Laserový radar osvětluje cestu do hlubin vesmíru

Lidar je zkratkou z „light detection and ranging“ (detekování a měření světla). V jeho případě pulsní laserový paprsek skenuje cíl měřením doby, za jakou se odrazí zpět.

Vlnová délka světla je totiž mnohem kratší, než vlnová délka rádiových vln – měří se v miliardtinách metru, nikoliv v centimetrech – takže s pomocí lidaru lze získávat mnohem přesnější výsledky.

Laserové měření vzdálenosti je už nyní používáno pro přibližování a setkávání těles na oběžné dráze. Když například zásobovací družice ESA ATV přilétá k Mezinárodní kosmické stanici, vysílá směrem k odrážečům na jejím povrchu laserové impulsy: tím je schopná stanovit vzájemnou vzdálenost s přesností na centimetry.

Pro mise do vzdálenějších oblastí sluneční soustavy chystá ESA trojrozměrný zobrazovací lidar, který bude schopen vytvořit kompletní obraz cílového tělesa: například povrchu posetého kameny.

Bude to podobná práce, jakou vykonává stereoskopický zobrazovač – jenže tuto práce bude muset vykonat v naprosté tmě nebo naopak v oslňujícím slunečním světle.

„Trojrozměrný zobrazovací lidar, na kterém pracujeme, má tři hlavní možná využití,“ vysvětluje Joao Pereira Do Carmo, který na projekt v ESA dohlíží.

„První je pro řízení, navigaci a ovládání výsadkových modulů na planetách – zejména najde uplatnění při výběru bezpečného místa přistání.“

„Druhým je řízení mobilních robotů po povrchu planet či jiných těles. A třetím je provedení setkávacího manévru na oběžné dráze nějaké planety. To bude ostatně klíčové pro plánovanou misi návratu vzorků z planety Mars, kdy se předpokládá, že startovací modul se vzorkem horniny bude sledovaný a na oběžné dráze zachycený mateřskou stanicí pohybující se na oběžné dráze.“

„Již dnes existují pozemské zobrazovací lidary. Typicky jsou používané pro skenování budov nebo průmyslových oblastí. Ale pro použití ve vesmíru jsou značně nepraktické.“

„Výzvou tak je vytvoření nové kategorie zobrazovacích lidarů, která bude mnohem menší a která bude potřebovat mnohem méně elektrické energie.“

Protože s sebou toto zadání přináší nemalé technické obtíže, bylo jeho řešení zadáno paralelně dvěma konsorciím. Jedno vede firma Jena-Optronik z Jeny (Německo) a druhá ABSL z Culhamu (Velká Británie).

Zobrazovací lidar velikosti krabice od bot využívá pohyblivé zrcátko, s jehož pomocí může laserový paprsek přejíždět po zvoleném cíli. Vysoce citlivý světlený detektor pak paprsek vracející se až z několikakilometrové vzdálenosti zachytává.

Oba dva návrhy se soustředily na různé aplikace řízení a navigace. Německý tým se soustředil na senzor pro setkávání, zatímco britský se zaměřil na schopnost přistávací sondy bezpečně dosednout do neznámého terénu: tedy detekovat překážky a vyhnout se jim.

Projekt „Imaging Lidar Technology“ podporuje ESA v rámci programu základního technologického výzkumu BTRP (Basic Technology Research Programme), který se zaměřuje na vytváření prototypů nových technologických konceptů.

Díky velkému pokroku v poslední době je nyní přistávací lidar součástí bezpilotní lunární přistávací mise Lunar Lander, která má v roce 2019 dosáhnout oblasti jižního měsíčního pólu.

Technici ale neusínají na vavřínech a už dnes hledají cesty, jak lidary ještě zmenšit. Zkoušejí nové typy detektorů stejně jako mikromechanická optická zrcadla.

„Předpokládáme, že se nám podaří snížit hmotnost i energetickou náročnost současných komerčních lidarových systémů. Naším cílem je u obou parametrů redukce o sedmdesát procent,“dodává Joao.