運(yùn)動(dòng)學(xué)導(dǎo)航和制圖背包(KNaCK)是一個(gè)移動(dòng)激光雷達(dá)掃描儀，其采用了一種利用光探測(cè)和測(cè)距激光測(cè)量距離的遙感技術(shù)。它就像一個(gè)徒步旅行背包一樣可以穿在身上，使用一種稱為頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)的創(chuàng)新類型來(lái)提供每秒數(shù)百萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的多普勒速度和范圍。這些測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)而為探險(xiǎn)者提供一個(gè)3D“點(diǎn)云”或周?chē)h(huán)境的高分辨率表示。

行星科學(xué)家Michael Zanetti博士在阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心領(lǐng)導(dǎo)KNaCK項(xiàng)目，他認(rèn)為這是測(cè)量人員使用的激光測(cè)距儀或幫助智能汽車(chē)避免碰撞的令人難以置信的敏感接近警報(bào)器的超級(jí)版本。

“基本上，該傳感器是一個(gè)用于導(dǎo)航和科學(xué)繪圖的測(cè)量工具，它能以厘米級(jí)的精度創(chuàng)建超高分辨率的3D地圖并賦予它們豐富的科學(xué)背景。另外，它還將幫助確保宇航員和漫游車(chē)在月球這樣的GPS否認(rèn)的環(huán)境中的安全、識(shí)別到遙遠(yuǎn)的地標(biāo)的實(shí)際距離并實(shí)時(shí)顯示探險(xiǎn)者已經(jīng)走了多遠(yuǎn)及還有多遠(yuǎn)才能到達(dá)目的地，”Zanetti說(shuō)道。

這是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因?yàn)锳rtemis時(shí)代的探險(xiǎn)家們正在準(zhǔn)備進(jìn)行第一批現(xiàn)代月球任務(wù)以及有史以來(lái)第一次前往月球南極。在那里，太陽(yáng)從未在月球地平線以上3度升起，這使得大部分地形處于深深的陰影之中。

KNaCK項(xiàng)目于2020年在NASA的Early Career Initiative的資助下啟動(dòng)，通過(guò)跟漢茨維爾的Torch Technologies Inc.合作來(lái)開(kāi)發(fā)背包原型和相關(guān)的導(dǎo)航算法。據(jù)悉，該算法允許在沒(méi)有GPS的情況下進(jìn)行精確測(cè)繪。該項(xiàng)目的商業(yè)供應(yīng)商--加利福尼亞州山景城的Aeva則正在提供FMCW-激光雷達(dá)傳感器和支持。

據(jù)了解，探險(xiǎn)者可以在漫游期間和徒步旅行時(shí)通過(guò)使用KNaCK精確地繪制地形圖--包括深溝、山脈和洞穴等地形。激光雷達(dá)甚至可以在漆黑的環(huán)境中工作，這使得宇航員不必拖著笨重的照明裝置到處走。

“作為人類，我們傾向于根據(jù)地標(biāo)來(lái)確定自己的方向--一個(gè)特定的建筑物，一片樹(shù)林。（但）這些東西在月球上并不存在。KNaCK將不斷地使穿越地表的探險(xiǎn)者確定他們的運(yùn)動(dòng)、方向和對(duì)遠(yuǎn)處山峰或他們的行動(dòng)基地的定位。他們甚至可以標(biāo)記出他們發(fā)現(xiàn)一些獨(dú)特的礦物或巖層的具體地點(diǎn)，這樣其他人就可以很容易地返回進(jìn)行進(jìn)一步研究，”Zanetti說(shuō)道。

這對(duì)于在時(shí)鐘上的宇航員來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，他們的遠(yuǎn)足會(huì)受到他們衣服中氧氣供應(yīng)的限制。Zanetti表示，KNaCK的超高分辨率精度--比傳統(tǒng)的月球地形圖和高程模型大一個(gè)數(shù)量級(jí)--使其成為在距離任務(wù)控制中心238,900英里之外進(jìn)行科學(xué)和任務(wù)操作的重要資源。

據(jù)悉，該硬件將于4月下旬在NASA位于新墨西哥州Kilbourne Hole的太陽(yáng)系探索研究虛擬研究所(SSERVI)展開(kāi)另一次重要的實(shí)地測(cè)試。該團(tuán)隊(duì)之前曾于2021年11月在那個(gè)古老的火山口（估計(jì)有25000-80000年的歷史）對(duì)KNaCK系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)測(cè)試。另外，他們最近還用它對(duì)NASA佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的6英里長(zhǎng)的海堤沙丘進(jìn)行了3D重建，這些沙丘保護(hù)著其主要的火箭發(fā)射臺(tái)?？夏岬虾婉R歇爾的工程師們將繼續(xù)使用KNaCK來(lái)評(píng)估風(fēng)暴對(duì)沙丘侵蝕的影響，并在進(jìn)一步完善系統(tǒng)的同時(shí)確保未來(lái)飛行任務(wù)的安全。

接下來(lái)，KNaCK團(tuán)隊(duì)將努力使硬件小型化--目前背包原型重約40磅--并使敏感的電子裝置能免受微重力和太陽(yáng)輻射的負(fù)面影響。