Nowa generacja detektorów LIDAR do tworzenia trójwymiarowych ‘supermap’

Nowa generacja detektorów LIDAR do tworzenia trójwymiarowych ‘supermap’

Naukowcy z Rochester Institute of Technology (RIT) Rochester Imaging Detector Laboratory (RIDL) we współpracy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) Lincoln Laboratory, opracowują technologię, która pozwoli w niedalekiej przyszłości na tworzenie map Marsa i innych ciał niebieskich w układzie słonecznym.

Trójwymiarowe ‘supermapy’ innych planet i księżyców dostarczą robotom, astronautom oraz inżynierom szczegółowych informacji dotyczących składu atmosfery, biozagrożeń, prędkości wiatru, czy temperatury. Informacje tego rodzaju pomogą przyszłym ekspedycjom efektywniej sterować lądownikami poruszającymi się po powierzchni Marsa, czy Księżyca.

W ramach tego projektu, naukowcy z RIT, pod kierownictwem Donalda Figera, opracowują nowy typ detektora wykorzystujący LIDAR, czyli technikę będącą laserowym odpowiednikiem radaru, która do pomiaru zamiast fal radiowych wykorzystuje światło. Efektem prac ma być powstanie nowej generacji detektorów LIDAR’owych, które w znaczący sposób zwiększą możliwości zbierania przez NASA informacji dotyczących powierzchni i atmosfery planet układu słonecznego.

Urządzenie składa się z szeregu dwuwymiarowych elementów światłoczułych podłączonych do bardzo szybkich obwodów.

Wart przeszło milion dolarów program finansowany przez NASA obejmuje zarówno badania, jak i testy oraz sam proces wdrożenia do produkcji.

„Detektor LIDAR może stać się siłą pociągową wielu misji realizowanych przez NASA,” – powiedział Donald Figer, dyrektor RIDL. „Może on wesprzeć takie misje planetarne NASA, jak: Europa Geophysical Orbiter czy Mars High-resolution Spatial Mapper.”

LIDAR działa na zasadzie pomiaru czasu, jaki zajmuje wiązce laserowej podróż ze źródła do obiektu i z powrotem do detektora. Nowy detektor może być wykorzystywany do pomiaru odległości, prędkości i rotacji. Dostarcza on topografię przestrzenną o wysokiej rozdzielczości oraz pomiary dotyczące właściwości atmosfery, powierzchni planety, oraz jej składu. Urządzenie może być również wykorzystywane do badania środowiska komet, asteroid, czy księżyców, w celu określenia ich składu, oraz zachodzących nań procesów fizycznych i chemicznych.

Zespół, w skład którego weszli oprócz Figera, Zoran Ninkov i Stefi Baum z RIT oraz Brian Aull i Robert Reich z Lincoln Laboratory, zastosował technikę LIDAR do stworzenia geigerowskiego detektora wykorzystującego szereg fotodiód lawinowych. Urządzenie składa się z szeregu czujników połączonych z bardzo szybkim obwodem, zapewniającym sprawna i niezawodną pracę w przestrzeni kosmicznej.

Komponent obrazujący nowego detektora będzie przechwytywał całe obrazy przez które podróżować będzie wiązka laserowa. Dla porównania, dzisiejsze systemy LIDAR polegają na przesyłaniu pojedynczego piksela, co znacząco ogranicza ilość informacji oraz prędkość z jaką sa one przekazywane.

„Aby zbudować cały obraz, musiałbyś prześledzić całą scenę piksel po pikselu,” – powiedział Figer. „Tak działają dzisiejsze systemy LIDAR. To one są dziś wysyłane w kosmos i one dostarczają nam informacji dotyczących atmosfery ziemskiej.”

„Jeden piksel reprezentuje przestrzeń rzędu metra sześciennego, a nie, jak dotychczas, kilometra,” – stwierdził Figer. „Możesz teraz wykonać szereg zdjęć wysokiej rozdzielczości i w przeciągu kilku godzin zbudować z nich mapę. Dla porównania, wykonanie jednego zdjęcia o porównywalnej rozdzielczości zajęłoby do dzisiaj całe lata.”

Nowy detektor LIDAR będzie teraz testowany w RIDL w środowiskach, które imitować będą warunki panujące podczas misji kosmicznych NASA.

Nowy detektor znajdzie zastosowanie również na Ziemi. Posłuży do badan nad atmosferą, zmianami klimatu, przewidywania pogody, detekcji biozagrożeń, nawigacji autonomicznych pojazdów, czy śledzenia rakiet.

„stale rośnie zapotrzebowanie na precyzyjne, trójwymiarowe mapy zmieniającego się środowiska,” – powiedział Ninkov. „Oprócz zastosowań kosmicznych, są jeszcze inne, jak choćby: określanie wysokości mostów, tworzenie map erozji wybrzeży, czy monitowanie warunków na autostradach.”

(lk)