_ Dacă vrem să vizităm mai mulți asteroizi, trebuie să lăsăm nava spațială să gândească de la sine

Misiunile asupra asteroizilor au fost în lacrimi recent. Vizitele lui Rosetta, Osirix-REX și Hayabusa2 au vizitat toate corpuri mici și, în unele cazuri, au returnat cu succes mostre pe Pământ. Dar, pe măsură ce omenirea începe să ajungă la asteroizi, se va confrunta cu o problemă tehnică semnificativă - lățimea de bandă.

Există zeci de mii de asteroizi în apropierea noastră, dintre care unii ar putea fi potențial periculoși. Dacă am lansa o misiune pentru a colecta datele necesare despre fiecare dintre ele, infrastructura noastră interplanetară de comunicație și control ar fi rapid copleșită. Așadar, de ce să nu-i lăsăm pe ambasadorii noștri robotici să o facă singuri – aceasta este ideea din spatele unei noi lucrări publicate în Journal of Guidance, Control, and Dynamics și disponibilă pe serverul de preprintare arXiv de la cercetătorii de la Universitatea Federală din São Paulo și de la Institutul Național din Brazilia pentru cercetare spațială.

Lucrul se concentrează în primul rând pe problema de control a ceea ce trebuie făcut atunci când o navă spațială se apropie de un nou asteroid. Apropierea misiunilor actuale necesită luni de zile și necesită feedback consecvent din partea echipelor de la sol pentru a se asigura că nava spațială înțelege parametrii asteroidului de care se apropie – în special constanta gravitațională.

Unele misiuni au avut mai mult succes decât altele – pentru De exemplu, Philase, landerul care a mers împreună cu Rosetta, a avut probleme când a sărit de pe suprafața cometei 67P/Churyumov-Gerasimenko. După cum au subliniat autorii, o parte din această diferență a fost o discrepanță masivă între forma reală a cometei și forma observată pe care telescoapele au văzut-o înainte ca Rosetta să sosească acolo.

Chiar și mai multe misiuni de succes, cum ar fi OSIRIS- Rex, ia-ți luni de timp înainte pentru a finaliza manevre relativ banale în contextul a milioane de kilometri pe care le parcurge călătoria lor totală. De exemplu, a fost nevoie de 20 de zile pentru ca OSIRIX-Rex să efectueze mai multe zboruri la 7 km deasupra suprafeței asteroidului înainte ca controlul misiunii sale să considere că este sigur să intre pe o orbită stabilă.

Una dintre constrângerile semnificative ale controlorilor misiunii. la care se uitau era dacă puteau calcula cu exactitate constanta gravitațională a asteroidului pe care îl vizitau. Gravitația este notoriu dificil de determinat de la distanță, iar calculul său greșit a dus la probleme cu Philae. Deci, poate o schemă de control să rezolve toate aceste probleme?

Pur simplu, poate permite navei spațiale să decidă ce să facă atunci când se apropie de ținta lor. Cu o schemă de control bine definită, probabilitatea unei defecțiuni a navei spațiale din cauza unor consecințe neprevăzute este relativ minimă. Ar putea scădea dramatic timpul petrecut misiunile la apropiere și ar putea limita lățimea de bandă de comunicație înapoi spre controlul misiunii pe Pământ.

O astfel de schemă ar necesita, de asemenea, doar patru senzori relativ omniprezenti și ieftini pentru a funcționa eficient - un LiDAR (similar). la cele găsite pe mașinile autonome), două camere optice pentru percepția adâncimii și o unitate de măsură inerțială (IMU) care măsoară parametri precum orientarea, accelerația și câmpul magnetic.

Hârtia petrece mult timp detaliind matematică complexă care ar intra în schema de control — dintre care unele implică calcule statistice similare modelelor de învățare de bază. Autorii au, de asemenea, teste pe două potențiale ținte de asteroizi de interes pentru a vedea cum ar funcționa sistemul.

Unul este deja bine înțeles. Bennu a fost ținta misiunii OSIRIX-Rex și, prin urmare, este bine caracterizat pe măsură ce asteroizii merg. Potrivit lucrării, cu noul sistem de control, o navă spațială ar putea intra pe o orbită de 2.000 m într-o zi de apropiere de la sute de kilometri distanță, apoi ar putea intra pe o orbită de 800 m a doua zi. Acest lucru este comparat cu lunile de muncă pregătitoare pe care misiunea OSIRIS-Rex a trebuit să le realizeze. Și poate fi finalizată cu o forță minimă și, mai important, cu combustibil - o marfă prețioasă pentru misiunile în spațiul adânc.

O altă misiune demonstrativă este una la Eros, al doilea ca mărime asteroid din apropierea Pământului. Are o formă unică pentru un asteroid, deoarece este relativ alungit, ceea ce ar putea reprezenta o provocare interesantă pentru sistemele automate precum cele descrise în lucrare. Controlul unei nave spațiale cu noua schemă pentru o întâlnire cu Eros nu are toate aceleași avantaje ale unui asteroid mai tradițional precum Bennu. De exemplu, are o cerință de tracțiune și un consum de combustibil mult mai mare. Cu toate acestea, tot mai scurtează timpul de misiune și lățimea de bandă necesare pentru a o opera.

Sistemele autonome devin din ce în ce mai populare pe Pământ și în spațiu. Lucrări ca aceasta împing gândirea la ceea ce este posibil înainte. Să presupunem că tot ceea ce este necesar pentru a elimina luni de muncă tehnică manuală minuțioasă este să pălmuiești câțiva senzori și să implementezi un nou algoritm de control. În acest caz, este posibil ca una dintre diferitele agenții și companii care intenționează să se întâlnească în curând cu un asteroid să adopte acel plan.

(Fluierul)