Świetlne rozwiązania w sektorach nawigacji satelitarnej oraz dronów
Wkrótce doczekamy się premiery dwóch nowatorskich czujników laserowych, których popularyzacja przyczyni się do zwiększenia precyzji manewrów wykonywanych przez satelity oraz umożliwi loty dronów w obszarach o zerowej widoczności. Rozwiązania opracowane w ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu INPHOMIR mogą przyczynić się dzięki temu do usprawnienia działania oraz wzrostu opłacalności europejskich misji kosmicznych. Czujniki wykorzystywane na pokładach pojazdów kosmicznych oraz autonomicznych urządzeń charakteryzują się niską precyzją w warunkach słabej widoczności, co prowadzi do poważnych (i często niezwykle kosztownych) błędów w zakresie wyznaczania trajektorii i pozycjonowania. Rozwiązania te są także energochłonne, a korzystanie z nich powoduje szybkie rozładowanie akumulatorów, co skraca czas działania satelitów i dronów. Zespół projektu INPHOMIR opracował dwa nowatorskie czujniki charakteryzujące się bardzo niskim poborem mocy - żyroskop optyczny i czujnik umożliwiający pomiar odległości (LiDAR) działający w podczerwieni średniej, wykorzystujący technologię fali ciągłej modulowanej częstotliwością. Zastosowanie obu tych rozwiązań zwiększy dokładność manewrów satelitów, a jednocześnie wydłuży czas lotu dronów. W rezultacie Europa będzie dysponowała nowymi możliwościami w zakresie badań kosmicznych, budowy systemów autonomicznych i monitorowania Ziemi. „Ze względu na nasze dążenia do badania i eksploracji coraz bardziej odległych obszarów przestrzeni kosmicznej oraz realizacji bardziej zaawansowanych misji, potrzebujemy precyzyjnych, niezawodnych i sprawnych czujników w znacznie większym stopniu niż kiedykolwiek wcześniej”, wyjaśnia Daniele Palaferri, starszy badacz włoskiej spółki GEM elettronica odpowiedzialnej za koordynowanie projektu INPHOMIR, którego wypowiedź została przytoczona w opublikowanym niedawno komunikacie prasowym. „Mamy nadzieję, że opracowywane przez nas zaawansowane czujniki zwiększą dokładność pozycjonowania satelitów, usprawnią procesy nawigacji w ramach misji międzyplanetarnych i przyczynią się do skuteczniejszych badań kosmosu”.
Wyjątkowe czujniki
Żyroskop optyczny to wyjątkowe narzędzie umożliwiające utrzymanie równowagi, dzięki któremu satelity i drony mogą wykonywać precyzyjne manewry i utrzymywać zadany kurs. Jego sekretem jest wykorzystanie wiązki laserowej do pomiaru prędkości i kierunku obrotu. Wewnątrz żyroskopu znajdują się wirujące wiązki światła, które ulegają nieznacznym odchyleniom w przypadku, gdy urządzenie przesuwa się lub obraca. Zmiana ta jest wykrywana przez czujnik, a na podstawie danych obliczany jest dokładny ruch i jego kierunek. Czujnik LiDAR oparty na podczerwieni średniej, wykorzystujący technologię fali ciągłej modulowanej częstotliwością, przypomina zasadą działania konwencjonalne radary. Główna różnica polega jednak na tym, że do tworzenia trójwymiarowych map środowiska zamiast fal dźwiękowych wykorzystywane jest światło wiązki laserowej. Palaferri porównuje czujnik do zmysłu echolokacji nietoperzy i wyjaśnia, że LiDAR emituje ciągłą wiązkę laserową, której częstotliwość zmienia się w czasie. Umożliwia to niezwykle dokładny pomiar odległości, nawet w przypadku obiektów w ruchu. Wiązka światła w zakresie podczerwieni średniej została wybrana ze względu na możliwość przenikania przez pył, kurz, mgłę i inne czynniki środowiskowe, które zwykle blokują światło widzialne. „W przypadku dronów i autonomicznych pojazdów technologia LiDAR umożliwia im szczegółową obserwację otoczenia, nawet w złych warunkach pogodowych oraz w nocy, umożliwiając bezpieczniejsze i bardziej niezawodne działanie. W przypadku misji kosmicznych technologia ta może pomóc satelitom i łazikom w precyzyjnym manewrowaniu oraz mapowaniu nieznanych terenów”, wyjaśnia naukowiec. Zespół projektu INPHOMIR wykorzystuje do produkcji swoich czujników fosforek indu - materiał, który pozwala na budowę miniaturowych fotonicznych układów scalonych charakteryzujących się wysoką mocą obliczeniową. Takie rozwiązanie umożliwia zmniejszenie rozmiaru, masy i zużycia energii. „Nasze nowatorskie rozwiązania oparte na fotonicznych układach scalonych mogą zrewolucjonizować procesy zarządzania łańcuchem dostaw wykorzystywane przez unijne przedsiębiorstwa. Dzięki możliwości produkcji tych układów na Starym Kontynencie możemy szybciej opracowywać innowacyjne rozwiązania i budować nowe technologie, dzięki czemu pozostaniemy w czołówce rankingów innowacyjności i rozwoju technologicznego”, zauważa Palaferri. Podsumowując rezultaty prac w ramach projektu INPHOMIR (INdium PHOsphide-based advanced Monolithically integrated photonic building-blocks at near and mid-InfraRed wavelengths), badacz zauważa: „Sukces projektu będzie stanowił istotny kamień milowy w obszarze rozwoju technologii fotonicznych, zapewniając wielu europejskim sektorom przewagę konkurencyjną oraz przekładając się na dążenia Unii Europejskiej do zapewnienia doskonałości technologicznej”. Więcej informacji: strona projektu INPHOMIR
Słowa kluczowe
INPHOMIR, czujnik laserowy, przestrzeń kosmiczna, satelita, dron, fotoniczny układ scalony, podczerwień średnia, fosforek indu, falą ciągłą modulowana częstotliwością, wykrywanie światła i pomiar odległości