ابزار CASALS ناسا شکاف ها را در نقشه های سه بعدی سطح زمین پل می کند

این بخش را کاوش کنید

نمای کلی

برنامه های فناوری

نکات برجسته فناوری

کارگاه ها و رویدادها

انتشارات

از مدار، ابزارهای لیزری فضایی امروزی، جنگل‌ها و زمین‌های زمین را در یک خط باریک اندازه‌گیری می‌کنند. بین این خطوط، شکاف‌های عظیمی وجود دارد که میلیون‌ها هکتار از زمین‌ها را که دانشمندان هرگز مستقیما اندازه‌گیری نمی‌کنند را شامل می‌شود. ابزار CASALS ناسا، یادگیری ماشینی را با یک ابزار فوق فشرده لیدار ترکیب می‌کند تا بخش‌های بزرگی از سطح زمین را به صورت تطبیقی ​​«جارو» کند. این قابلیت جدید برای حسگرهای راه دور مبتنی بر فضا به CASALS اجازه می‌دهد تا رندرهای توپوگرافیکی واقعا سه بعدی (3D) ایجاد کند.

برای مشاهده این ویدیو لطفا جاوا اسکریپت را فعال کنید و به مرورگر وب ارتقا دهید

از ویدیوی HTML5 پشتیبانی می کند

ویدئویی از پرواز CASALS بر فراز باتلاق سرو بزرگ در دلاور در 12 نوامبر 2024، که بالای تاج درختان را سبز، زمین را به رنگ ارغوانی، و پوشش گیاهی نزدیک به زمین را به رنگ آبی نشان می‌دهد.

اعتبار: ناسا

تیمی از محققان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (GSFC) ابزار جدیدی طراحی کرده اند که برای از بین بردن نقاط کور بین خطوط داده های لیدار در سطح زمین طراحی شده است. سیستم لیدار طیف‌سنجی هوشمند همزمان (CASALS) که با پشتیبانی دفتر فناوری علوم زمین ناسا (ESTO) ساخته شده است، می‌تواند به محققان در نقشه‌برداری ویژگی‌های سطح زمین با جزئیات بی‌سابقه کمک کند. CASALS به جای هدایت مکانیکی لیزر با آینه‌های متحرک، نور را با استفاده از طول موج خود هدایت می‌کند و یک نوار پیوسته و سه بعدی از زمین را ایجاد می‌کند.

جان یورکز، یک دانشمند تحقیقات فیزیکی در GSFC و محقق اصلی برای CASALS، توضیح داد که این ابزار دارای یک فرستنده جدید و سیستم توری نوری است که پالس های لیزر را بدون آینه های موتوری سنگین و مستعد خرابی دستکاری می کند.

در عوض، CASALS از یک لیزر "seed" با ضربان سریع و قابل تنظیم با مرکز 1040 نانومتر استفاده می‌کند که به سرعت در 256 طول موج منحصربه‌فرد حرکت می‌کند و در یک قطعه نوری با الگوی میکروسکوپی از برجستگی‌ها به نام گریت انتقال می‌گذرد.

در این مرحله، فیزیک پراش فرا می‌رسد. از آنجایی که نور بسته به طول موج دقیق خود در زوایای کمی متفاوت خم می شود، توری به طور طبیعی هر یک از 256 پالس را به یک موقعیت مشخص در سراسر مسیر پرواز هدایت می کند.

این رویکرد غیر مکانیکی یک نوار سه بعدی پیوسته از زمین را رنگ می کند. این نه تنها شکاف های بزرگ بدون نقشه باقی مانده بین مسیرهای جدا شده لیدارهای فضایی قدیمی را از بین می برد، بلکه برداشتن قطعات متحرک به طور چشمگیری اندازه، وزن و نیاز دستگاه (SWaP) را کاهش می دهد. این باعث می شود که برای محیط خشن فضا قابل اعتمادتر باشد.

یکی دیگر از نوآوری های کلیدی در CASALS آرایه آشکارساز آن است. این مولفه دارای یک بازده کوانتومی بالا (QE) است، متغیری که توضیح می‌دهد که آشکارساز چگونه نور ورودی (فوتون‌ها) را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. CASALS در 80٪ QE عمل می کند. این بدان معناست که CASALS تقریبا هیچ نوری را که آن را به سنسور باز می گرداند، هدر نمی دهد.

با QE بالا، CASALS می‌تواند سیگنال‌های بازگشت ضعیف‌تری را شناسایی کند و به آن اجازه می‌دهد اندازه‌گیری‌های مفیدی را از سطوح تیره‌تر یا از طریق پوشش گیاهی متراکم‌تر جمع‌آوری کند.

این فناوری به محیط آزمایشگاهی محدود نمی شود. در نوامبر 2024، نمونه اولیه CASALS هوابرد با هواپیمای B200 King Air ناسا پرواز کرد. این ابزار در اولین کمپین خود مجموعه داده هایی با کیفیت علمی تولید کرد که فراتر از انتظارات تیم بود.

یورکز گفت: "من از گوانگ یانگ، جفری چن، و همه مهندسانمان و عملکرد CASALS بسیار تحت تاثیر قرار گرفتم. این کار از اولین باری که ما با آن پرواز کردیم بسیار خوب کار کرد، که بسیار چشمگیر است."

CASALS با پرواز در ارتفاع تقریبا پنج کیلومتری، به لطف وضوح افقی 22 سانتی‌متری خود، می‌تواند شاخه‌های درختان و تغییرات ظریف در ارتفاع زمین را تشخیص دهد.

یورکز گفت: «ما می‌توانیم جزئیات بسیار دقیقی از ساختار پوشش گیاهی و تغییرات توپوگرافی سطح را ببینیم.

این تیم قصد دارد دوباره با CASALS به عنوان بخشی از کمپین سطح هوا، کرایوسفر، اکوسیستم و توپوگرافی نزدیک ساحل (ASCENT) که برای تابستان 2027 برنامه ریزی شده است، پرواز کند.

اما کارهای بیشتری برای آماده کردن فناوری برای فضا وجود دارد. این تیم قصد دارد قبل از ایجاد یک نمونه اولیه آماده فضا، چندین پیشرفت در CASALS انجام دهد. به طور خاص، آنها در حال گسترش دامنه ابزار و اضافه کردن نرم افزار پردازش داده های داخلی هستند.

انتقال از یک نمونه اولیه موفقیت آمیز هوابرد به یک ماموریت فضایی کاملا تحقق یافته یک چالش است، اما تیم CASALS در حال انجام وظیفه است.

یورکز گفت: "تیم واقعا کار بزرگی در کنار هم ماندن و انجام وظایف و برنامه‌ریزی انجام داده است. ما برای بهینه‌سازی و بهبود عملکرد بودجه دریافت می‌کنیم، و همچنین در حال بررسی راه‌هایی برای استفاده از فناوری‌های مورد استفاده در ابزار هوابرد و بلوغ آنها و آماده‌سازی آنها برای یک نسخه فضایی در آینده هستیم."

در صورت موفقیت، CASALS می‌تواند به اولین لیدار فضایی تبدیل شود که قادر به نقشه‌برداری از جنگل‌ها و زمین‌های زمین به‌عنوان بخش‌های سه‌بعدی پیوسته و نه نمایه‌های مجزا است، و به دانشمندان تصویر کاملا کامل‌تری از سیاره در حال تغییر ما می‌دهد.

برای جزئیات بیشتر، ورودی این پروژه را در NASA TechPort ببینید.

سرپرست پروژه: جان یورکز، مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا

سازمان(های) حامی: برنامه انکوباسیون ده ساله ناسا (DSI)؛ برنامه جوجه کشی ابزار ناسا (IIP)؛ مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا؛ دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا؛ موسسه پلی تکنیک ویرجینیا و دانشگاه ایالتی

به اشتراک بگذارید

جزئیات

آخرین به روز رسانی

21 اکتبر 2026

ویرایشگر

تیم تحریریه علمی ناسا

مکان

مرکز پرواز فضایی گدارد

شرایط مرتبط

نکات برجسته فناوری

منابع سه بعدی

سطح زمین و فضای داخلی

ابزارهای علمی

کاوش بیشتر

2 دقیقه مطالعه

طوفان فرا گرمسیری از ایسلند گذشت

سیستم قدرتمند کم فشار بر فراز اقیانوس اطلس شمالی از بقایای طوفان تشکیل شده است…

مقاله

9 ساعت پیش

3 دقیقه مطالعه

پاییز کوه‌های بیش‌زادی لهستان را نقاشی می‌کند

رنگ پاییزی دامنه‌های جنگلی پارک ملی Bieszczady را می‌پوشاند، در حالی که تکه‌هایی از پولونینا،…

مقاله

2 روز پیش

6 دقیقه مطالعه

آتش سوزی به جنگل های آمازون می رسد

در جریان ال نینو، آبشاری از آتش سوزی در سراسر مناطق استوایی در آسیای استوایی آغاز می شود و…

مقاله

6 روز پیش