Université du Colorado, Boulder - Projet MACULA

L'assemblage final du projet MACULA.

En tant qu'espèce, nous avons fait d'énormes progrès au cours des 61 dernières années pour explorer l'espace cosmique dans lequel nous vivons. Nos sondes spatiales ont obtenu de magnifiques photos de nombreux corps célestes de notre système solaire. La liste des corps sur lesquels nous avons effectivement fait atterrir des engins spatiaux est cependant très courte. Il y a eu des atterrissages en douceur sur la Lune, Vénus, Mars, Titan, Eros, Iokawa et la comète 67P. L'atterrissage sur des corps extraterrestres est difficile en raison de notre connaissance limitée de la topographie de leur surface. La lune et Mars ont été relativement bien cartographiées, mais même dans ces cas, nous orientons toujours les atterrisseurs vers de grandes zones plates en raison de l'incertitude des trajectoires d'atterrissage exactes. L'idée du projet MACULA est de permettre à l'engin lui-même de localiser un espace d'atterrissage sûr en utilisant un balayage lidar pendant la phase de vol stationnaire de l'atterrissage.

Le projet MACULA a débuté à l'Université du Colorado Boulder lorsque dix étudiants en génie aérospatial ont été chargés de créer un système EDL (Entry, Descent, Landing) assisté par lidar pour les vaisseaux spatiaux. Pendant la période de descente de 60 secondes, le système lidar scanne la zone d'atterrissage à la recherche de pentes abruptes et d'obstructions. L'ordinateur de bord prend les données des scans et les utilise pour déterminer l'endroit le plus approprié pour atterrir.

L'assemblage du scanner.

La plupart des systèmes lidar topographiques utilisent des cardans, des miroirs ou des prismes de Risley pour diriger un faisceau laser infrarouge sur la plage de balayage. L'équipe MACULA a utilisé deux prismes de Risley ajustés par un système de contrôle moteur. C'est là que les servomoteurs entrent en jeu. Le projet exigeait que le balayage et l'analyse couvrent 20° du nadir (le point de la planète situé directement sous le vaisseau), que la résolution soit supérieure à 0,1 m et que le balayage soit effectué en 60 secondes. Les moteurs devaient donc faire tourner les prismes de Risley avec suffisamment de rapidité et de précision pour effectuer le balayage.

Un lecteur AMC est connecté.

Après que Nick Dawson, membre de l'équipe, ait contacté AMC, cette dernière lui a accordé une remise de 25% sur deux servomoteurs DPPANIU-020B080A. Une fois les servocommandes installées, les moteurs ont pu atteindre les accélérations et les vitesses requises, et le système a pu effectuer les balayages nécessaires tant que la descente simulée était suffisamment lente.

L'équipe commence les tests du nadir.

Après des mois de travail sans relâche sur leur système, l'équipe a construit une zone d'atterrissage simulée pour la tester. Leur système les a scannées, a déterminé la topographie, et a créé une carte binaire des bons et mauvais espaces d'atterrissage. Ils ont effectué deux séries de tests : une série où la zone était placée directement au nadir, et une autre où elle était placée à la limite de la portée du scanner. Les résultats, sans être parfaits, ont été incroyablement impressionnants. En moyenne, MACULA a correctement marqué 96,6% des points et a eu une probabilité d'échec de 0,045% dans les essais au nadir. Dans les essais de bord, MACULA a encore marqué correctement 92.9% des points et a eu une probabilité d'échec de 1.82% en moyenne.

Le projet MACULA était ambitieux. En moyenne, les dix étudiants ont consacré 200 heures de travail par semaine au projet pendant le semestre d'automne et 170 heures de travail par semaine pendant le semestre de printemps. Et ils ont respecté leur budget de $8,300 avec seulement $641.57 de marge, soit un tiers de la marge calculée lors de la phase critique de conception. Bien que le groupe ait déclaré avoir appris de précieuses leçons en matière de budgétisation du temps et de l'argent, il a finalement réussi.

Le système prototype des étudiants est, bien sûr, une preuve de concept qui a peu de chances d'être un jour installé sur un véritable vaisseau spatial. Cependant, son succès confère une légitimité à la télédétection assistée par lidar, qui pourrait révolutionner l'exploration spatiale en nous permettant d'explorer les surfaces de lunes, d'astéroïdes, de comètes et peut-être même de planètes que nous ne pouvions qu'imaginer explorer auparavant.

Consultez le site du projet ici !