Το OSIRIS-REx χρησιμοποίησε ένα σύστημα πλοήγησης τύπου Tesla για να συλλάβει ρεγόλιθους 4,5 δισεκατομμυρίων ετών

Η πρωτοποριακή αποστολή OSIRIS-REx της NASA επέστρεψε με επιτυχία από το ταξίδι της στον αστεροειδή Bennu. Το ρομποτικό διαστημόπλοιο έπεσε για λίγο στο ουράνιο σώμα σε μια πρώτη στο είδος του απόπειρα (από αμερικανική διαστημική υπηρεσία) να συλλέξει παρθένα δείγματα βράχου, πριν αποβιβαστεί και κατευθυνθεί πίσω στη Γη σε ένα τριετές ταξίδι μετ’ επιστροφής. Τα δείγματα επλήγησαν με ασφάλεια την Κυριακή στην έρημο στο Πεδίο Δοκιμών και Εκπαίδευσης του Υπουργείου Εξωτερικών στη Γιούτα και στα γήπεδα δοκιμών Dugway.

Ακόμη πιο εντυπωσιακό, το διαστημόπλοιο πραγματοποίησε τον ελιγμό του Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM) αυτόνομα μέσω του συστήματος οπτικής πλοήγησης Φυσικής Παρακολούθησης Χαρακτηριστικών (NFT) του σκάφους — άλλη μια πρώτη! Ο Engadget συναντήθηκε πρόσφατα με τον Διευθυντή Πλοήγησης και Ελέγχου Καθ

οδήγηση

ς στη Lockheed Martin, τον Δρ. Ryan Olds, ο οποίος βοήθησε στην ανάπτυξη του συστήματος NFT, για να συζητήσει πώς κατασκευάστηκε η πρωτοποριακή τεχνητή νοημοσύνη και πού στον γαλαξία μπορεί να κατευθυνθεί στη συνέχεια.

Το OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security – Regolith Explorer) είναι η πρώτη προσπάθεια της Αμερικής να ανακτήσει φυσικά δείγματα από διερχόμενο αστεροειδή (η Ιαπωνία το έχει κάνει ήδη δύο φορές). Ο Bennu, που βρισκόταν περίπου 70 εκατομμύρια μίλια από τη Γη όταν το αναχαίτισε για πρώτη φορά το OSIRIS, παρουσίαζε πολύ μεγαλύτερη πρόκληση στην προσγείωση από ό,τι προηγούμενοι, μεγαλύτεροι στόχοι όπως οι επίσης-μη ιδιαίτερα εύκολοι στόχοι του φεγγαριού ή του Άρη.

«Υπάρχουν τόσοι πολλοί διαφορετικοί παράγοντες» για την αντιστοίχιση των μυριάδων ταχυτήτων και τροχιών που εμπλέκονται σε αυτούς τους ελιγμούς προσγείωσης, είπε ο Olds στο Engadget. «Τόσες πολλές μικρές λεπτομέρειες. Πολλά από αυτά που κάνουμε βασίζονται σε μοντέλα και, αν έχετε μικρές πηγές σφαλμάτων στο μοντέλο σας που δεν λαμβάνονται υπόψη, τότε αυτές μπορεί να οδηγήσουν σε μεγάλα λάθη. Επομένως, είναι πραγματικά, πολύ σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι διαμορφώνετε τα πάντα με ακρίβεια.”

Στην πραγματικότητα, μετά το ραντεβού του OSIRIS-REx με τον Bennu το 2020, το διαστημόπλοιο πέρασε περισσότερες από 500 ημέρες κυκλώνοντας τον αστεροειδή και τραβώντας λεπτομερείς εικόνες της επιφάνειάς του από τις οποίες δημιούργησε η ομάδα ελέγχου εδάφους

ψηφιακά μοντέλα εδάφους

. “Χρειάζεται πολλή έρευνα για να βεβαιωθείτε ότι έχετε κατανοήσει όλα τα αποτελέσματα”, είπε ο Olds. «Κάναμε πολλά από αυτά με την εργασία μας για την παρακολούθηση φυσικών χαρακτηριστικών για να βεβαιωθούμε ότι κατανοήσαμε το πεδίο βαρύτητας γύρω από τον αστεροειδή. Ακόμη και μικρά πράγματα όπως οι θερμαντήρες του διαστημικού σκάφους να ανάβουν και να σβήνουν – ακόμα κι αυτό παράγει ένα πολύ, πολύ μικροσκοπικό προωθητικό αποτέλεσμα επειδή εκπέμπετε θερμότητα, και σε πολύ μικρά σώματα όπως ο Bennu, αυτά τα μικρά πράγματα έχουν σημασία».

Δεδομένου ότι ο αστεροειδής περιστρεφόταν γύρω από τον άξονά του, η επιφάνεια που μεταβαλλόταν από την ηλιόλουστη πλευρά στη σκοτεινή και πάλι πίσω, κάθε τέσσερις ώρες, η ομάδα του OSIRIS έπρεπε να «σχεδιάσει όλες τις τροχιές TAG μας έτσι ώστε να πετάμε πάνω από το φωτισμένο τμήμα του αστεροειδούς. “Είπε ο Olds. «Δεν θέλαμε το διαστημόπλοιο να χάσει ποτέ τον ελιγμό και να παρασυρθεί κατά λάθος πίσω στην έκλειψη πίσω από τον αστεροειδή». Το σύστημα NFT, όπως ένα Tesla, βασίζεται κυρίως σε μια σειρά από κάμερες οπτικού φάσματος για να γνωρίζει πού βρίσκεται στο διάστημα, με ένα σύστημα LiDAR που λειτουργεί ως εφεδρικό.

Το LiDAR αρχικά επρόκειτο να είναι η κύρια μέθοδος πλοήγησης, δεδομένης της πεποίθησης της ομάδας κατά τη φάση του σχεδιασμού ότι η επιφάνεια του Bennu έμοιαζε με ένα αμμώδες περιβάλλον που μοιάζει με παραλία. «Δεν περιμέναμε να έχουμε κινδύνους όπως μεγάλοι ογκόλιθοι», είπε ο Olds. «Έτσι, το σύστημα πλοήγησης σχεδιάστηκε πραγματικά μόνο για να διασφαλίσει ότι θα προσγειωνόμασταν σε μια περιοχή περίπου 25 μέτρων και το LiDAR ήταν το σύστημα επιλογής για αυτό. Αλλά γρήγορα μόλις φτάσαμε στο Bennu, ήμασταν πραγματικά έκπληκτοι από το πώς έμοιαζε, μόνο ογκόλιθοι παντού, κίνδυνοι παντού».

Η ομάδα δυσκολεύτηκε να εντοπίσει οποιαδήποτε πιθανή τοποθεσία προσγείωσης με ακτίνα μεγαλύτερη από οκτώ μέτρα, πράγμα που σήμαινε ότι το σύστημα LiDAR δεν θα ήταν αρκετά ακριβές για την εργασία. Ταρακούνησαν το μυαλό τους και αποφάσισαν να στραφούν στη χρήση του συστήματος NFT, το οποίο πρόσφερε τη δυνατότητα εκτίμησης της τροχιακής κατάστασης σε τρεις διαστάσεις. Αυτό είναι χρήσιμο για να γνωρίζουμε εάν υπάρχει ογκόλιθος στο μονοπάτι καθόδου του προσεδαφιστή. Το διαστημόπλοιο τελικά προσγειώθηκε σε απόσταση μόλις 72 εκατοστών από τον στόχο του.

«Είχαμε κάποια επίγεια μοντέλα από εικόνες ραντάρ», είπε ο Olds. “Αλλά αυτό πραγματικά μας έδωσε μόνο ένα πολύ είδος σχήματος – δεν μας έδωσε τη λεπτομέρεια.” Οι 17 μήνες υπερπτήσεων του OSIRIS παρείχαν αυτή την έλλειψη ευαισθησίας με τη μορφή χιλιάδων εικόνων υψηλής ανάλυσης. Αυτές οι εικόνες στη συνέχεια μεταδόθηκαν πίσω στη Γη, όπου τα μέλη της Ομάδας

Εργα

σίας Altimetry OSIRIS-REx (AltWG) τις επεξεργάστηκαν, τις ανέλυσαν και τις συναρμολόγησαν σε έναν κατάλογο με περισσότερους από 300 χάρτες αναφοράς εδάφους και εκπαίδευσαν ένα τρισδιάστατο μοντέλο σχήματος του εδάφους. Το σύστημα NFT βασίστηκε σε αυτά τα στοιχεία κατά τη διάρκεια του ελιγμού TAG για να προσαρμόσει την κατεύθυνση και την τροχιά του.

Αυτός ο πλήρης ελιγμός ήταν μια διαδικασία τεσσάρων μερών που ξεκινούσε από την «τροχιά τερματισμού ασφαλούς κατοικίας» του Bennu. Το διαστημόπλοιο κινήθηκε στην πλευρά του αστεροειδούς με το φως της ημέρας, σε μια θέση περίπου 125 μέτρα πάνω από την επιφάνεια που ονομάστηκε Checkpoint. Ο τρίτος ελιγμός μετατόπισε το OSIRIS-REx στο Matchpoint, 55 μέτρα πάνω από την επιφάνεια, έτσι ώστε μέχρι να τελειώσει η κάθοδος και να έρθει σε επαφή με τον αστεροειδή, θα ταξίδευε με μόλις 10 cm/s. Σε εκείνο το σημείο το πλοίο άλλαξε από τις οπτικές κάμερες (οι οποίες ήταν λιγότερο χρήσιμες λόγω της σκόνης αστεροειδών) στη χρήση του επιταχυνσιόμετρου και του αλγόριθμου

ενημέρωση

ς delta-v (DVU) για την ακριβή εκτίμηση της σχετικής του θέσης. Στον τέταρτο και τελευταίο ελιγμό του, το σκάφος – και το φορτίο του περίπου οκτώ ουγκιών (250 g) – απομακρύνθηκε απαλά από τον διαστημικό βράχο ηλικίας 4,5 δισεκατομμυρίων ετών.

Το touchdown της Κυριακής δεν ήταν το τέλος της διαστημικής καριέρας του NFT. Μια ενημερωμένη και αναβαθμισμένη έκδοση του συστήματος πλοήγησης θα βρίσκεται δυνητικά στην επόμενη αποστολή OSIRIS,

OSIRIS-APEX

. «Τον επόμενο χρόνο, θα αρχίσουμε να χτυπάμε τον πίνακα σχετικά με το τι θέλουμε να κάνει αυτό το ενημερωμένο σύστημα. Πήραμε πολλά μαθήματα από την κύρια αποστολή».

Ο Olds σημειώνει ότι το μικρό ανάστημα του αστεροειδούς έκανε την πλοήγηση μια πρόκληση, «εξαιτίας όλων εκείνων των μικρών δυνάμεων που σας έλεγα. Αυτό προκάλεσε πολύ εκνευρισμό στο έδαφος… οπότε σίγουρα θέλουμε να βελτιώσουμε το σύστημα ώστε να είναι ακόμα πιο αυτόνομο, ώστε τα μελλοντικά πληρώματα εδάφους να μην χρειάζεται να συμμετέχουν τόσο πολύ.» Το διαστημόπλοιο OSIRIS είναι ήδη καθοδόν προς την κορυφή του στόχος, ο αστεροειδής Apophis πλάτους 1.000 ποδιών, ο οποίος έχει προγραμματιστεί να περάσει σε απόσταση μόλις 20.000 μιλίων από τη Γη το 2029. Η NASA σχεδιάζει να θέσει το OSIRIS σε τροχιά γύρω από τον αστεροειδή για να διαπιστώσει εάν κάτι τέτοιο επηρεάζει την τροχιά, τον ρυθμό περιστροφής και τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του σώματος .