COBALT-flyvningsdemonstrationer fusionerer teknologier for at opnå præcise landingsresultater

Mange områder i solsystemet lokker til udforskning, men de anses for uopnåelige på grund af teknologiske huller i de nuværende landingssystemer. Projektet CoOperative Blending of Autonomous Landing Technologies (COBALT), udført af NASAs Space Technology Mission Directorate (STMD) og Human Exploration and Operations Mission Directorate, kunne ændre det.

Gennem en flyvekampagne fra denne måned til april, COBALT vil modnes og demonstrere ny vejledning, navigations- og kontrolteknologier (GN&C) for at muliggøre præcisionslanding til fremtidige udforskningsmissioner.

"COBALT vil give os mulighed for at reducere risikoen ved at udvikle fremtidige landingssystemer og vil gavne robotlandere til planetariske overflader ved at tillade autonom præcisionslanding, " sagde LaNetra Tate, STMD's Game Changing Development (GCD) programleder. "Dette vil helt sikkert blive en teknologi, der ændrer spil."

Kampagnen vil parre og teste nye landingssensorteknologier, der lover at give den højeste præcisionsnavigationsløsning, der nogensinde er testet til NASA-rumlandingsapplikationer.

Teknologierne, en Navigation Doppler Lidar (NDL), som giver ultrapræcise hastigheds- og synslinjemålinger, og Lander Vision System (LVS), som giver terræn relativ navigation, vil blive integreret og flyvetestet ombord på en raketdrevet lodret start, vertikal landingsplatform (VTVL). platformen, ved navn Xodiac, blev udviklet af Masten Space Systems i Mojave, Californien.

"I denne første flyvekampagne, vi planlægger at gennemføre integrationen med succes, flyvetest og præstationsanalyse af COBALT-nyttelasten, " forklarede John M. Carson III, COBALT projektleder. "Dette betragtes som en passiv test, hvor COBALT udelukkende vil indsamle data, mens Xodiac-køretøjet vil stole på sin GPS til aktiv navigation.""

I en opfølgende flyvekampagne i sommeren 2017, COBALT bliver det aktive navigationssystem for Xodiac, og køretøjet vil kun bruge GPS som sikkerhedsmonitor og backup.

"Viden fra disse flyvninger vil føre til udviklingen af ​​systemer til implementering i fremtidige NASA-landingsmissioner til Mars og månen, " sagde Carson.

Så hvordan virker det?

Selve teknologierne er meget forskellige, men tilsammen er de en opskrift på præcisionslanding.

NDL, udviklet ved NASAs Langley Research Center (LaRC), er en udvikling af en prototype fløjet af det tidligere ALHAT-projekt (Autonomous Precision Landing and Hazard Avoidance Technology) på NASA Morpheus-køretøjet i 2014. Den nye NDL er 60 procent mindre, kører med næsten tredobbelt hastighed og giver målinger med længere rækkevidde.

"NDL ligner funktionelt de radarsystemer, der blev brugt i tidligere Mars-landere, Phoenix og Mars Science Laboratory, " forklarede Farzin Amzajerdian, NDL chefforsker ved Langley. "Den største forskel er, at NDL bruger en laser i stedet for en mikrobølge som sin sender. At operere ved næsten fire størrelsesordener højere frekvenser gør målingen en hel del mere nøjagtig. NDL er også meget mindre end radarsystemer, hvilket er en stor sag, da hver ounce tæller, når man sender en lander til Mars eller andre destinationer."

LVS, udviklet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, er et kamerabaseret navigationssystem, der fotograferer terrænet under et faldende rumfartøj og matcher det med indbyggede kort for at bestemme køretøjets placering, forklarede Carl Seubert, COBALT-projektlederen hos JPL.

"Dette gør det muligt for fartøjet at opdage dets placering i forhold til store landingsfarer set på kortene ombord, såsom store kampesten og terrænfremspring, " sagde Seubert.

COBALT er et springbræt for disse teknologier, som vil finde vej til fremtidige missioner. NDL-designet er rettet mod infusion til månen på kort sigt, Mars eller andre missioner. LVS blev udviklet til infusion på Mars 2020 robotlander-missionen, og har anvendelse på mange andre missioner.

"Både NDL og LVS kommer fra mere end et årti af NASAs forsknings- og udviklingsinvesteringer på tværs af flere projekter inden for robot- og menneskelige udforskningsprogrammer, og fra det hårde arbejde og dedikation af personale på tværs af agenturet, " sagde Carson.

"Disse COBALT-teknologier giver månen og Mars rumfartøjer evnen til at lande meget mere præcist, forbedre adgangen til interessante steder i komplekst terræn og til eventuelle efterforskningsaktiver, der tidligere er blevet udplaceret til overfladen, " sagde Jason Crusan, direktør for NASA's Advanced Exploration Systems division. "Landinger vil også være mere kontrollerede og skånsomme, potentielt tillader mindre landingsben og drivmiddelreserver, og resulterer i lavere missionsrisiko, masse og pris."

COBALT-holdet ledes på NASAs Johnson Space Center (JSC) i Houston, og består af ingeniører fra JSC, JPL i Pasadena, Californien, og LaRC i Hampton, Virginia. Alle tre centre vil i fællesskab udføre flyvekampagnen og dataanalyse efter flyvning.

"COBALT-projektets fremskridt og succes har været afhængig af teamdynamikken mellem NASA-centre, der startede under det tidligere ALHAT-projekt, " sagde Carson. "Teamet har et fælles mål om at udvikle og implementere GN&C-teknologier til præcisionslanding, og de opretholder konstant kommunikation og et fokus på samarbejde for at løse de tekniske udfordringer og operationelle begrænsninger, der kræves for at udvikle, interface og test sensorer og nyttelast med succes."

COBALT involverer flere NASA-programmer, herunder Direktoratet for Human Exploration and Operations Mission's Advanced Exploration Systems (AES), og programmerne Game Changing Development og Flight Opportunities, begge under STMD. I samarbejde med AES-programmet, NASA baner vejen for at nå længere ud i rummet.

Baseret på NASAs Armstrong Flight Research Center i Edwards, Californien, Flight Opportunities-programmet finansierer teknologiudvikling flytests på kommercielle suborbitale rumudbydere, som Masten er leverandør af. Programmet har tidligere testet LVS på Masten-raketten og valideret teknologien til Mars 2020-roveren.

COBALT-flyvningerne vil demonstrere blandet LVS- og NDL-målings levedygtighed for den præcise, kontrolleret blød landing af fremtidige missioner. Mens sensorerne er vigtige muliggører for fremtidige menneskelige og robotiske landingsmissioner til Mars, månen og andre solsystemdestinationer, COBALT-nyttelasten vil også give en genanvendelig platform til integration og afprøvning af andre præcisionslandings- og fareundgåelsesfunktioner udviklet inden for NASA eller industrien.