激光网3月26日消息，今年夏天，美国宇航局的工程师将在一架飞机上测试一套新的激光技术，用于地球科学遥感。激光雷达仪器还可用于改进月球形状模型，并帮助寻找月球探测计划阿尔忒弥斯的着陆点。
激光雷达通过计时激光束从表面反射并返回仪器所需的时间来计算距离。激光的多次反射可以提供目标的相对速度甚至 3D 图像。它们越来越多地帮助 NASA 科学家和探险家导航、绘制和收集科学数据。
美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的工程师和科学家在小型企业和学术合作伙伴提供的硬件的帮助下，继续将激光雷达改进为更小、更轻、更通用的科学和探索工具。
“现有的3D成像激光雷达难以提供制导，导航和控制技术所需的50毫米分辨率，以确保精确和安全着陆，这对于未来的机器人和人类探索任务至关重要，”团队工程师Jeffrey Chen说。“这样的系统需要3D危险探测激光雷达和导航多普勒激光雷达，而现有的系统无法同时执行这两种功能。
最新的系统是CASALS，即并发人工智能光谱和自适应激光雷达系统。CASALS 通过戈达德的 IRAD 开发，通过棱镜状光栅照射可调谐激光器，以根据其不断变化的波长传播光束。
传统的激光雷达脉冲固定波长的激光器，该激光器通过笨重的镜子和透镜分成多个光束，将其分成多个光束。一台CASAS仪器每次通过时可以覆盖更多的行星表面，而不是几十年来用于测量地球，月球和火星的激光雷达。
戈达德工程师兼CASAS开发负责人杨广宁说，CASAS的体积更小，重量更轻，功率要求更低，使小型卫星应用以及手持式或便携式激光雷达能够在月球表面使用。CASALS 团队获得了美国宇航局地球科学技术办公室的资助，在 2024 年通过飞机测试他们的改进，使他们的系统更接近太空飞行准备。
CASALS 团队利用 Goddard IRAD 和 NASA SBIR 的资金，以及商业合作伙伴 Axsun Technologies 和 Freedom Photonics 在红外光谱的 1 μm 部分开发新的快速调谐激光器，用于地球科学和行星探索。相比之下，用于自动驾驶汽车开发的常用激光雷达通常使用1.5μm激光器进行距离和速度计算。
在地球上，接近1μm的波长很容易穿过大气层，并且善于区分植被和裸露的地面，戈达德地球科学首席技术专家伊恩·亚当斯说。接近 0.97 和 1.45 μm 的波长提供了有关地球大气中水蒸气的宝贵信息，但不能有效地传播到地表。
在一个相关项目中，该团队与左手设计公司合作开发了一种转向镜，以扩大CASAS的3D成像覆盖范围并提高分辨率。他说，激光雷达的较高脉冲速率可以提高信号灵敏度，以提供长达60英里的距离和速度测量。寻求在月球南极附近着陆的阿尔忒弥斯相关任务也可以使用CASAS更清晰的成像来帮助评估潜在着陆点的安全性。
为了寻求更详细的月球3D模型，戈达德行星科学家埃尔万·马扎里科的IRAD努力改进CASAS测量小于1米的表面细节的能力。他说，这将有助于了解月球的地下结构和随时间的变化。每个月，地球在月球天空中的路径都会在面向地球的一面中心10度或20度范围内移动。
“我们根据对其内部结构的理解预测，地球的移动拉力可能会改变月球的潮汐隆起或形状，”马扎里科说。“对这种变形的高分辨率测量可以告诉我们更多关于月球内部潜在变化的信息。例如，它的反应是否像内部完全统一的身体一样?
自2009年以来，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器一直在测量地球的天然卫星，模拟月球的地形，并在月球轨道激光雷达高度计LOLA的帮助下提供了丰富的发现。LOLA 每秒发射 28 个激光脉冲，分成五束光束，相距 65 英尺到 100 英尺。科学家使用LRO图像来估计激光测量之间的较小表面特征。
然而，CASAS的激光器允许相当于每秒数十万个脉冲，从而缩短了表面测量之间的距离。 “一个更密集、更准确的数据集将使我们能够研究更小的特征，”马扎里科说，包括来自撞击、火山活动和构造的特征。“我们谈论的是数量级的测量。就我们从激光雷达获得的数据类型而言，这可能是一个相当大的游戏规则改变者。
