Новая техника предлагает более точные карты поверхности Луны

Новое исследование ученых из Университета Брауна может помочь пересмотреть способы составления карт поверхности Луны, сделав этот процесс более рациональным и точным, чем когда-либо прежде.

Опубликовано в Planetary Science Journal Исследование ученых из Брауна Бенджамина Боатрайта и Джеймса Хеда описывает усовершенствование техники картографирования, называемой «формирование из затенения». Эта техника используется для создания детальных моделей лунного рельефа, выделяя кратеры, хребты, склоны и другие опасности на поверхности. Анализируя, как свет падает на различные лунные поверхности, она позволяет исследователям оценить трехмерную форму объекта или поверхности по двухмерным изображениям.

Точные карты помогут планировщикам лунных миссий определить безопасные места посадки и области, представляющие научный интерес, что сделает операции более плавными и успешными.

«Это поможет нам лучше понять, что на самом деле там находится», — говорит Боатрайт, научный сотрудник Брауновского отделения наук о Земле, окружающей среде и планетах и ведущий автор новой работы. «Нам необходимо понять топографию поверхности Луны, где не так много света, например, затененные области южного полюса Луны, на которые нацелены миссии НАСА Artemis».

«Это позволит программному обеспечению для автономной посадки ориентироваться и избегать таких опасностей, как большие камни и валуны, которые могут поставить под угрозу миссию. По этой причине вам нужны модели, отображающие рельеф поверхности с максимально возможным разрешением, ведь чем больше деталей, тем лучше».

Однако процесс создания точных карт трудоемок и имеет ограничения при работе со сложными условиями освещения, неточной интерпретации теней и изменчивости рельефа. Усовершенствования, предложенные исследователями Брауна в методе «форма от тени», решают эти проблемы.

В своем исследовании ученые описывают, как с помощью передовых компьютерных алгоритмов можно автоматизировать большую часть процесса и значительно повысить разрешение моделей. По словам исследователей, новое программное обеспечение дает луноведам инструменты для создания больших карт поверхности Луны с более тонкими деталями и в гораздо более быстром темпе.

«Для создания этих слоев информации необходимо, чтобы используемые изображения были идеально выровнены друг с другом, чтобы объект на одном изображении находился в том же месте на другом, но современные инструменты этого не делают. Вполне можно просто дать ему кучу изображений, и он создаст идеальный продукт», — говорит Боатрайт.

«Мы реализовали алгоритм выравнивания изображений, который выбирает объекты на одном изображении и пытается найти такие же объекты на другом изображении, а затем выстраивает их в линию, так что вам не придется вручную отслеживать точки интереса на нескольких изображениях, что требует многочасовых умственных усилий».

Исследователи также внедрили алгоритмы контроля качества и дополнительные фильтры для уменьшения выбросов в процессе выравнивания — инструменты, которые обеспечивают реальное совпадение выровненных изображений и удаляют изображения, которые не совпадают. Отбор только тех изображений, которые в конечном итоге могут быть использованы, позволяет повысить качество и снизить точность до субметрового разрешения. Скорость также позволяет исследовать большие площади поверхности, что увеличивает пропускную способность этих карт.

Исследователи оценили точность своих карт, сравнив их с другими существующими топографическими моделями, в поисках несоответствий или ошибок в характеристиках лунной поверхности. Они обнаружили, что карты, созданные с использованием улучшенного метода «форма-штриховка», были более точными, чем карты, созданные традиционными методами, и показывали более тонкие особенности и вариации рельефа лунной поверхности.

Для исследования ученые использовали данные лазерного альтиметра Lunar Reconnaissance Orbiter и камеры Lunar Reconnaissance Orbiter Camera — приборов, установленных на борту аппарата НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter, который находится на орбите Луны с 2009 года.

Ученые планируют использовать свое усовершенствованное программное обеспечение для создания лунных карт и надеются, что другие тоже будут использовать его в своей работе по моделированию. Именно поэтому при создании инструмента они использовали алгоритмы с открытым исходным кодом.

Эти новые картографические продукты намного лучше тех, что мы использовали при планировании исследований во время миссий «Аполлон», и они значительно улучшат планирование миссий и научную отдачу для миссий Artemis и роботов», — сказал Хед, профессор геологических наук в Брауне, который работал в программе «Аполлон».

Исследователи надеются, что новый прибор усилит нынешний интерес к науке и исследованию Луны, который проявляют НАСА и космические агентства по всему миру.

«Если сделать такие инструменты доступными для всех, можно получить огромное количество информации», — говорит Боатрайт. «Это эгалитарный способ заниматься наукой».