Misja asteroidy Hera przetestowała technikę autonomicznego kierowania na Marsie
W trakcie przelotu misji obrony planetarnej Hera ESA w pobliżu planety Mars, pojazd autonomicznie zablokował się na dziesiątkach kraterów uderzeniowych i innych widocznych cech powierzchni, aby śledzić je w czasie, w pełnoskalowym teście technologii autonomicznego prowadzenia pojazdu, którą statek kosmiczny będzie wykorzystywał do nawigacji wokół swoich docelowych asteroid.
?Nie było czasu, aby przetestować to autonomiczne śledzenie cech powierzchni tak dokładnie, jak pozostałe funkcje autonomiczne Hery przed opuszczeniem Ziemi? ? wyjaśnia Jesus Gil Fernandez z ESA, inżynier systemów prowadzenia, nawigacji i kontroli Hery.
?Jednak podczas przelotu Hery w pobliżu Marsa mogliśmy operować tym przez 20 minut. Pomimo że statek kosmiczny poruszał się z prędkością kilka rzędów wielkości większą i był znacznie dalej od czerwonej planety, niż będzie to miało miejsce w trakcie misji wokół ostatecznego celu, nasz system natychmiast zdołał zidentyfikować cechy, które były całkowicie nowe, na całym Marsie. Następnie ? przy zdobywaniu nowego obrazu co 48 sekund za pomocą Kamery Ramkowej Hery ? był w stanie kontynuować ich śledzenie przez cały czas trwania testu.
?Śledzenie punktów charakterystycznych zostało wcześniej udowodnione na wcześniej zmapowanych cechach, ale śledzenie niezmapped cech w ten sposób jest naprawdę bezprecedensowe. Eksperyment dotyczący tej technologii był wcześniej postrzegany jako nieco ryzykowny ? ponieważ jeśli zablokowałby komputer pokładowy w jakikolwiek sposób, Hera mogłaby nie zdobyć pozostałych danych naukowych z Marsa ? ale na szczęście system zadziałał naprawdę dobrze, dając nam dużą pewność co do etapu misji Hery, kiedy będzie używał tej techniki do autonomicznej nawigacji wokół asteroid i zdobywania zdjęć w bliskim zasięgu krateru, który powstał w wyniku uderzenia statku kosmicznego NASA DART w asteroidę Dimorphos.
12 marca Hera zbliżyła się do czerwonej planety na odległość 5700 km, wykorzystując jej pole grawitacyjne do zmiany trajektorii statku kosmicznego w kierunku swojego ostatecznego celu: Dimorphos i większej asteroidy Didymos, wokół której krąży. Ten manewr skrócił czas podróży Hery o wiele miesięcy i zaoszczędził znaczne ilości paliwa.
Ten przelot dał również zespołowi Hery pierwszą okazję do wykorzystania instrumentów statku kosmicznego poza Ziemią i Księżycem, aby sfilmować powierzchnię Marsa, enigmatyczny księżyc Deimos oraz zerknięcie na drugi księżyc Phobos. Oferował również możliwość przeprowadzenia pierwszego testu autonomicznego systemu śledzenia cech powierzchni opracowanego dla Hery przez zespół z GMV w Hiszpanii i Rumunii.
Podczas operacji bliskości Hery, które rozpoczną się około 30 km od asteroidy, będzie nawigować blisko asteroid na różne sposoby. Na początek statek kosmiczny utrzyma większe ciało Didymos w ramkach swoich kamer jako ogólny punkt odniesienia, obserwując kontrast między krawędziami asteroidy a otwierającą się przestrzenią. Podczas zbliżania się system prowadzenia, nawigacji i kontroli (GNC) Hery przechodzi do ?śledzenia centroidu?, koncentrując się na jasnych obszarach oświetlonych słońcem w kierunku środka asteroidy.
?Rzeczywiście byliśmy w stanie przetestować tę technikę śledzenia centroidu, wykorzystując system binarny Ziemia i Księżyc, gdy Hera zmierzała w stronę głębokiego kosmosu, para przyjmując miejsce Didymos i Dimorphos? ? wyjaśnia Andrea Pellacani, menedżer techniczny GNC Hery w GMV. ?Okazało się, że działa dobrze, ale to nadal pozostawiało niesprawdzoną technikę eksperymentalnego śledzenia cech GNC Hery ? aż do naszego niedawnego przelotu wokół Marsa.?
Pod koniec swojego sześcio-miesięcznego etapu badawczego Hera zbliży się do asteroidy Dimorphos na mniej niż 2 km, w momencie, kiedy jej pole widzenia będzie całkowicie wypełnione powierzchnią asteroidy. W tym momencie autonomiczne śledzenie powierzchni staje się niezbędne: poprzez obrazowanie tych samych cech ? takich jak głazy i kratery ? w kolejnych zdjęciach Hera będzie w stanie wyprowadzić własną wysokość i trajektorię względem Dimorphos.
?Nasz zespół z Hiszpanii i Rumunii pracuje nad tą technologią od prawie 15 lat. To samo zostało pierwotnie zaproponowane w celu umożliwienia precyzyjnego miękkiego lądowania na Księżycu? ? dodaje Andrea. ?System musi mieć model szorstkiego kształtu i ?ephemerydy rotacyjne? ciała docelowego ? jak dużo się obraca i w jakim kierunku ? i jest w zasadzie dość odporny. Problem polegał na tym, że przed startem był testowany tylko na platformie robota GNC zbudowanej przez GMV w Madrycie, ale nie było czasu na to samo na pełno skalowym stanowisku testowym awioniki Hery u głównego wykonawcy OHB w Bremie.
?Dlatego byliśmy bardzo wdzięczni za możliwość rzeczywistego przetestowania tego, gdy Hera przeleciała obok Marsa. Byliśmy pewni, że zadziała dobrze, ponieważ szczegółowo symulowaliśmy Marsa, korzystając z Narzędzia Generacji Scen Naturalnych Planet i Asteroidów ESA, PANGU, i uruchomiliśmy to przez naszą platformę testową GNC. Wyniki samego przelotu w dużej mierze zgadzały się z naszą symulacją, ale system zaimponował nam swoją odpornością: nie straciliśmy kontaktu z żadnymi celami na całej planecie podczas aktywacji.?
Autonomiczny system śledzenia powierzchni zdobywa do 100 cech, równomiernie rozłożonych na czterech ćwiartkach docelowej powierzchni, ale wykorzystuje tylko sześć najlepszych do obliczania swojej względnej pozycji i kierunku, aby ograniczyć obciążenie obliczeniowe.
?Naprawdę cieszymy się z sukcesu tego eksperymentu technologicznego? ? dodaje Jezus. ?To nie jest coś, co jakakolwiek agencja kosmiczna robiła wcześniej. Misja NASA OSIRIS-Rex na asteroidzie przeprowadziła autonomiczną nawigację optyczną wspierającą zdobywanie próbek powierzchni, ale tylko po przeprowadzeniu dokładnej mapy z wyprzedzeniem, co pozwoliło na pasowanie znanych punktów charakterystycznych. Nasz system nie potrzebuje żadnej wcześniejszej wiedzy o powierzchni, aby rozpocząć nawigację, co daje mu dużą moc.?
Menedżer misji Hery, Ian Carnelli, zauważa: ?Ta technologia może być niezawodnie wykorzystywana do autonomicznych operacji w bliskim sąsiedztwie, lądowań na Księżycu i planetach, torując drogę dla różnych ambitnych misji kosmicznych.?
Hera wykonuje przetwarzanie oparte na wizji cech powierzchni, korzystając z oddzielnego rdzenia głównego komputera pokładowego statku, podobnie jak może to być służbawiązane grafika w laptopie gamingowym. Jednak jednostka przetwarzania obrazu zbudowana przez GMV została również umieszczona na Herze, która działa na dwóch dostosowanych mikroprocesorach Field Programmable Gate Array. Oprogramowanie do obsługi tej jednostki IPU z głównego komputera Hery nadal jest finalizowane, przed przybyciem misji do Didymos na końcu 2026 roku, ale będzie mogło wykonywać to samo przetwarzanie oparte na wizji w ułamku czasu, zachowując wiele potencjalnych misji transportowych.
O Hery
Wystrzelona 7 października 2024, Hera jest w drodze do odwiedzenia pierwszej asteroidy, której orbitę zmieniono w wyniku działania człowieka.
Zbierając dane w bliskim zasięgu na temat asteroidy Dimorphos, która została uderzona przez statek kosmiczny NASA DART w 2022 roku, Hera pomoże przekształcić deflecję asteroid w dobrze zrozumianą i potencjalnie powtarzalną technikę.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
