運動學(xué)導(dǎo)航和制圖背包(KNaCK)是一個移動激光雷達(dá)掃描儀，其采用了一種利用光探測和測距激光測量距離的遙感技術(shù)。它就像一個徒步旅行背包一樣可以穿在身上，使用一種稱為頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)的創(chuàng)新類型來提供每秒數(shù)百萬數(shù)據(jù)點的多普勒速度和范圍。這些測量點產(chǎn)生一個實時導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)而為探險者提供一個3D“點云”或周圍環(huán)境的高分辨率表示。

行星科學(xué)家Michael Zanetti博士在阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心領(lǐng)導(dǎo)KNaCK項目，他認(rèn)為這是測量人員使用的激光測距儀或幫助智能汽車避免碰撞的令人難以置信的敏感接近警報器的超級版本。

“基本上，該傳感器是一個用于導(dǎo)航和科學(xué)繪圖的測量工具，它能以厘米級的精度創(chuàng)建超高分辨率的3D地圖并賦予它們豐富的科學(xué)背景。另外，它還將幫助確保宇航員和漫游車在月球這樣的GPS否認(rèn)的環(huán)境中的安全、識別到遙遠(yuǎn)的地標(biāo)的實際距離并實時顯示探險者已經(jīng)走了多遠(yuǎn)及還有多遠(yuǎn)才能到達(dá)目的地，”Zanetti說道。

這是一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，因為Artemis時代的探險家們正在準(zhǔn)備進(jìn)行第一批現(xiàn)代月球任務(wù)以及有史以來第一次前往月球南極。在那里，太陽從未在月球地平線以上3度升起，這使得大部分地形處于深深的陰影之中。

KNaCK項目于2020年在NASA的Early Career Initiative的資助下啟動，通過跟漢茨維爾的Torch Technologies Inc.合作來開發(fā)背包原型和相關(guān)的導(dǎo)航算法。據(jù)悉，該算法允許在沒有GPS的情況下進(jìn)行精確測繪。該項目的商業(yè)供應(yīng)商--加利福尼亞州山景城的Aeva則正在提供FMCW-激光雷達(dá)傳感器和支持。

據(jù)了解，探險者可以在漫游期間和徒步旅行時通過使用KNaCK精確地繪制地形圖--包括深溝、山脈和洞穴等地形。激光雷達(dá)甚至可以在漆黑的環(huán)境中工作，這使得宇航員不必拖著笨重的照明裝置到處走。

“作為人類，我們傾向于根據(jù)地標(biāo)來確定自己的方向--一個特定的建筑物，一片樹林。（但）這些東西在月球上并不存在。KNaCK將不斷地使穿越地表的探險者確定他們的運動、方向和對遠(yuǎn)處山峰或他們的行動基地的定位。他們甚至可以標(biāo)記出他們發(fā)現(xiàn)一些獨特的礦物或巖層的具體地點，這樣其他人就可以很容易地返回進(jìn)行進(jìn)一步研究，”Zanetti說道。

這對于在時鐘上的宇航員來說是至關(guān)重要的，他們的遠(yuǎn)足會受到他們衣服中氧氣供應(yīng)的限制。Zanetti表示，KNaCK的超高分辨率精度--比傳統(tǒng)的月球地形圖和高程模型大一個數(shù)量級--使其成為在距離任務(wù)控制中心238,900英里之外進(jìn)行科學(xué)和任務(wù)操作的重要資源。

據(jù)悉，該硬件將于4月下旬在NASA位于新墨西哥州Kilbourne Hole的太陽系探索研究虛擬研究所(SSERVI)展開另一次重要的實地測試。該團(tuán)隊之前曾于2021年11月在那個古老的火山口（估計有25000-80000年的歷史）對KNaCK系統(tǒng)進(jìn)行過測試。另外，他們最近還用它對NASA佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的6英里長的海堤沙丘進(jìn)行了3D重建，這些沙丘保護(hù)著其主要的火箭發(fā)射臺。肯尼迪和馬歇爾的工程師們將繼續(xù)使用KNaCK來評估風(fēng)暴對沙丘侵蝕的影響，并在進(jìn)一步完善系統(tǒng)的同時確保未來飛行任務(wù)的安全。

接下來，KNaCK團(tuán)隊將努力使硬件小型化--目前背包原型重約40磅--并使敏感的電子裝置能免受微重力和太陽輻射的負(fù)面影響。