激光雷达实现激光精度与月球探测的完美结合

　　本刊编译整理

　　此前，美国国家航空航天局（NASA）的商业月球运送服务提供商Intuitive Machines 发射了Nova-C 月球着陆器。该着陆器搭载NASA 的多个科学技术有效载荷，其中包括导航多普勒激光雷达（NDL）。这一创新型制导系统由弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心开发。该中心隶属于NASA的空间技术任务局（STMD），有可能彻底改变航天器在地外世界的着陆方式。

　　NDL 技术是Intuitive Machines 商业登月有效载荷服务（CLPS）为NASA 交付的一次有效载荷，这意味着NASA 将在任务期间展示NDL 在月球环境中的能力，但由于IntuitiveMachines 拥有自己的导航和着陆系统，因此这些数据不被视为Nova-C 成功着陆的关键任务数据。

　　NDL 的历史背景和发展

　　近20 年前，NASA 兰利的NDL 项目经理FarzinAmzajerdian 博士取得了突破性进展，成功找到了在火星上精确着陆漫游车的方法，NDL 的故事由此开始。20 世纪90年代末和21 世纪初，在火星表面着陆漫游车的几次尝试都遇到了一些重大挑战。

　　雷达在这一应用中本来就不精确。无线电波在地面上覆盖的面积很大，这意味着火星表面常见的较小的陨石坑和巨石可能会躲藏 起来，无法被探测到，从而给着陆器带来意想不到的危险。Amzajerdian 说：着陆器需要雷达传感器告诉它们离地面有多远，移动速度有多快，这样它们才能把握好打开降落伞的时间。太早或太晚都会让着陆器都会错过目标或撞上地面。

　　NDL 的电子光学负责人Aram Gragossian 表示，无线电波也无法独立测量速度和范围，这一点非常重要。他说：如果你翻过一个陡坡，测距范围会很快发生变化，但这并不意味着你的速度发生了变化。因此，如果只是将这一信息反馈给系统，可能会引起灾难性的反应。Amzajerdian 知道这个问题，他也知道如何解决这个问题。因此，他转向了激光雷达。

　　激光雷达（LiDAR）是光探测和测距的缩写，是一种使用可见光或红外光的技术，与雷达使用无线电波的方式相同。激光雷达向目标发送激光脉冲，目标会将部分光线反射到探测器上。当仪器相对于目标移动时，返回信号的频率变化（也称为多普勒效应）使激光雷达能够直接精确地测量速度。距离是通过光到目标和返回的时间来测量的。

　　NDL 的进展和未来潜力

　　2004 年，Amzajerdian 向火星科学实验室团队提出了NDL 概念。2005 年，他和他的团队获得了兰利公司的资助，用于概念验证。然后在2007 年，他们获得了建造和测试直升机原型的资金。这时，兰利的Glenn Hines 博士加入了NDL，先是担任电子主管，现在又担任总工程师。从那时起，Amzajerdian、Hines 和其他许多团队成员为确保NDL 的成功付出了不懈的努力。

　　Hines 认为，NASA 的许多人员一直在为NDL 奔走呼号。Intuitive Machines 的交付只是NDL 故事的开端；下一代系统已经在开发中。该团队已开发出NDL 的配套传感器——多功能闪光激光雷达相机。闪光激光雷达是一种3D相机技术，即使在完全黑暗的环境中也能勘测周围地形。与NDL相结合，闪光激光雷达可以让着陆器携带的相机随时随地进行拍摄。

　　未来，其他版本的NDL 可能会在棘手的地外表面着陆业务之外有其他用途。事实上，它们可能会用于非常地面的环境，比如帮助自动驾驶汽车导航当地的街道和高速公路。纵观NDL 的历史和轨迹，有一点是肯定的：最初的登月之旅将是整个团队数十年辛勤工作、不懈努力、坚定决心和对项目的坚定信念的结晶，而NDL 的倡导者Amzajerdian 和Hines 则是其中最坚定的支持者。

　　目前，NASA 正在与多个CLPS 供应商合作，建立定期向月球运送有效载荷的节奏，以进行实验、测试技术和展示能力，帮助美国国家航空航天局探索月球表面。通过CLPS交付的有效载荷将帮助NASA 提高在月球上进行科学、技术和探索的能力。

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