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| 説明 | サイズ | 参照 |
|---|---|---|
| 照明条件 | どれでも | [1] |
| グローバル着陸精度 | ±90メートル | [1] |
| ローカル着陸精度 | ±3メートル | [1] |
| 危険度（岩石）を検出 | > 30cm | [1] |
| 危険な斜面を検出する | > 5° | [1] |
| 寸法 | (未定) | – |
| 質量 | 400ポンド | [2] |
| レーザーのクラス | IV | [3] |
自律着陸危険回避技術（ALHAT ）は、 NASAが月、火星、さらには小惑星に宇宙船を自律的に着陸させるために開発している技術です。 [4] [5]
NASA のこのプロジェクトに関する Web ページによると、このプロジェクトは惑星着陸船用の最先端の自動降下着陸システムを提供するとのことです。リアルタイムの危険回避機能を備えた表面追跡センサー スイートが、降下中の機体の高度と速度、着陸地点の地形を評価し、精密着陸を可能にします。降下中の機体は、ALHAT アルゴリズムとセンサー データを組み合わせて「ミッション前の着陸目標地点」まで移動し、安全な着陸エリアを自律的に特定して機体を着陸地点に誘導します。この技術は、遮蔽されていない太陽の強烈なまぶしさから、太陽系の遠く離れた天体の雲やガスの暗闇まで、あらゆる照明条件で機能します。[6]
ALHATを搭載した着陸船は、クレーター、岩、斜面などの障害物を検知して回避し、安全かつ正確に表面に着陸する能力を持つ。このプロジェクトはジョンソン宇宙センター（JSC）が主導し、ジェット推進研究所（JPL）とラングレー研究センターが支援している。[5] センサーの一部は、宇宙船のドッキングを支援するために使用される可能性もある。[7]
ALHATの技術には、危険検出システム、ライダードップラー速度計、レーザー高度計、ソフトウェア、センサーアルゴリズム、宇宙への経路コンピュータプロセッサが含まれます。これらの技術は、着陸船に搭載されたナビゲーション機器と統合されています。[4] この装置の質量は400ポンド（180kg）です。[2]
計測機器は、トラック、NASAのヒューイヘリコプター、プロジェクトモーフィアス着陸船などの移動車両から操作してテストされています。テストの終了時には、プロジェクトはALHAT機器が技術成熟度レベル（TRL）6に到達することを目指しています。[1] [5]
ALHATプロジェクトは、NASAの自律着陸技術の協調的融合（COBALT）プロジェクトに取って代わられました。NASAは、COBALTのナビゲーション・ドップラー・ライダー（NDL）は60パーセント小型で、ほぼ3倍の速度で動作し、より長い距離の測定が可能だと主張しています。[8]
テクノロジー
将来の探査に必要な資源は、潜在的に危険な地形にあることが多いため、ロボットや人間の探査者はこれらの資源の近くに安全に着陸する必要があります。そのためには、希望する着陸地点を自動的に認識し、着陸の危険性を評価し、地表に降下する際に調整する機能を備えた新世代の惑星着陸機が必要です。[9] NASAラングレーは、ALHATプロジェクトのために、フラッシュライダー、ドップラーライダー、高高度レーザー高度計の3つのライダー（光レーダー）センサー を作成しました。[10]
フラッシュライダーは、画像技術を使用して、あらゆる照明条件下で惑星表面上のバスケットボールよりも大きな物体を検出します。障害物がある場合、システムは車両をより安全な着陸地点に迂回させます。[10] 3次元カメラセンサーエンジンは、ドラゴン宇宙船が国際宇宙ステーションにドッキングするために使用されるドラゴンアイ宇宙カメラの一部でもあります。[11]
フラッシュライダーはレーザーをフラッシュし、フラッシュカメラのように機能してライダーマップと画像を生成します。[10] ドップラーライダーは、機体の高度と速度を測定して正確に表面に着陸し、高高度レーザー高度計は、機体が選択したエリアに着陸できるようにするデータを提供します。[10]ライダーレーザー技術は、着陸機が着陸する前に、クレーターや岩などの危険物がないかエリアをスキャンします。搭載システムは、データを使用して、潜在的な着陸地点の地形と標高マップをリアルタイムで作成します。ALHATは最初に高高度からスキャンし、宇宙船が着陸地点の障害物やクレーターに対応するのに十分な情報を提供します。安全な場所は、表面の傾斜角、場所に到達するための距離と燃料コスト、着陸機のフットパッドの位置などの要因に基づいて指定されます。[12]
歴史と計画
NASAのジョンソン宇宙センターは、NASAの探査技術開発プログラムのために2006年初めに開始されたALHATプロジェクトを主導しています。また、チャールズ・スターク・ドレイパー研究所とボルチモアのジョンズ・ホプキンス応用物理学研究所もサポートしています。ラングレーは、2つの特殊な光検出および測距（ライダー）センサーを設計しました。これと連携して、NASAのジェット推進研究所は、これらのライダー測定に基づいて地形を分析するためのアルゴリズムを開発しました。[13]
先進探査システム計画では、2017年のスペース・ローンチ・システムの打ち上げ時にALHATシステムを搭載したモーフィアス着陸機を月面に打ち上げることで、強化されたALHATの完全な実証と宇宙での適格性確認をしたいと考えています。両方の計画が成功すれば、モーフィアスはALHATを使用して月の極の1つに安全に着陸する予定です。[4]
ALHAT技術は、人間のパイロットが航空機を着陸させる際に、より優れた状況認識力を提供するという助けとなる。[14]
2013年7月、空冷式ALHATがモーフィアス着陸船BRAVOとその誘導ソフトウェアに統合されました。機体を固定した状態での試験飛行に成功しました。ALHATとそのチームは自由飛行試験のためにケネディ宇宙センターに向かいました。[15]
2013年11月21日、ALHATはプロトタイプのモーフィアス着陸船に搭載され、自由飛行試験のためにケネディ宇宙センターに到着しました。[16] 2014年3月、ALHATとブラボー着陸船は再び統合され、飛行試験が行われました。[17]
2014年11月、追加のALHATセンサーがモーフィアス着陸機に取り付けられました。新しい光学系により、ナビゲーションドップラーライダーは、地面に対する車両の速度を正確に測定できるようになりました。[18]モーフィアス/ALHATは、2015年12月15日にフリーフライト15（FF15）を成功裏に実施しました。これは、閉ループALHAT飛行と着陸です。[19]
モーフィアス機とALHATの接続はICD（インターフェース制御文書）に文書化されている。[20]
テスト
ALHAT機器についてはさまざまなフィールドテストが実施されてきました。テストは、ALHAT機器がTRL 6に到達したことを実証するために設計されました。[1]
ALHATが移動中に2,500フィート（760メートル）の距離から野球ボールよりも大きい物体を検出する能力は、システムをトラックに搭載してテストされました。ALHATは、チームが運転している間に画像を撮影し、ナビゲートすることができました。[21] ALHATの大型バージョンは、2010年にカリフォルニア州エドワーズにあるNASAのドライデン飛行研究センターでヘリコプター飛行を使用してテストされました。 [22] ALHATをモーフィアス着陸船に搭載してテストするために、ケネディ宇宙センター（KSC）に月面地形フィールドが構築されました。フィールドには、ALHATの危険検出能力をテストするためのさまざまな地形があります。最初のテストでは、軽量のALHATをヘリコプターに搭載して使用しました。[23]
モーフィアス航空電子機器と統合された ALHAT システムのヘリコプター試験が、ケネディ宇宙センターの ALHAT 惑星災害フィールドで実施された。ケネディ宇宙センターのヘリコプター試験には、惑星への接近を近似した飛行プロファイルが含まれ、ALHAT システム全体がすべての適切なモーフィアス サブシステムとインターフェースされ、リアルタイムで操作された。これらのヘリコプター飛行中、ALHAT システムはシミュレートされた月面地形を画像化した。ヘリコプターの使用により、ほとんどの試験を実施できたが、すべてではなかった。すべてのセンサーから良好なデータが得られました。検出された問題はすべて特定され、修正され、モーフィアス着陸船での将来の試験をサポートするために使用されました。[24]
2013年7月、ALHATとProject Morpheus着陸機バージョン1.5ハードウェアの統合が再開されました。テストには、着陸機をブロックの上に置いて、ALHAT慣性計測装置（IMU）が傾いた状態でも機能することを確認することが含まれていました。傾斜テストは、いくつかの異なる高さと方向で実行されました。[25]
2013年7月23日、モーフィアス/ALHATチームは、モーフィアスのブラボー機にALHATを統合したテザーテスト#26を無事に完了しました。ALHATの追跡と画像化を含むすべてのテスト目的が達成されました。画像化はいくつかの高度で行われました。[26] LIDARによって生成された画像の例を写真で見ることができます。
2013年7月27日、ブラボーとALHATはTT27で再飛行した。ALHATの追跡と画像はすべてのテスト目的を満たしていた。[15]
2013年の残り期間と2014年初頭にかけて、ALHATはブラボーから取り外され、着陸機にさまざまな改良が加えられ、飛行試験が行われました。2014年3月、ALHATは着陸機に再び取り付けられました。2014年3月27日、アセンブリはさまざまな高さでホバリングするテザーテストを正常に実行しました。[17] このビデオの右上にあるTT34中に、ALHATのレーザーヘッドがボックス内の領域をスキャンしているのを見ることができます。[27] モーフィアスフリーフライト10は2014年4月2日に行われました。ALHATはオープンループモードでした。飛行だけでなく、このビデオには、レーザースキャンヘッドに取り付けられ、慎重に調整された目撃カメラからのショットが含まれており、レーザーが見たものを可視スペクトルで示しています。危険領域がスキャンされたことが確認されています。[28]
2014年4月24日、フリーフライト11（FF11）がケネディ宇宙センターのシャトル着陸施設（SLF）で無事に完了した。FF11では、FF10と同様にALHATがオープンループモードで動作し、飛行中にハザードフィールドを画像化し、ナビゲーションソリューションをリアルタイムで計算した。機器は（まだ）車両をナビゲートしていなかったため、ブラボーは以前と同様に事前にプログラムされた軌道を自律的に飛行した。ALHATのエンジニアはこの飛行データを使用して、システムパフォーマンスの調整と改善を継続する予定である。[29]
2014年4月28日には、ALHATの3ビームナビゲーションドップラーライダーの正確なデータを取得し、距離と速度の測定値を校正して確認するためのスイングテストが実施されました。[30] 2014年4月30日のフリーフライト12は、着陸機がHDSが特定した着陸地点をターゲットにしていたことを除いて、前回の飛行の繰り返しでした。[31]
2014年5月22日のフリーフライト13。ALHATとモーフィアス着陸機の初飛行。ALHATは着陸機を閉ループ制御した。正しい着陸地点が特定され、そこへ飛行した。ALHATとモーフィアスの誘導、航法、着陸機の現在位置の制御に不一致があった。[32]
2014年5月28日のフリーフライト14は夜間に行われた。ALHATハザード検知システム（HDS）は正常に機能したが、着陸パッドの中心付近の保守的に設定された制限からわずか0.5メートル外側に安全な場所を特定した。その後、ALHATは接近中ずっとクローズドループモードで機体を誘導し、ALHATがすでに推測航法を開始していた軌道の降下段階では機体がナビゲーションを引き継いだ。もしALHATが着陸までナビゲートし続けることをより保守的でない位置誤差制限が許していたとしても、機体は安全にパッドに着陸していただろう。[33]
2014年11月13日、ALHATナビゲーションライダー用の新しい光学系のスイングテストが行われた。[34]モーフィアス/ALHATチームは、2015年12月15日にフリーフライト15（FF15）を実施した。これは、ALHATセンサースイートを搭載した6回目のフリーフライトであり、歴史的な閉ループALHATフライトを完了するための3回目の試みであった。機体はALHATの制御下で飛行し、着陸に成功した。[19]
健康と安全の問題
ALHATは電気で動く装置なので、電気装置の取り扱いと修理には標準的な技術が適用されます。
装置には可動部品が含まれており、動いているときや電源が入っているときには触れないでください。
フラッシュLIDARと高度計はクラスIVのレーザービームを放射します。[3]
- クラス IV およびクラス 3B レーザーを使用するときは、安全ゴーグルを着用する必要があります。つまり、ALHAT の電源が入っているときは常に着用する必要があります。
- レーザー光線は人や損傷を与える可能性のあるものから遠ざけて照射する必要があります。
- 補助光学系は使用しないでください。
- テストおよび操作中は屋外のルールも適用される場合があります。
ジョンソン宇宙センターにおけるレーザーの取り扱いに関する規則は、JSCハンドブックの第6-2章に記載されています。[35]
レンジセーフティによるプロジェクト・モーフィアスの推力停止システム（TTS）の使用により、着陸船のメインエンジンが停止し、ALHATの危険検出システム（HDS）のタイプIVレーザーが停止します。[36]
参照
参考文献
- ^ abcdefg Striepe, Scott A.; Epp, Chirold D.; Robertson, Edward A. (2010年6月14日). 自律精密着陸および危険回避技術 (ALHAT) プロジェクトの2010年5月時点の状況(PDF) . 国際惑星探査機ワークショップ2010 (IPPW-7). バルセロナ、スペイン。 2022年4月12日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2013年2月8日閲覧。
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- ^ Corley, Anne-Marie (2009年7月29日). 「How to Land Safely Back on the Moon」. MIT Technology Review . 2013年2月15日閲覧。
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- ^ John M.Carson III; Hirsh, Robert L.; Roback, Vincent E.; Villalpando, Carlos; Busa, Joseph L.; Pierrottet, Diego F.; Trawny, Nikolas; Martin, Keith E.; Glenn D.Hines (2015 年 1 月 5 日)。Morpheus機体との ALHAT 安全精密着陸システムのインターフェイスと検証(JSC-CN-32396 版)。AIAA SciTech 2015 カンファレンス。2015 年 1 月 5 ～ 9 日。フロリダ州キシミー。米国。hdl :2060/20140017031。
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- ^ プロジェクト・モーフィアス フリーフライト 14。NASA 。 2014年5月29日閲覧– YouTube経由。
- ^ モーフィアス着陸船。「スイングテスト完了。現在、フラッシュライダーレーザーの再調整とピクセルの検査中。#ALHAT」。www.twitter.com。NASA。2014年11月13日閲覧。
- ^ 「第6.2章 レーザーの安全性と健康」(PDF)。JSC安全ハンドブックJPR1700-1 ch6-2 。NASA。 2013年2月15日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2013年7月9日閲覧。
- ^ Morpheus Ops Lean、Ian Young (@ICYprop)。「A Typical Morpheus Test Day」。Morpeusウェブサイト ブログ。NASA。2014年4 月 26 日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、自律着陸危険回避技術に関連するメディアがあります。
- 自律着陸および危険回避技術 (ALHAT) ホームページ
- プロジェクト モーフィアス ホームページ
- ALHAT がヒューイ ヘリコプターに搭載される様子のビデオ
- (pdf) [1] 自律着陸および危険回避技術 (ALHAT)、2008年 チロルド・エップ博士によるパワーポイント
- IEEE Xplore 自律精密着陸と危険、検出、回避技術 (ALHAT) CD Epp 著 – 航空宇宙会議、2007 IEEE
- IEEE Xplore ALHAT システムアーキテクチャと運用コンセプト (T. Brady、Charles Stark、J. Schwartz 著) – 航空宇宙会議、2007 IEEE