美國國家航空航天局、工業改進激光雷達用于探索和科學
發表于 2025-12-07 16:55:34
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桑間濮上網
（神秘的美國地球uux.cn）據美國宇航局（卡爾B.希爾）：今年夏天，美國國家航空航天局的國家光雷工程師將在飛機上測試一套新的激光技術，用于地球科學遙感。航空航天這種被稱為激光雷達的局工進激儀器還可以用來改進月球形狀的模型，并幫助搜索阿爾忒彌斯著陸點。業改于探
與聲納類似，達用但使用光而不是索和聲音，激光雷達通過計時激光束從表面反射并返回儀器所需的科學時間來計算距離。來自激光器的美國多次ping可以提供目標的相對速度甚至3D圖像。他們越來越多地幫助美國國家航空航天局的國家光雷科學家和探險家導航、繪制地圖和收集科學數據。航空航天
位于馬里蘭州格林貝爾特的局工進激美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的工程師和科學家在小企業和學術合作伙伴提供的硬件的幫助下，繼續將激光雷達提煉成更小、業改于探更輕、達用更通用的索和科學和探索工具。
團隊工程師Jeffrey Chen表示：“現有的3D成像激光雷達難以提供制導、導航和控制技術所需的2英寸分辨率，以確保精確安全著陸，這對未來的機器人和人類探索任務至關重要。”。“這樣的系統需要3D危險探測激光雷達和導航多普勒激光雷達，現有系統無法同時執行這兩種功能。”
工程師Jeffrey Chen在戈達德33號樓的屋頂上測試CASALS激光雷達原型。uux.cn/國家航空和航天局
進入CASALS，并行人工智能光譜和自適應激光雷達系統。CASALS是通過戈達德的IRAD內部研發計劃開發的，它通過棱鏡狀光柵照射可調諧激光，根據光束的波長變化來傳播光束。傳統的激光雷達脈沖固定波長的激光，通過體積龐大的反射鏡和透鏡將其分割成多個光束，從而將其分割為多個光束。一臺CASALS儀器在每次經過時可以覆蓋比幾十年來用于測量地球、月球和火星的激光雷達更多的行星表面。
戈達德工程師兼CASALS開發負責人楊廣寧說，CASALS更小的尺寸、重量和更低的功率要求使小型衛星應用以及在月球表面使用的手持或便攜式激光雷達成為可能。
CASALS團隊獲得了美國國家航空航天局地球科學技術辦公室的資助，將于2024年通過飛機測試他們的改進，使他們的系統更接近太空飛行準備狀態。
你的激光雷達是什么顏色的？
隨著激光雷達的專業化，CASALS可以結合不同波長或顏色的激光，用于地球科學、探索太空中的其他行星和物體以及導航和交會操作等應用。
CASALS團隊利用Goddard IRAD和NASA SBIR（小企業創新研究計劃）的資金，以及商業合作伙伴Axsun Technologies和Freedom Photonics，在紅外光譜的1微米部分開發了新的快速調諧激光器，用于地球科學和行星探測。相比之下，用于自動駕駛汽車開發的常用激光雷達通常使用1.5微米的激光進行測距和速度計算。
戈達德的地球科學首席技術專家伊恩·亞當斯說，在地球上，接近1微米的波長很容易穿過大氣層，善于區分植被和裸露的地面。0.97微米和1.45微米附近的波長提供了有關地球大氣中水蒸氣的寶貴信息，但不能有效地傳播到地表。
在一個相關項目中，該團隊與左手設計公司合作開發了一種轉向鏡，以擴大CASALS的3D成像覆蓋范圍并提高分辨率。他說，激光雷達更高的脈沖率可以提高信號靈敏度，以提供高達60英里的距離和速度測量。
尋求在月球南極附近著陸的阿爾忒彌斯相關任務也可以使用CASALS更清晰的成像來幫助評估潛在著陸點的安全性。
聚焦月球
更詳細的月球3D模型推動了戈達德行星科學家埃爾萬·馬扎里科的IRAD努力，以改進CASALS測量小于3英尺的表面細節的能力。他說，這將有助于了解月球的亞表面結構和隨時間的變化。
每個月，地球穿過月球天空的路徑都會在面向地球一側中心的10度或20度范圍內移動。
馬扎里科說：“我們根據對月球內部結構的了解預測，地球不斷變化的引力可能會改變月球的潮汐隆起或形狀。”。“對這種變形的高分辨率測量可以告訴我們更多關于月球內部潛在變化的信息。它的反應是否像內部完全均勻的物體？”
月球勘測軌道飛行器的月球軌道激光高度計繪制了月球南極的詳細地圖，包括水冰似乎填充了永久陰影坑的底部。uux.cn/NASA/LRO
美國國家航空航天局的月球勘測軌道飛行器（LRO）自2009年以來一直在測量地球的天然衛星，對月球地形進行建模，并在其月球軌道激光雷達高度計LOLA的幫助下提供了豐富的發現。LOLA每秒發射28個激光脈沖，分為五束，距離地面65英尺至100英尺。科學家們使用LRO圖像來估計激光測量之間較小的表面特征。
然而，CASALS的激光每秒可以產生相當于幾十萬個脈沖的脈沖，從而縮短了表面測量之間的距離。
馬扎里科說：“更密集、更準確的數據集將使我們能夠研究更小的特征。”包括撞擊、火山活動和構造的特征。“我們談論的是更多數量級的測量。就我們從激光雷達獲得的數據類型而言，這可能會極大地改變游戲規則。” |
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