Ähnlich wie vertraute Orientierungspunkte Reisenden einen Orientierungssinn geben können, wenn ihre Smartphones die GPS-Signale verlieren, bringt ein NASA-Ingenieur einer Maschine bei, Merkmale am Mondhorizont zu nutzen, um über die Mondoberfläche zu navigieren.
„Für Sicherheit und wissenschaftliches Geotagging ist es wichtig, dass Entdecker genau wissen, wo sie sich befinden, wenn sie die Mondlandschaft erkunden“, sagte Alvin Yew, Forschungsingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Ein Bordgerät mit einer lokalen Karte auszustatten, würde jede Mission unterstützen, ob Roboter oder Mensch.“
Die NASA arbeitet derzeit mit der Industrie und anderen internationalen Behörden zusammen, um eine Kommunikations- und Navigationsarchitektur für den Mond zu entwickeln. LunaNet wird „internetähnliche“ Fähigkeiten auf den Mond bringen, einschließlich Ortungsdienste.
Forscher in einigen Regionen auf der Mondoberfläche benötigen jedoch möglicherweise überlappende Lösungen, die aus mehreren Quellen stammen, um die Sicherheit zu gewährleisten, falls keine Kommunikationssignale verfügbar sind.
„Es ist entscheidend, zuverlässige Backup-Systeme zu haben, wenn wir über die menschliche Erforschung sprechen“, sagte Yew. „Die Motivation für mich war, die Erforschung von Mondkratern zu ermöglichen, bei der der gesamte Horizont der Kraterrand wäre.“
Yew begann mit Daten des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA, insbesondere des Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA). LOLA misst Neigungen, die Rauheit der Mondoberfläche und erstellt hochauflösende topografische Karten des Mondes.
Yew trainiert eine künstliche Intelligenz, um mithilfe der digitalen Höhenmodelle von LOLA Merkmale am Mondhorizont so nachzubilden, wie sie einem Forscher auf der Mondoberfläche erscheinen würden. Diese digitalen Panoramen können verwendet werden, um bekannte Felsbrocken und Grate mit denen zu korrelieren, die auf Bildern zu sehen sind, die von einem Rover oder Astronauten aufgenommen wurden, und so eine genaue Standortbestimmung für eine bestimmte Region liefern.
„Konzeptionell ist es, als würde man nach draußen gehen und versuchen, herauszufinden, wo man sich befindet, indem man den Horizont und die umliegenden Sehenswürdigkeiten überblickt“, sagte Yew. „Während eine ungefähre Standortschätzung für eine Person einfach sein mag, möchten wir eine Genauigkeit am Boden bis auf weniger als 30 Fuß (9 Meter) demonstrieren. Diese Genauigkeit öffnet die Tür zu einer breiten Palette von Missionskonzepten für zukünftige Erkundungen.“
Unter effizienter Nutzung von LOLA-Daten könnte ein tragbares Gerät mit einer lokalen Teilmenge von Gelände- und Höhendaten programmiert werden, um Speicherplatz zu sparen. Laut einer vom Goddard-Forscher Erwan Mazarico veröffentlichten Arbeit kann ein Mondforscher von jedem ungehinderten Ort auf dem Mond höchstens bis zu 300 Kilometer weit sehen. Sogar auf der Erde könnte die Ortungstechnologie von Yew Forschern in Gebieten helfen, in denen GPS-Signale behindert oder Störungen ausgesetzt sind.
Das Geolokalisierungssystem von Yew wird die Fähigkeiten von GIANT (Goddard Image Analysis and Navigation Tool) nutzen. Dieses optische Navigationstool, das hauptsächlich von Goddard-Ingenieur Andrew Liounis entwickelt wurde, überprüfte und verifizierte zuvor Navigationsdaten für die OSIRIS-REx-Mission der NASA, um eine Probe vom Asteroiden Bennu zu sammeln.
Im Gegensatz zu Radar- oder Laser-Entfernungsmessern, die Funksignale und Licht auf ein Ziel pulsieren, um die zurückkommenden Signale zu analysieren, analysiert GIANT Bilder schnell und genau, um die Entfernung zu und zwischen sichtbaren Orientierungspunkten zu messen. Die tragbare Version ist cGIANT, eine abgeleitete Bibliothek von Goddards autonomem Navigationsführungs- und Kontrollsystem (autoGNC), das Missionsautonomielösungen für alle Phasen des Raumfahrzeug- und Roverbetriebs bietet.
Die Kombination von KI-Interpretationen visueller Panoramen mit einem bekannten Modell eines Mond- oder Planetengeländes könnte ein leistungsstarkes Navigationswerkzeug für zukünftige Entdecker darstellen.