НАСА . Проверено 4 апреля 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  29. ^ "Проект Морфеус Свободный полет 11" . YouTube - посадочный модуль Morpheus . НАСА . Проверено 25 апреля 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  30. ^ "Swing test на лазере ALHAT 28 апреля 2014 г." . Twitter - MorpheusLander . НАСА . Проверено 1 мая 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  31. ^ "Морфеус Свободный полет 12" . YouTube - Морфеус Лендер . НАСА . Проверено 1 мая 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  32. ^ "Морфеус свободный полет 13" . YouTube - Морфеус Лендер . НАСА . Проверено 23 мая 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  33. ^ "Проект Морфеус Свободный полет 14" . YouTube - посадочный модуль Morpheus . НАСА . Проверено 29 мая 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  34. ^ Морфеус Лендер. «Проверка качания завершена. Теперь настраиваем лазерную вспышку Lidar и проверяем пиксели. #ALHAT» . www.twitter.com . НАСА . Проверено 13 ноября 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  35. ^ «Глава 6.2 Лазерная безопасность и здоровье» (PDF) . Руководство по безопасности ОАО JPR1700-1 ч6-2 . НАСА. Архивировано из оригинального (PDF) 15 февраля 2013 года . Проверено 9 июля 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  36. ^ Morpheus Ops Lean, Ян Янг (@ICYprop). «Типичный тестовый день Морфеуса» . Блог сайта Morpeus . НАСА . Проверено 26 апреля 2014 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница технологии автономной посадки и предотвращения опасностей (ALHAT)
  • Домашняя страница Project Morpheus
  • Видео установки ALHAT в вертолет Huey
  • (pdf) [1] Автономная посадка и технология предотвращения опасностей (ALHAT), Power Point 2008 г., доктор Чирольд Эпп.
  • IEEE Xplore Autonomous Precision Landing and Hazard, Detection and Avoidance Technology (ALHAT), CD Epp - Aerospace Conference, 2007 IEEE
  • Архитектура системы и операционная концепция IEEE Xplore ALHAT от Т. Брэди, Чарльза Старка и Дж. Шварца - Аэрокосмическая конференция, 2007 IEEE