ساخت حسگری برای اندازه‌گیری سرعت بدون انحراف، ویژه تاریک‌ترین نقاط ماه

این دستگاه شش پوندی، با بازتاب‌دادن پرتوهای لیزر از سطح ماه، سرعت دقیق فضاپیما نسبت به سطح را اندازه‌گیری می‌کند و امکان فرود امن‌تر را فراهم می‌سازد.

کد خبر: ۱۳۳۹۵۰۰

پنجشنبه - ۱۳ آذر ۱۴۰۴ / December 04, 2025

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، فرود روی ماه همیشه نوعی «کنترل کورکورانه» بوده است. نه جوی وجود دارد تا فضاپیما را هنگام سقوط آهسته کند، نه شبکه‌ای شبیه GPS برای راهنمایی وجود دارد، و نه تضمینی هست که دوربین‌ها در چند مایل پایانی بتوانند چیزی قابل استفاده ببینند.

در نزدیکی قطب جنوب ماه—جایی که ناسا قصد دارد نخستین پایگاه پایدار خود را بسازد—شرایط سخت‌تر هم می‌شود. دهانه‌هایی که میلیون‌ها سال است در تاریکی دائمی مانده‌اند، نور خورشید را ندیده‌اند. همین دهانه‌ها یخ آبی را پنهان کرده‌اند که ناسا برای سوخت و پشتیبانی حیات به آن نیاز دارد—اما در عین حال سطح را چنان تاریک می‌کنند که دوربین، لیدار و رادار همه از کار می‌افتند.

این همان مشکلی است که یک تیم کوچک استرالیایی معتقد است حل کرده است.

پاسخ این شرکت، دستگاهی کوچک به نام LUNA است—سرواژه‌ی Laser measurement Unit for Navigational Aid—که توسط شرکت Advanced Navigation ساخته شده. این حسگر انقلابیِ ناوبری، اولین ابزاری است که به فضاپیما‌ها در ماه «دید لیزری» دقیق و بدون انحراف می‌دهد، حتی در تاریکی مطلق.

مهندسان شرکت می‌گویند: «LUNA فقط به فضاپیما نمی‌گوید کجاست؛ در زمان واقعی می‌گوید به کدام سمت و با چه سرعتی در حال حرکت است—وقتی تمام حسگر‌های دیگر کور می‌شوند.»

داده‌های اولیه نشان می‌دهد این دستگاه ۲.۸ کیلوگرمی می‌تواند قفل فرود‌های امن و کاوش کاملاً خودمختار را روی ماه، مریخ و فراتر از آن باز کند.

چالش فرود

برای فرود روی ماه، فضاپیما باید چهار پرسش اساسی را هم‌زمان پاسخ دهد:

کجا هستم؟ چقدر سریع حرکت می‌کنم؟ در چه جهتی؟ فاصله‌ام از سطح چقدر است؟

روی زمین، گوشی‌های هوشمند با GPS این کار‌ها را به‌راحتی انجام می‌دهند. اما روی ماه هیچ سامانه مشابهی وجود ندارد. فضاپیما‌ها به سامانه‌های اینرسی (INS)، ژیروسکوپ‌ها و شتاب‌سنج‌ها تکیه می‌کنند؛ سامانه‌هایی که هرچقدر هم خوب باشند، به‌طور اجتناب‌ناپذیر دچار انحراف می‌شوند و خطا‌های کوچکشان به مرور به خطا‌های بزرگ تبدیل می‌شود.

جو وندکار، مدیر محصول در Advanced Navigation، توضیح می‌دهد:

«INS همیشه دچار انحراف می‌شود—ریاضیات همین را حکم می‌کند. بدون داده‌ی اصلاحی بیرونی، خطا به‌صورت نمایی رشد می‌کند.»

این انحراف نمایی دشمن اصلی است. اگر فضاپیما هنگام فرود به تخمین نادرست سرعت یا موقعیت تکیه کند، ممکن است با سرعت زیاد، در نقطه‌ای اشتباه یا روی سطحی خطرناک فرود بیاید.

چندین مأموریت دقیقاً به همین دلیل شکست خورده‌اند.

ماه، شانس دوباره نمی‌دهد؛ و تا همین اواخر، هیچ ابزاری نبود که در تاریکیِ مرحله‌ی نهایی فرود، این انحراف را به‌طور قابل اعتماد اصلاح کند.

LUNA دقیقاً برای شکستن همین محدودیت ساخته شده است.

تولد «دید لیزری»

LUNA بر یک اصل ساده استوار است: به جای تکیه بر نور محیط یا تصاویر، از سرعت‌سنجی داپلری لیزری استفاده می‌کند. در این روش، فرکانس نور لیزری بازتاب‌شده از سطح اندازه‌گیری می‌شود.

تغییر فرکانس، سرعت سه‌بعدی واقعی فضاپیما نسبت به سطح را نشان می‌دهد—بدون انحراف، بدون نیاز به نور، بدون پردازش تصویر.

وندکار می‌گوید:

«LUNA هنگام فرود، عملاً پرتو‌های لیزر را به سطح ماه می‌زند و از سیگنال بازگشتی، سرعت سه‌بعدی را دقیقاً محاسبه می‌کند.»

با ارائه‌ی سرعت واقعی نسبت به سطح، LUNA راه‌حل ناوبری را تثبیت می‌کند و حدس‌های پرخطا را به اندازه‌گیری‌های دقیق تبدیل می‌کند.

آزمایش‌ها روی زمین نشان داده‌اند عملکرد آن حدود یک مرتبه بزرگ بهتر از سامانه‌های قدیمی است.

کم‌کردن وزن برای پرواز

چالش فقط دقت نبود—وزن هم مسئله‌ی حیاتی است. در مأموریت‌های تجاری ماه (CLPS)، هر پوند که باید به ماه برسد، حدود یک میلیون دلار هزینه دارد.

سنسور‌های قدیمی داپلری بیش از ۱۸ کیلوگرم وزن داشتند.

LUNA باید کوچک باشد—به طرز غیرممکن کوچکی.

وندکار می‌گوید:

«ما مجبور شدیم حجم عظیمی از پیچیدگی را از سخت‌افزار به نرم‌افزار منتقل کنیم.»

آنها از یک گیرنده‌ی فوق‌سبک مخابراتی استفاده کردند، وزن را صد‌ها گرم کم کردند و ۴۰٪ عملکرد را بهتر کردند.

آنها از ترکیبی از قطعات دفاعی، خودرویی و فضایی استفاده کردند تا هزینه را ده برابر کاهش دهند.

نتیجه:

LUNA شش برابر سبک‌تر، هشت برابر کوچک‌تر و بسیار دقیق‌تر از سامانه‌های سنتی است—و جایگزین چندین حسگر گران‌قیمت می‌شود.

شبیه‌سازی بدترین شرایط ماه

پیش از اینکه ناسا یا Intuitive Machines حاضر شوند LUNA را در مأموریت IM-۴ قرار دهند، باید از آزمون‌های دشواری عبور می‌کرد.

در بیابان Pinnacles استرالیا، جایی شبیه خاک ماه، حسگر روی یک هواپیمای سبک آزمایش شد. پس از ۱۰۰ کیلومتر پرواز بدون GPS، خطای موقعیت تنها ۲۸ متر بود.

آزمایش بعدی در عمیق‌ترین معدن اروپا در فنلاند انجام شد—۴۰۰ متر زیر زمین، در تاریکی مطلق، رطوبت بالا و بی‌سیگنالی کامل.

در مسیر ۶ کیلومتری، خطای LUNA در بهترین حالت نیم متر و متوسط کمتر از ۳ متر بود—حتی بهتر از GPS در آسمان باز.

ونڈکار گفت: «اگر LUNA بتواند آن‌جا کار کند، روی ماه هم کار می‌کند.»

مشکل قطب جنوب ماه

قطب جنوب ماه سرشار از یخ آبی است، اما شرایط ناوبری فاجعه‌بار است:

نور کم است، دما به‌شدت تغییر می‌کند، غبار الکترواستاتیکی همه‌جا می‌چسبد، حسگر‌های نوری کور می‌شوند، لیدار جواب نمی‌دهد و رادار نویزی می‌شود.

کریس شاو، مدیرعامل شرکت می‌گوید:

«دهه‌هاست که فرود روی ماه یعنی دیدن ناقصِ مسیر در چند مایل پایانی. هر اشتباهی ممکن است مأموریت را نابود کند.»

تام کرین، مدیر فناوری Intuitive Machines، نیز می‌گوید:

«LUNA داده‌های حیاتی سرعت و ارتفاع را بدون هزینه‌ی سنگین وزن فراهم می‌کند.»

مأموریت IM-۴ در سال ۲۰۲۷، هدفش دقیقاً این مناطق تاریک و شکست‌ساز است.

LUNA برای یک دلیل آنجاست: در تاریکی هم می‌بیند.

ALOHA: چشم‌های پشت چشم‌ها

بخش مهمی از اعتمادپذیری LUNA از مجموعه اپتیکی ALOHA می‌آید، ساخته‌شده توسط Australian Astronomical Optics.

این مجموعه چهار تلسکوپ دارد؛ یکی اضافه‌تر برای پشتیبان، وقتی گردوغبار یا زاویه فرود سیگنال را ضعیف می‌کند.

تلسکوپ‌ها از آزمون‌های شدید لرزش، شوک، سازگاری الکترومغناطیسی و خلأ حرارتی جان سالم به در بردند و کاملاً فضایی شدند.

اما پیچیده‌ترین بخش LUNA نرم‌افزار آن است.

این سامانه دائماً ارزیابی می‌کند کدام داده معتبرتر است و وزن‌دهی را در لحظه تغییر می‌دهد. اگر یک پرتو لیزر ضعیف شود، سامانه به بقیه یا حسگر اینرسی تکیه می‌کند. این باعث می‌شود دقت زیر یک متر باقی بماند و انحراف به‌صورت خطی رشد کند—نه نمایی.

آخرین اتاق شکنجه

پیش از پرواز، کل سامانه باید از آزمون‌های فضایی عبور کند—شوک، لرزش، امواج الکترومغناطیس و چرخه‌های دمایی شدید.

پس از تکمیل این مرحله، LUNA برای نصب روی فرودگر Nova-C تحویل داده می‌شود تا در نهایی‌ترین و خطرناک‌ترین لحظة پرواز—فرود—آن را هدایت کند.

موفقیت مأموریت، دریچه‌ی مأموریت‌های خودمختار آینده را باز می‌کند.

فراتر از ماه: مأموریت‌های آینده

وسایل جهنده‌ی کوچک مانند Micro-Nova برای کاوش دهانه‌های سایه‌دار به LUNA نیاز دارند.

مریخ هم محیطی مشابه دارد: طوفان‌های گردوغبار، نور کم و نبود GPS.

LUNA گزینه‌ای جدی برای فرودگر‌های نسل آینده است.

LUNA روی زمین

نسخه‌ی زمینی LUNA از سال ۲۰۲۵ عرضه می‌شود.

در آزمایش‌های معدن فنلاند، خطا کمتر از ۰.۱٪ بود—بدون GPS، بدون نقشه، بدون زیرساخت.

این دقت برای ربات‌های معدنی، ناوبری هوایی کم‌ارتفاع و پهپاد‌ها ارزش عظیمی دارد.

بخش‌های مختلف—دفاعی، رباتیک و هوافضا—در حال آزمایش نسخه‌ی زمینی هستند.

طلوع عصر کاوش خودمختار

LUNA صرفاً یک حسگر فرود نیست؛ یک تغییر پارادایم است.

به فضاپیما‌ها یک حس بنیادی می‌دهد: حس «درک حرکت»، حتی در تاریکی مطلق و بدون هیچ سیگنال بیرونی.

در سال‌های آینده، زمانی که کاوشگر‌ها به دورافتاده‌ترین نقاط منظومه‌ی شمسی برسند، احتمالاً همین ابزار کوچک استرالیایی خواهد بود که آنها را هدایت می‌کند—پرتو‌هایی نامرئی در تاریکی می‌فرستد تا پاسخ دو پرسش حیاتی را بدهد:

کجا هستیم و چطور به خانه برمی‌گردیم؟.