人類が月への再進出（彼らは常に「滞在」と私たちに言い聞かせています）に向けて準備を進める中、宇宙飛行士が月面で安全かつ生産的に活動できるよう、多くのインフラ整備が必要です。GPSがなければ、ナビゲーションと地図作成ははるかに困難になります。そこでNASAは、ライダー（LIDAR）企業Aevaと協力し、通常のカメラや衛星機器では対応できない地形をスキャンできるツールの開発に取り組んでいます。
このプロジェクトは「KNaCK」（Kinematic Navigation and Cartography Knapsack）と呼ばれ、同時位置推定およびマッピング（SLAM）のコンセプトに基づいた一種の超高精度推測航法システムとして機能することを目指しています。
これが必要なのは、今のところ月、火星、その他の惑星にはGPSのような技術がないためであり、軌道上からは高解像度の表面画像が得られても、それだけではナビゲーションに十分ではないからです。例えば、月の南極では、太陽の角度が固定されているため、決して照らされない深い影と、明るく焼き付けられたハイライトがあり、見る角度に注意する必要があります。この地域は地表下に大量の水が存在するため、月面探査のターゲットとなっていますが、表面が詳細にどのような様子なのか、まだよく分かっていません。
LiDARは暗闇や直射日光下でも地図作成が可能で、既に着陸機やその他の機器でこの用途に使用されています。しかしNASAが求めていたのは、宇宙飛行士のバックパックや探査機に搭載できるほど小型でありながら、地形をスキャンして詳細な地図をリアルタイムで作成し、その中の正確な位置を特定できる装置でした。
NASAはここ数年、宇宙技術ミッション局の「アーリーキャリア・イニシアチブ」を通じて資金提供を受け、まさにこの取り組みに取り組んできました。このイニシアチブは2019年の開始以来、「NASAの若手リーダーと世界クラスの外部イノベーターを連携させることで、NASAの技術基盤とベストプラクティスを活性化する」ことを目指しています。今回のイノベーターとは、自動車用ライダー（LIDAR）および認知システムで知られるAeva社です。
Aevaは、LIDARが特定の点の距離だけでなく、その速度ベクトルも捕捉できるという点で、多くの類似システムよりも優れています。そのため、道路をスキャンする際に、ある物体が時速30マイルで接近してきている一方で、別の物体が時速5マイルで遠ざかっており、他の物体はセンサー自身の動きに対して静止していることを認識します。この点に加え、フラッシュやその他のLIDAR方式ではなく、周波数変調連続波技術を使用しているため、明るい太陽光による干渉にも強いという利点があります。
幸いなことに、光は地球上とほぼ同様に機能します。少なくとも、大気がないことで多少状況は変わりますが、大部分は技術が安全に機能するかどうかを確かめることです。
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「波長やスペクトルなどを変更する必要はありません。FMCWにより、ここでも他の場所でも必要な性能を得ることができます」と、AevaのCEOであるソロウシュ・サレヒアン氏は述べた。「重要なのは、その堅牢性を高めることであり、NASAとそのパートナーと協力して取り組んでいます。」
「すべての要素をこの小さな金色の箱に収めたため、システムの一部は真空状態などの大気条件の変化による影響をほとんど受けません。この箱は永久的に密閉されているため、このハードウェアは地上だけでなく宇宙でも使用できます」と、Aevaの技術担当副社長、ジェームズ・ルーサー氏は説明した。
まだいくつかの変更が必要だと彼は指摘した。
真空状態でも問題ないこと、システムが生成する熱を熱的に排除する方法があることを確認し、打ち上げ時の衝撃と振動に耐えられること、放射線環境を実証することです。
結果は非常に印象的です。上の画像にある月面着陸展示の3D再構成は、プロトタイプ機を携えて歩き回り、わずか23秒で撮影されました。（より広い範囲を撮影するには、もう少し長い道のりが必要でした。）
NASAの科学者たちは今まさにこの技術をテストしている。「そこで」というのは、プロジェクトリーダーのマイケル・ザネッティ氏が砂漠から私にメールを送ってきたことだ。
プロジェクトは順調に進んでいます。KNaCKプロジェクトは現在（まさに今、今日、そして今週）、ニューメキシコ州の砂漠地帯で、科学データ収集と月面・惑星表面探査ミッション運用のシミュレーションのためのハードウェアとソフトウェアのフィールドテストを行っています。これは、NASA太陽系探査研究仮想研究所（SSERVI）のRISE2チームとGEODESチームの科学者とエンジニアで構成されるチームと共同で行われています。AevaのFMCW-LiDARを用いてデータを収集し、この地質露頭の3Dマップ（傾斜、通行性、地形の測定）を作成するとともに、ミッション運用において人体搭載型LiDARシステムを状況認識にどのように活用できるかを評価しています。
以下がそれです:
ザネッティ氏は、Aevaのライダーユニットをローバーのプロトタイプとマーシャル宇宙飛行センターの大型模擬レゴリス砂場で試験することも近々行う予定だと述べた。地球上での自動運転に適した技術は、月面でも十分に通用する可能性があるからだ。
着陸機やローバーにおけるこのタイプのライダーの興味深い関連用途として、塵の雲の検知と特性評価があります。これは、環境条件の評価、着陸時の速度や乱気流の推定など、様々な用途に利用できます。確かなのは、見栄えの良い点群データが得られることです。
KNaCKが完成すれば、宇宙飛行士の周囲の状況をリアルタイムでマッピングし、現在地と移動速度を知らせることができるようになります。もちろん、これらの情報はすべてより大規模なシステムへと送られ、着陸機、そして軌道船へと中継されます。
もちろん、これらはすべて未定です。彼らは、この有望ではあるもののまだ初期段階のシステムの基礎を詰めているところです。実際の月面運用に近づくにつれて、さらに詳しい情報が明らかになるでしょう。ただし、まだ数年先の話です。
