ترايدار

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

نظام TriDAR ، أو نظام الالتقاء والالتحام الآلي باستخدام التثليث والليدار ، [ 1 ] هو نظام رؤية للملاحة النسبية، طوّرته مجموعة Neptec Design Group بتمويل من وكالة الفضاء الكندية ووكالة ناسا . يوفر النظام معلومات توجيهية تُستخدم لتوجيه مركبة غير مأهولة أثناء عمليات الالتقاء والالتحام في الفضاء. لا يعتمد TriDAR على أي علامات مرجعية مثبتة على المركبة الفضائية المستهدفة، بل يعتمد على مستشعر ثلاثي الأبعاد يعمل بالليزر وكاميرا تصوير حراري . يستخدم برنامج TriDAR الخاص المعلومات الهندسية الموجودة في الصور ثلاثية الأبعاد المتتابعة لمطابقتها مع الشكل المعروف للجسم المستهدف وحساب موقعه واتجاهه.

أجرى نظام TriDAR أول رحلة تجريبية له في الفضاء على متن مكوك الفضاء ديسكفري في مهمة STS-128 ، التي انطلقت في 28 أغسطس 2009. وخلال هذه المهمة، زوّد TriDAR رواد الفضاء بمعلومات توجيهية آنية أثناء الالتقاء والالتحام بمحطة الفضاء الدولية. وقد رصد النظام المحطة وتتبعها تلقائيًا بالاعتماد فقط على معلومات شكلها. وكانت هذه المرة الأولى التي يُستخدم فيها نظام رؤية تتبعي ثلاثي الأبعاد يعتمد على مستشعرات ثلاثية الأبعاد في الفضاء.

خلفية

حتى الآن، اعتمدت معظم حلول التتبع التشغيلية لتقدير الوضع وتتبع الأجسام في المدار على علامات تعاونية موضوعة على الجسم (الأجسام) المستهدف. استخدم نظام الرؤية الفضائية (SVS) علامات سوداء على خلفية بيضاء أو بيضاء على خلفية سوداء. تم تصوير هذه العلامات باستخدام كاميرات فيديو مكوك الفضاء أو محطة الفضاء الدولية (ISS) لحساب الوضع النسبي لوحدات محطة الفضاء الدولية المراد تجميعها. [ 2 ]

استُخدم نظام التحكم في المسار (TCS) على متن مكوك الفضاء لتوفير معلومات التوجيه أثناء الالتقاء والالتحام بمحطة الفضاء الدولية (ISS). يعتمد هذا النظام على الليزر لتتبع العواكس الضوئية الموجودة على محطة الفضاء الدولية، مما يوفر معلومات عن الاتجاه والمدى وسرعة الاقتراب. ورغم موثوقية هذه الأنظمة، إلا أنها تعاني من قيود تشغيلية، إذ يجب تركيب الأهداف على حمولات مستهدفة، وهو أمر ليس عمليًا أو ممكنًا دائمًا. [ 3 ] فعلى سبيل المثال، تتطلب صيانة الأقمار الصناعية الموجودة التي لا تحتوي على عواكس ضوئية قدرة تتبع لا تعتمد على الأهداف.

STS-128

ترايدار خلال مهمة STS-128

تم اختبار نظام TriDAR في الفضاء لأول مرة على متن مكوك الفضاء ديسكفري خلال مهمة STS-128 إلى محطة الفضاء الدولية . وكان الهدف من الاختبار إثبات قدرة نظام TriDAR على تتبع جسم في الفضاء دون استخدام علامات تحديد الأهداف مثل العاكسات. في هذه المهمة، وُضع نظام TriDAR في حجرة الحمولة على نظام الالتحام المداري (ODS) بجوار نظام التحكم في مسار المكوك (TCS).

تم تفعيل النظام أثناء عملية الالتقاء عندما كانت المكوك على بُعد حوالي 75 كيلومترًا (47 ميلًا) من محطة الفضاء الدولية. وبمجرد دخولها نطاق المستشعر ثلاثي الأبعاد، حدد نظام TriDAR تلقائيًا الاتجاه والمسافة إلى محطة الفضاء الدولية. وخلال عملية الالتقاء، دخل نظام TriDAR في وضع التتبع القائم على الشكل، مما وفر توجيهًا كاملًا بست درجات من الحرية ومعدل اقتراب دقيق. وتم تزويد الطاقم بمعلومات النظام الرئيسية في الوقت الفعلي عبر شاشات عرض محسّنة خاصة بالالتحام على جهاز كمبيوتر محمول موجود في مقصورة الطاقم بالمكوك.  

صُمم النظام لتنفيذ المهمة بأكملها بشكل مستقل. راقب النظام حل التتبع الخاص به ذاتيًا، وأعاد الاتصال بمحطة الفضاء الدولية تلقائيًا في حال فقدان التتبع. كما تم اختبار نظام TriDAR أثناء عمليات الانفصال والتحليق حول المحطة.

STS-131

ترايدار خلال مهمة STS-131

تم حمل جهاز TriDAR مرة أخرى على متن مكوك الفضاء ديسكفري خلال مهمة STS-131 إلى محطة الفضاء الدولية . عمل الجهاز أثناء التقاء المكوك بالمحطة، وجمع بيانات مفيدة حتى مناورة تغيير زاوية ميل المكوك. عند هذه النقطة، تسبب عطل في الكابلات في انقطاع الاتصالات. [ 4 ] وباستخدام كابل احتياطي للانفصال والتحليق، عمل جهاز TriDAR "بشكل مثالي"، وفقًا لمدير الرحلة ريتشارد جونز. [ 5 ]

STS-135

كان جهاز TriDAR موجودًا على متن مكوك الفضاء أتلانتس خلال مهمة STS-135 إلى محطة الفضاء الدولية. [ 1 ]

القدرات

تعتمد تقنية TriDAR على التطورات الحديثة في تقنيات الاستشعار ثلاثي الأبعاد ورؤية الحاسوب ، مما يحقق مناعة ضد تأثيرات الإضاءة في أنظمة الرؤية الفضائية. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] توفر هذه التقنية القدرة على الالتقاء والالتحام تلقائيًا مع المركبات التي لم تُصمم لمثل هذه العمليات.

يتضمن النظام مستشعرًا نشطًا ثلاثي الأبعاد، وكاميرا تصوير حراري، وبرنامج تتبع قائم على النماذج من شركة نيبتك. وباستخدام معلومات حول هندسة المركبة الفضائية المستهدفة والبيانات ثلاثية الأبعاد المُستقاة من المستشعر فقط، يحسب النظام الوضع النسبي بست درجات حرية (6DOF) مباشرةً. تُمكّن خوارزميات رؤية الحاسوب التي طورتها نيبتك هذه العملية من الحدوث في الوقت الفعلي على حاسوب الطيران، مع تحقيق المتانة والموثوقية اللازمتين للعمليات بالغة الأهمية. وقد تحقق الحصول السريع على البيانات من خلال تطبيق استراتيجية مسح ذكية تُعرف باسم "معلومات أكثر، بيانات أقل" (MILD)، حيث لا يحصل المستشعر إلا على البيانات الضرورية لتقدير الوضع. تُقلل هذه الاستراتيجية من متطلبات وقت الحصول على البيانات، وعرض نطاق البيانات، والذاكرة، وقوة المعالجة.

الأجهزة

مستشعر TriDAR عبارة عن كاميرا ثلاثية الأبعاد هجينة تجمع بين تقنية التثليث الليزري المتزامن تلقائيًا ورادار الليزر (LIDAR) في حزمة بصرية واحدة. يستفيد هذا التصميم من التكامل بين هاتين التقنيتين التصويريتين لتوفير بيانات ثلاثية الأبعاد على المدى القريب والبعيد دون المساس بالأداء. [ 9 ] يعتمد نظام التثليث الليزري الفرعي بشكل كبير على نظام كاميرا الليزر (LCS) المستخدم لفحص نظام الحماية الحرارية لمكوك الفضاء بعد كل عملية إطلاق. [ 10 ] من خلال دمج المسارات البصرية للنظامين الفرعيين النشطين، يوفر TriDAR وظائف ماسحين ضوئيين ثلاثيي الأبعاد في حزمة صغيرة الحجم. كما يتشارك النظامان الفرعيان نفس إلكترونيات التحكم والمعالجة، مما يوفر المزيد من التكاليف مقارنةً باستخدام مستشعرين ثلاثيي الأبعاد منفصلين. يتضمن النظام أيضًا كاميرا تصوير حراري لتوسيع نطاقه إلى ما يتجاوز نطاق تشغيل LIDAR.

التطبيقات

مركبة سكاراب القمرية

بفضل نطاق تشغيله الواسع، يُمكن استخدام مستشعر TriDAR في تطبيقات متعددة ضمن المهمة نفسها. يُمكن استخدام TriDAR في عمليات الالتقاء والالتحام، والهبوط على الكواكب، وتوجيه المركبات الجوالة، وفحص المواقع والمركبات. وقد تمّ إثبات قدرات TriDAR في استكشاف الكواكب مؤخرًا خلال تجارب ميدانية أجرتها وكالة ناسا ووكالة الفضاء الكندية (CSA) في هاواي. في هذه الاختبارات، تمّ تركيب TriDAR على مركبة Scarab القمرية التابعة لجامعة كارنيجي ميلون ، مما مكّنها من التوجيه التلقائي إلى وجهتها. بمجرد وصول المركبة إلى وجهتها، استُخدم TriDAR لالتقاط صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للمنطقة المحيطة، بحثًا عن مواقع حفر مثالية للحصول على عينات قمرية.

لا تقتصر تطبيقات تقنية TriDAR على الفضاء فقط، بل تُعدّ أساس منتج OPAL من شركة Neptec. يوفر OPAL رؤيةً لأطقم طائرات الهليكوبتر عندما تكون الرؤية محجوبةً بسبب العواصف الشمسية أو انعدام الرؤية. كما يمكن تطبيق تقنية TriDAR في العديد من التطبيقات الأرضية، مثل المركبات ذاتية القيادة، وكشف المخاطر، وتحديد وضعية مرضى العلاج الإشعاعي، وتجميع الهياكل الضخمة، بالإضافة إلى تتبع حركة الجسم البشري لأغراض التقاط الحركة أو التحكم في ألعاب الفيديو.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "نهاية برنامج المكوك الفضائي: الرحلة الأخيرة لمركبة أتلانتس: مساهمة كندا" (بيان صحفي). وكالة الفضاء الكندية. 28 يونيو 2011. مؤرشف من الأصل في 1 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 2 يوليو 2011 .
  2. ↑ ماكلين، إس جي؛ بينكني، إتش إف إل (1993). "الرؤية الآلية في الفضاء". المجلة الكندية للملاحة الجوية والفضاء . 39 (2): 63-77 .
  3. ↑ أوبرمارك، ج.؛ كريمر، ج.؛ كيلم، ب.؛ فاغنر، و.؛ هنشو، س. غلين (2007). هوارد، ريتشارد ت.؛ ريتشاردز، روبرت د. (محرران). "SUMO/FREND: نظام رؤية لالتقاط الأقمار الصناعية ذاتيًا". وقائع SPIE . أجهزة الاستشعار والأنظمة لتطبيقات الفضاء. 6555 : 65550. Bibcode : 2007SPIE.6555E..0YO . doi : 10.1117/12.720284 . S2CID 110928354 . 
  4. ↑ جيبهاردت، كريس (2010). "تسليط الضوء على عملية فصل مركبة ديسكوفر STS-131 عن مكوك الفضاء ستورم" . ناسا سبيس فلايت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2010 .
  5. ↑ مقدمو العرض: براندي دين (17 أبريل 2010). "اليوم الثالث عشر من رحلة STS-131: إحاطة حول الوضع". إحاطات حول الوضع . هيوستن، تكساس. الدقيقة 7:45. تلفزيون ناسا . قناة ناسا الإعلامية.
  6. ↑ رويل، س.؛ إنجلش، س.؛ أنكتيل، م.؛ تشيرش، ب. (2005). 3D LASSO: تقدير الوضع في الوقت الحقيقي من بيانات ثلاثية الأبعاد لخدمة الأقمار الصناعية المستقلة (ملف PDF) . المؤتمر الدولي الثامن حول الذكاء الاصطناعي والروبوتات والأتمتة في الفضاء (i-SAIRAS 2005). 5-8 سبتمبر 2005. ميونيخ، ألمانيا.
  7. ↑ رويل، س.؛ إنجلش، س.؛ أنكتيل، م.؛ دالي، ج.؛ سميث، س.؛ تشو، س. (2006). هوارد، ريتشارد ت.؛ ريتشاردز، روبرت د. (محرران). "حل رؤية ثلاثية الأبعاد في الوقت الحقيقي للالتقاء والالتحام الذاتي في المدار". وقائع SPIE . أجهزة الاستشعار الفضائية III. 6220 : 622009. Bibcode : 2006SPIE.6220E..09R . doi : 10.1117/12.665354 . S2CID 129358605 . 
  8. ↑ رويل، س.؛ لو، ت.؛ أنكتيل، م.؛ غانيون، س. (2006). تحديد موقع الهدف من بيانات ثلاثية الأبعاد للالتقاء والالتحام الذاتي في المدار . مؤتمر IEEE للفضاء الجوي 2006. 1-8 مارس 2008. بيغ سكاي، مونتانا. doi : 10.1109/AERO.2008.4526516 .
  9. ↑ إنجلش، سي.؛ تشو، إكس.؛ سميث، سي.؛ رويل، إس.؛ كريستي، آي. (2005). ترايدار: مستشعر هجين لاستغلال الطبيعة التكاملية لتقنيات التثليث والليدار (ملف PDF) . المؤتمر الدولي الثامن حول الذكاء الاصطناعي والروبوتات والأتمتة في الفضاء (i-SAIRAS 2005). 5-8 سبتمبر 2005. ميونيخ، ألمانيا.
  10. ↑ ديزلورييه، أ.؛ شوالتر، إ.؛ مونتبول، أ.؛ تايلور، ر.؛ كريستي، إ. (2005). فحص نظام الحماية من التسربات في المكوك الفضائي باستخدام تقنية المسح المثلثي . SPIE: أجهزة الاستشعار الفضائية II. 28 مارس 2005. أورلاندو، فلوريدا. Bibcode : 2005SPIE.5798...26D . doi : 10.1117/12.603692 .