เทคโนโลยีการหลีกเลี่ยงอันตรายในการลงจอดอัตโนมัติ ( ALHAT ) เป็นเทคโนโลยีที่ NASAกำลังพัฒนาเพื่อนำยานอวกาศลงจอดบนดวงจันทร์ ดาวอังคาร หรือแม้แต่ดาวเคราะห์น้อยโดยอัตโนมัติ^{[ 4 ] [ 5 ]}

ตามข้อมูลจากหน้าเว็บของ NASA เกี่ยวกับโครงการนี้ จะเป็นระบบการลงจอดอัตโนมัติที่ทันสมัยสำหรับยานลงจอดบนดาวเคราะห์ ชุดเซ็นเซอร์ติดตามพื้นผิวที่มีความสามารถในการหลีกเลี่ยงอันตรายแบบเรียลไทม์จะประเมินระดับความสูงและความเร็วของยานที่กำลังลงจอดและภูมิประเทศของพื้นที่ลงจอดเพื่อให้สามารถลงจอดได้อย่างแม่นยำ ยานที่กำลังลงจอดจะใช้อัลกอริธึม ALHAT ร่วมกับข้อมูลจากเซ็นเซอร์เพื่อนำทางไปยัง "จุดเล็งลงจอดก่อนภารกิจ" ซึ่งจะระบุพื้นที่ลงจอดที่ปลอดภัยโดยอัตโนมัติและนำทางยานลงจอด เทคโนโลยีนี้จะทำงานได้ในทุกสภาพแสง ตั้งแต่แสงจ้าของดวงอาทิตย์ที่ไม่มีที่กำบังไปจนถึงหมอกก๊าซและเมฆของวัตถุในระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกล^{[ 6 ]}

ยานลงจอดที่ติดตั้ง ALHAT จะมีความสามารถในการตรวจจับและหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง เช่น หลุมอุกกาบาต หิน และเนินลาด และลงจอดบนพื้นผิวได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำ โครงการนี้นำโดยศูนย์อวกาศจอห์นสัน (JSC) และได้รับการสนับสนุนจากห้องปฏิบัติการเจ็ทโพรพัลชัน (JPL) และศูนย์วิจัยแลงลีย์ [ ^{5 ] เซ็นเซอร์} บางตัวอาจใช้เพื่อช่วยในการเชื่อมต่อยานอวกาศด้วย^{[ 7 ]}

เทคโนโลยี ALHAT ประกอบด้วยระบบตรวจจับอันตราย เครื่องวัดความเร็ว แบบไลดาร์ดอปเปลอร์ เครื่องวัด ความสูง ด้วยเลเซอร์ซอฟต์แวร์ อัลกอริทึมเซ็นเซอร์ และตัวประมวลผลคอมพิวเตอร์สำหรับกำหนดเส้นทางสู่อวกาศ เทคโนโลยีเหล่านี้ผสานรวมเข้ากับเครื่องมือการนำทางบนยานลงจอด^{[ 4 ]} อุปกรณ์มีมวล400 ปอนด์ (180 กิโลกรัม ) ^{[ 2 ]}  

เครื่องมือดังกล่าวได้รับการทดสอบโดยการใช้งานจากยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ ได้แก่ รถบรรทุก เฮลิคอปเตอร์ฮิวอี้ของ NASA และ ยานลงจอดของ โครงการมอร์เฟียสเมื่อสิ้นสุดการทดสอบ โครงการนี้มุ่งหวังให้อุปกรณ์ ALHAT มีระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี (TRL) 6 ^{[ 1 ] [ 5 ]}

โครงการ ALHAT ได้ถูกแทนที่ด้วย โครงการ CoOperative Blending of Autonomous Landing Technologies (COBALT) ของ NASA NASA อ้างว่า Navigation Doppler Lidar (NDL) ของ COBALT มีขนาดเล็กกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ ทำงานได้เร็วขึ้นเกือบสามเท่า และให้การวัดระยะไกลกว่า^{[ 8 ]}

ทรัพยากรที่จำเป็นสำหรับการสำรวจในอนาคตมักจะตั้งอยู่ในภูมิประเทศที่อาจเป็นอันตราย ดังนั้นหุ่นยนต์และนักสำรวจที่เป็นมนุษย์จึงจำเป็นต้องลงจอดอย่างปลอดภัยใกล้กับทรัพยากรเหล่านี้ ซึ่งต้องใช้ยานลงจอดบนดาวเคราะห์รุ่นใหม่ที่มีความสามารถในการจดจำตำแหน่งลงจอดที่ต้องการโดยอัตโนมัติ ประเมินอันตรายที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการลงจอด และปรับตัวขณะลงจอดบนพื้นผิว^{[ 9 ]} NASA Langley ได้สร้าง เซ็นเซอร์ lidar (เรดาร์แสง) สามตัว ได้แก่ flash lidar, Doppler lidar และเครื่องวัดความสูงด้วยเลเซอร์ระดับสูงสำหรับโครงการ ALHAT ^{[ 10 ]}

ระบบแฟลชไลดาร์ใช้เทคโนโลยีการสร้างภาพเพื่อตรวจจับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าลูกบาสเก็ตบอลบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ภายใต้สภาพแสงทุกแบบ หากมีสิ่งกีดขวาง ระบบจะเปลี่ยนเส้นทางยานไปยังจุดลงจอดที่ปลอดภัยกว่า^{[ 10 ] เครื่องยนต์} เซ็นเซอร์กล้องสามมิติยังเป็นส่วนหนึ่งของกล้องอวกาศ DragonEye ที่ยานอวกาศ Dragon ใช้ในการเชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติ [ ^{11 ]}

เลเซอร์ไลดาร์แบบแฟลชจะปล่อยแสงเลเซอร์ออกมาและทำหน้าที่เหมือนกล้องแฟลช ทำให้สามารถสร้างแผนที่และภาพไลดาร์ได้^{[ 10 ]} เลเซอร์ไลดาร์แบบดอปเปลอร์จะวัดระดับความสูงและความเร็วของยานเพื่อลงจอดบนพื้นผิวอย่างแม่นยำ และเครื่องวัดความสูงด้วยเลเซอร์ที่ระดับความสูงสูงจะให้ข้อมูลที่ช่วยให้ยานลงจอดในพื้นที่ที่เลือกได้^{[ 10 ]}เทคโนโลยีเลเซอร์ไลดาร์จะสแกนพื้นที่เพื่อหาอันตราย เช่น หลุมอุกกาบาตหรือหิน ก่อนที่ยานลงจอดจะสัมผัสพื้น ระบบบนยานจะใช้ข้อมูลเพื่อสร้างแผนที่ภูมิประเทศและระดับความสูงของพื้นที่ลงจอดที่เป็นไปได้แบบเรียลไทม์ ALHAT จะสแกนจากระดับความสูงก่อน ทำให้ยานอวกาศมีเวลาเพียงพอที่จะตอบสนองต่อสิ่งกีดขวางหรือหลุมอุกกาบาตในพื้นที่ลงจอด พื้นที่ปลอดภัยจะถูกกำหนดโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ รวมถึงมุมเอียงของพื้นผิว ระยะทางและค่าใช้จ่ายเชื้อเพลิงในการไปยังพื้นที่ และตำแหน่งของแผ่นรองเท้าของยานลงจอด^{[ 12 ]}

ศูนย์อวกาศจอห์นสันของ NASA เป็นผู้นำโครงการ ALHAT ซึ่งเริ่มต้นในช่วงต้นปี 2549 ภายใต้โครงการพัฒนาเทคโนโลยีการสำรวจของ NASA นอกจากนี้ยังได้รับการสนับสนุนจาก Charles Stark Draper Labs และ Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Baltimore Langley ได้ออกแบบเซ็นเซอร์ตรวจจับและวัดระยะด้วยแสง (lidar) แบบพิเศษสองตัว ควบคู่ไปกับสิ่งนี้ ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ได้พัฒนาอัลกอริทึมสำหรับการวิเคราะห์ภูมิประเทศโดยอาศัยการวัดด้วย lidar เหล่านี้^{[ 13 ]}

โครงการ Advanced Exploration Systems ต้องการสาธิตและรับรอง ALHAT ที่ได้รับการปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานในอวกาศ โดยการปล่อยยานลงจอด Morpheus พร้อมระบบ ALHAT ไปยังดวงจันทร์ในการปล่อยจรวด Space Launch System ในปี 2017 หากทั้งสองอย่างประสบความสำเร็จ Morpheus ตั้งใจที่จะใช้ ALHAT เพื่อลงจอดอย่างปลอดภัยที่ขั้วใดขั้วหนึ่งของดวงจันทร์^{[ 4 ]}

เทคโนโลยี ALHAT สามารถช่วยนักบินมนุษย์ได้ โดยให้ข้อมูลสถานการณ์ที่ดีขึ้นมากเมื่อลงจอดรถ^{[ 14 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2556 ALHAT ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศได้ถูกรวมเข้ากับ Morpheus Lander BRAVO และซอฟต์แวร์นำทาง มีการทดสอบการบินที่ประสบความสำเร็จโดยที่ยานถูกผูกติดไว้ ALHAT และทีมงานจึงเดินทางไปยังศูนย์อวกาศเคนเนดีเพื่อทดสอบการบินอิสระ^{[ 15 ]}

เมื่อวันที่ 21 พฤศจิกายน 2013 ALHAT บนยานลงจอดต้นแบบ Morpheus เดินทางมาถึง KSC เพื่อทดสอบการบินอิสระ^{[ 16 ]} ในเดือนมีนาคม 2014 ALHAT และยานลงจอด Bravo ได้ถูกรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งและทำการทดสอบการบิน^{[ 17 ]}

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2557 ได้มีการติดตั้งเซ็นเซอร์ ALHAT เพิ่มเติมให้กับยานลงจอด Morpheus ระบบเลนส์ใหม่นี้ทำให้ Navigation Doppler Lidar สามารถวัดความเร็วของยานเทียบกับพื้นดินได้อย่างแม่นยำ^{[ 18 ]} Morpheus/ALHAT ประสบความสำเร็จในการบินอิสระครั้งที่ 15 (FF15) เมื่อวันที่ 15 ธันวาคม พ.ศ. 2558 ซึ่งเป็นการบินและลงจอดแบบวงปิดของ ALHAT ^{[ 19 ]}

การเชื่อมต่อระหว่างยานพาหนะ Morpheus และ ALHAT ได้รับการบันทึกไว้ใน ICD (เอกสารควบคุมอินเทอร์เฟซ) ^{[ 20 ]}

มีการทดสอบภาคสนามหลากหลายรูปแบบกับอุปกรณ์ ALHAT การทดสอบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ ALHAT บรรลุระดับ TRL 6 แล้ว^{[ 1 ]}

ความสามารถของ ALHAT ในการตรวจจับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าลูกเบสบอลจากระยะ2,500 ฟุต (760 เมตร)ขณะเคลื่อนที่ได้รับการทดสอบโดยการวางระบบไว้บนรถบรรทุก ALHAT สามารถถ่ายภาพและนำทางได้ในขณะที่ทีมกำลังขับรถ^{[ 21 ]} ALHAT เวอร์ชันขนาดใหญ่กว่าได้รับการทดสอบโดยใช้การบินเฮลิคอปเตอร์ที่ศูนย์วิจัยการบินดรายเดน ของ NASA เมืองเอ็ด เวิร์ดส์ รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปี 2010 ^{[ 22 ]} สนามภูมิประเทศบนดวงจันทร์ถูกสร้างขึ้นที่ศูนย์อวกาศเคนเนดี (KSC) สำหรับการทดสอบ ALHAT บนยานลงจอดมอร์เฟียส สนามดังกล่าวมีลักษณะภูมิประเทศที่แตกต่างกันมากมายเพื่อทดสอบความสามารถของ ALHAT ในการตรวจจับอันตราย การทดสอบเบื้องต้นใช้ ALHAT น้ำหนักเบาบนเฮลิคอปเตอร์^{[ 23 ]} 

การทดสอบเฮลิคอปเตอร์ของระบบ ALHAT แบบบูรณาการกับระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินของ Morpheus ได้ดำเนินการเหนือพื้นที่อันตรายของดาวเคราะห์ ALHAT ที่ KSC การทดสอบเฮลิคอปเตอร์ที่ KSC ประกอบด้วยโปรไฟล์การบินที่จำลองการเข้าใกล้ดาวเคราะห์ โดยระบบ ALHAT ทั้งหมดเชื่อมต่อกับระบบย่อย Morpheus ที่เหมาะสมทั้งหมดและทำงานแบบเรียลไทม์ ในระหว่างการบินเฮลิคอปเตอร์เหล่านี้ ระบบ ALHAT ได้ถ่ายภาพภูมิประเทศดวงจันทร์จำลอง การใช้เฮลิคอปเตอร์ทำให้สามารถทำการทดสอบได้เกือบทั้งหมด แต่ไม่ใช่ทั้งหมด ได้รับข้อมูลที่ดีจากเซ็นเซอร์ทั้งหมด ปัญหาทั้งหมดที่ตรวจพบได้รับการระบุและแก้ไขเพื่อสนับสนุนการทดสอบในอนาคตบนยานลงจอด Morpheus ^{[ 24 ]}

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2556 การบูรณาการ ALHAT กับฮาร์ดแวร์เวอร์ชัน 1.5 ของยานลงจอด Project Morpheus ได้กลับมาดำเนินการต่อ การทดสอบรวมถึงการวางยานลงจอดบนบล็อกเพื่อตรวจสอบว่าหน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) ของ ALHAT ทำงานได้เมื่อเอียง การทดสอบการเอียงดำเนินการที่ความสูงและทิศทางต่างๆ กัน^{[ 25 ]}

เมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม 2556 ทีม Morpheus/ALHAT ได้ทำการทดสอบการเชื่อมต่อครั้งที่ 26 สำเร็จ โดย ALHAT ถูกรวมเข้ากับยาน Bravo ของ Morpheus วัตถุประสงค์การทดสอบทั้งหมดบรรลุผลสำเร็จ รวมถึงการติดตามและถ่ายภาพของ ALHAT การถ่ายภาพดำเนินการที่ระดับความสูงต่างๆ^{[ 26 ]} ตัวอย่างภาพที่สร้างโดย LIDAR สามารถดูได้ในภาพ

เมื่อวันที่ 27 กรกฎาคม 2556 Bravo และ ALHAT บินอีกครั้งใน TT27 การติดตามและถ่ายภาพของ ALHAT ตรงตามวัตถุประสงค์การทดสอบทั้งหมด^{[ 15 ]}

During the rest of 2013 and early 2014 the ALHAT was removed from Bravo whilst various enhancements were made to the lander and flight tested. In March 2014 the ALHAT was installed back into the lander. On March 27, 2014 the assembly successfully performed a tethered test hovering at a variety of heights.^[17] The ALHAT's laser head can be seen scanning the area in the box during TT34 at the top right of this video.^[27] Morpheus Free Flight 10 took place on April 2, 2014. The ALHAT was in open loop mode. As well as the flight this video includes shots from a witness camera mounted and carefully aligned to the laser scanning head showing what the laser saw, but in the visible spectrum. Confirming that the hazard field was scanned.^[28]

On April 24, 2014 Free Flight 11 (FF11) was successfully completed at the KSC Shuttle Landing Facility (SLF). In FF11, as in FF10, ALHAT operated in open-loop mode, imaging the Hazard Field and calculating navigation solutions in real time during the flight. The equipment was not (yet) navigating the vehicle, meaning Bravo autonomously flew a pre-programmed trajectory as before. ALHAT engineers will use this flight data to continue tuning and improving their system performance.^[29]

A swing test was performed on April 28, 2014 to obtain accurate data on ALHAT's 3-beam Navigation Doppler Lidar to calibrate and confirm its range and velocity measurements.^[30] Free Flight 12 on April 30, 2014 was a repeat of the previous flight except the Lander was targeting the HDS identified landing site.^[31]

Free Flight 13 on May 22, 2014. First flight of ALHAT and Morpheus Lander with the ALHAT having closed loop control of the lander. The correct landing location was identified and flown to. There was a disagreement between the ALHAT and the Morpheus's guidance, navigation, and control over the lander's current location.^[32]

Free Flight 14 on May 28, 2014 took place at night. The ALHAT Hazard Detection System (HDS) performed well, but identified a safe site just 0.5 m outside the conservatively established limits around the center of the landing pad. ALHAT then navigated the vehicle in closed-loop mode through the entire approach, with the vehicle taking over navigation during the descent phase of the trajectory when ALHAT was already dead-reckoning. Had less conservative position error limits allowed ALHAT to continue to navigate to landing, the vehicle still would have landed safely on the pad.^[33]

เมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายน 2014 ได้มีการทดสอบการแกว่งของระบบเลนส์ใหม่สำหรับระบบนำทางไลดาร์ ALHAT ^{[ 34 ]}ทีม Morpheus/ALHAT ได้ทำการบินอิสระครั้งที่ 15 (FF15) เมื่อวันที่ 15 ธันวาคม 2015 ซึ่งเป็นการบินอิสระครั้งที่หกของชุดเซ็นเซอร์ ALHAT บนยาน และเป็นความพยายามครั้งที่สามในการบิน ALHAT แบบวงปิดครั้งประวัติศาสตร์ ยานได้บินและลงจอดสำเร็จภายใต้การควบคุมของ ALHAT ^{[ 19 ]}

ALHAT เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า ดังนั้นเทคนิคมาตรฐานสำหรับการจัดการและซ่อมแซมอุปกรณ์ไฟฟ้าจึงใช้ได้ อุปกรณ์ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งไม่ควรสัมผัสขณะที่ชิ้นส่วนเหล่านั้นกำลังเคลื่อนที่หรือเปิดใช้งานอยู่ Flash LIDAR และเครื่องวัดความสูงปล่อยลำแสงเลเซอร์คลาส IV ^{[ 3 ]}

• ควรสวมแว่นตานิรภัยเมื่อใช้เลเซอร์คลาส IV และคลาส 3B นั่นหมายความว่าต้องสวมแว่นตานิรภัยทุกครั้งที่เปิดใช้งาน ALHAT
• ลำแสงเลเซอร์จะต้องถูกปรับทิศทางให้ห่างจากผู้คนและสิ่งของที่อาจได้รับความเสียหายจากลำแสงเลเซอร์
• ไม่ควรใช้อุปกรณ์ช่วยเลนส์
• ในระหว่างการทดสอบและการปฏิบัติงาน อาจมีการนำกฎระเบียบกลางแจ้งมาใช้ด้วยเช่นกัน

กฎสำหรับการจัดการเลเซอร์ที่ศูนย์อวกาศจอห์นสันสามารถพบได้ในบทที่ 6-2 ของคู่มือ JSC ^{[ 35 ]}

การใช้ ระบบยุติแรงขับของ โครงการ Morpheus (TTS) โดย Range Safety จะปิดเครื่องยนต์หลักของยานลงจอดและหยุดเลเซอร์ประเภท IV ในระบบตรวจจับอันตราย (HDS) ของ ALHAT ^{[ 36 ]}

• คำแนะนำ การนำทาง และการควบคุม

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการหลีกเลี่ยงอันตรายขณะลงจอดอัตโนมัติ

• หน้าหลักของเทคโนโลยีการลงจอดอัตโนมัติและการหลีกเลี่ยงอันตราย (ALHAT)
• หน้าหลักของโครงการมอร์เฟียส
• วิดีโอแสดงขั้นตอนการติดตั้ง ALHAT ในเฮลิคอปเตอร์ฮิวอี้
• (ไฟล์ PDF)เทคโนโลยีการลงจอดอัตโนมัติและการหลีกเลี่ยงอันตราย (ALHAT) สไลด์นำเสนอปี 2008 โดย ดร. ชิโรลด์ เอปป์
• IEEE Xplore เทคโนโลยีการลงจอดแม่นยำอัตโนมัติและการตรวจจับและหลีกเลี่ยงอันตราย (ALHAT) โดย CD Epp – การประชุมด้านอวกาศ ปี 2007 ของ IEEE
• สถาปัตยกรรมระบบและแนวคิดการปฏิบัติงานของ IEEE Xplore ALHAT โดย T. Brady, Charles Stark และ J. Schwartz – การประชุมด้านอวกาศยาน ปี 2007 ของ IEEE