Veel regio's in het zonnestelsel nodigen uit voor verkenning, maar ze worden als onbereikbaar beschouwd vanwege technologische lacunes in de huidige landingssystemen. Het CoOperative Blending of Autonomous Landing Technologies (COBALT) project, uitgevoerd door NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD) en Human Exploration and Operations Mission Directorate, zou dat kunnen veranderen.

Via een vluchtcampagne deze maand tot en met april, COBALT zal rijpen en nieuwe richtlijnen demonstreren, navigatie- en controletechnologieën (GN&C) om nauwkeurige landingen mogelijk te maken voor toekomstige verkenningsmissies.

"COBALT stelt ons in staat om het risico bij het ontwikkelen van toekomstige landingssystemen te verminderen en zal robotlanders ten goede komen aan planetaire oppervlakken door autonome precisielanding mogelijk te maken, " zei LaNetra Tate, STMD's Game Changing Development (GCD) programmamanager. "Dit zal zeker een baanbrekende technologie worden."

De campagne zal nieuwe landingssensortechnologieën combineren en testen die beloven de meest nauwkeurige navigatie-oplossing te leveren die ooit is getest voor NASA-ruimtelandingstoepassingen.

De technologieën, een Navigatie Doppler Lidar (NDL), die ultraprecieze snelheids- en zichtlijnmetingen biedt, en het Lander Vision System (LVS), die terrein relatieve navigatie biedt, zal worden geïntegreerd en getest aan boord van een raketaangedreven verticale start, verticaal landingsplatform (VTVL). Het platform, genaamd Xodiac, is ontwikkeld door Masten Space Systems in Mojave, Californië.

"In deze eerste vluchtcampagne we zijn van plan de integratie met succes af te ronden, vliegtesten en prestatieanalyse van de COBALT-lading, " verklaarde John M. Carson III, Projectleider COBALT. "Dit wordt beschouwd als een passieve test, waar COBALT uitsluitend gegevens verzamelt, terwijl het Xodiac-voertuig op zijn GPS zal vertrouwen voor actieve navigatie.""

In een vervolgvluchtcampagne in de zomer van 2017 COBALT wordt het actieve navigatiesysteem voor Xodiac, en het voertuig gebruikt GPS alleen als veiligheidsmonitor en back-up.

"De kennis van deze vluchten zal leiden tot de ontwikkeling van systemen voor inzet in toekomstige NASA-landingsmissies naar Mars en de maan, ' zei Carson.

Dus hoe werkt het?

De technologieën zelf zijn heel verschillend, maar samen zijn ze een recept voor precisielanding.

de NDL, ontwikkeld in NASA's Langley Research Center (LaRC), is een evolutie van een prototype dat in 2014 werd gevlogen door het voormalige ALHAT-project (Autonomous Precision Landing and Hazard Avoidance Technology) op het NASA Morpheus-voertuig. De nieuwe NDL is 60 procent kleiner, werkt met bijna driemaal de snelheid en biedt metingen over een groter bereik.

"NDL is functioneel vergelijkbaar met de radarsystemen die in eerdere Mars-landers werden gebruikt, Phoenix en Mars Wetenschapslaboratorium, " legde Farzin Amzajerdian uit, NDL-hoofdwetenschapper bij Langley. "Het grote verschil is dat de NDL een laser gebruikt in plaats van een microgolf als zender. Als de frequentie bijna vier orden van grootte hoger is, wordt de meting een stuk nauwkeuriger. NDL is ook veel kleiner dan radarsystemen, dat is een groot probleem, want elke ons telt bij het sturen van een lander naar Mars of andere bestemmingen."

LVS, ontwikkeld in het Jet Propulsion Laboratory van NASA, is een op camera's gebaseerd navigatiesysteem dat het terrein onder een dalend ruimtevaartuig fotografeert en dit vergelijkt met kaarten aan boord om de locatie van het voertuig te bepalen, verklaarde Carl Seubert, de COBALT projectleider bij JPL.

"Hierdoor kan het vaartuig zijn locatie detecteren ten opzichte van grote landingsgevaren die te zien zijn op de kaarten aan boord, zoals grote rotsblokken en uitstulpingen van het terrein, ' zei Seuber.

COBALT is een springplank voor deze technologieën, die hun weg zullen vinden naar toekomstige missies. Het NDL-ontwerp is gericht op infusie op de korte termijn maan, Mars of andere missies. De LVS is ontwikkeld voor infusie op de Mars 2020-robotlandermissie, en heeft toepassing op vele andere missies.

"Zowel NDL als LVS komen voort uit meer dan een decennium van NASA-investeringen in onderzoek en ontwikkeling in meerdere projecten binnen robot- en menselijke verkenningsprogramma's, en van het harde werk en de toewijding van het personeel in het hele bureau, ' zei Carson.

"Deze COBALT-technologieën geven maan- en Mars-ruimtevaartuigen de mogelijkheid om veel nauwkeuriger te landen, het verbeteren van de toegang tot interessante locaties in complex terrein en tot alle exploratiemiddelen die eerder aan de oppervlakte zijn ingezet, " zei Jason Crusan, directeur van de afdeling Advanced Exploration Systems van NASA. "Landingen zullen ook meer gecontroleerd en zachtaardig zijn, mogelijk kleinere landingspoten en drijfgasreserves mogelijk maken, en resulterend in een lager missierisico, massa en kosten."

Het COBALT-team wordt beheerd in het Johnson Space Center (JSC) van NASA in Houston, en bestaat uit ingenieurs van JSC, JPL in Pasadena, Californië, en LaRC in Hampton, Virginia. Alle drie de centra zullen gezamenlijk de vluchtcampagne en de data-analyse na de vlucht uitvoeren.

"De voortgang en het succes van het COBALT-project was afhankelijk van de teamdynamiek tussen NASA-centra die begon tijdens het vorige ALHAT-project, " zei Carson. "Het team heeft een gemeenschappelijk doel om GN&C-technologieën voor precisielanding te ontwikkelen en in te zetten, en ze onderhouden constante communicatie en een focus op samenwerking om de technische uitdagingen en operationele beperkingen die nodig zijn om te ontwikkelen, glad te strijken, interface en test met succes de sensoren en het laadvermogen."

COBALT omvat meerdere NASA-programma's, waaronder de Advanced Exploration Systems (AES) van het directoraat Human Exploration and Operations Mission, en de programma's Game Changing Development en Flight Opportunities, beide onder STMD. In samenwerking met het AES-programma, NASA maakt de weg vrij om verder de ruimte in te reiken.

Gebaseerd op NASA's Armstrong Flight Research Center in Edwards, Californië, het Flight Opportunities-programma financiert vluchttests voor technologieontwikkeling op commerciële suborbitale ruimteaanbieders waarvan Masten een leverancier is. Het programma heeft eerder de LVS op de Masten-raket getest en de technologie voor de Mars 2020-rover gevalideerd.

De COBALT-vluchten zullen de levensvatbaarheid van gemengde LVS- en NDL-metingen aantonen voor de nauwkeurige, gecontroleerde zachte landing van toekomstige missies. Hoewel de sensoren belangrijke factoren zijn voor toekomstige landingsmissies van mensen en robots naar Mars, de maan en andere bestemmingen in het zonnestelsel, de COBALT-lading zal ook een herbruikbaar platform bieden voor integratie en testen van andere mogelijkheden voor precisielanding en gevarenvermijding die zijn ontwikkeld binnen NASA of de industrie.