La nave espacial Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA ha superado con creces la duración prevista de la misión, revelando que la Luna tiene sorpresas:depósitos de hielo que podrían usarse para respaldar la exploración lunar futura, los lugares más fríos del sistema solar en regiones permanentemente sombreadas en los polos lunares, y que es un mundo activo que se encoge, generando terremotos y cambiando frente a nuestros ojos. LRO ha mapeado la superficie con exquisito detalle, devolviendo millones de imágenes de un paisaje lunar absolutamente hermoso y allanando el camino para futuras misiones humanas bajo el programa Artemis de la NASA.

En la primavera de 2018, Unidad de medida inercial en miniatura de LRO (MIMU), un sensor crítico utilizado para ayudar a apuntar los instrumentos de la nave espacial, se apagó para preservar su vida restante después de mostrar signos de declive debido al envejecimiento natural en el duro entorno del espacio. El MIMU es como un velocímetro. Mide la velocidad de rotación de LRO. Sin ello, LRO se vio obligado a depender únicamente de los datos de los rastreadores de estrellas (cámaras de video con software de procesamiento de imágenes que infiere la orientación basada en mapas de estrellas) para apuntar y reorientar la nave espacial. "Esto limitó la capacidad de reorientar (girar) la nave espacial con fines científicos, "dijo Julie Halverson, Ingeniero de sistemas principal en operaciones de misiones de ciencia espacial en el Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

"Reorientar la nave espacial para obtener datos de vista lateral es valioso para los científicos, ya que nos permite medir cómo la luz se refleja en la Luna de manera diferente, dependiendo de la vista del instrumento, "dijo Noah Petro, Científico del proyecto para LRO en NASA Goddard. "Esto se llama fotometría de la superficie. Además, la cámara toma imágenes de vista lateral para construir imágenes tridimensionales de la superficie y para recopilar las vistas en perspectiva de la Luna que ayudan a desentrañar las relaciones geológicas ". Para que LRO vuelva a girar, Los ingenieros de la NASA desarrollaron un nuevo algoritmo que puede estimar la velocidad de rotación de LRO fusionando las mediciones del rastreador de estrellas junto con otra información disponible en la computadora de vuelo de LRO.

Para que el nuevo velocímetro de LRO funcione correctamente, los rastreadores de estrellas necesitan mantener una vista despejada de las estrellas, que puede ser bloqueado por la Tierra o la Luna, o el resplandor del sol. De lo contrario, es imposible determinar la orientación o estimar la velocidad de rotación de la nave espacial. Asegurarse de que los rastreadores de estrellas estén siempre libres de obstáculos durante las maniobras científicas hizo que muchas observaciones científicas que podrían realizarse fácilmente con el MIMU fueran imposibles de realizar sin él. Para recuperar estas oportunidades que de otro modo se perderían, Goddard, El Centro de Seguridad de Ingeniería de la NASA (NESC) y la Escuela de Posgrado Naval (NPS) en Monterey, California, se unieron una vez más en su larga historia de investigación cooperativa para desarrollar rápidamente una colección de nuevos, métodos revolucionarios para permitir que LRO siga explorando la Luna en su máxima capacidad.

"El algoritmo que desarrollamos para LRO se llama Maniobra rápida o 'FastMan' y funciona junto con el controlador basado en rastreadores de estrellas de LRO, "dijo Mark Karpenko, un profesor asociado de investigación en NPS y el líder del proyecto FastMan. "Las maniobras giran naturalmente alrededor de objetos brillantes al igual que la evitación de obstáculos en un automóvil autónomo". Un algoritmo informático es un conjunto de instrucciones para procesar datos. Karpenko pudo construir FastMan utilizando herramientas de software que se basan en las mismas herramientas utilizadas anteriormente por un equipo de NASA-NPS para reorientar la Estación Espacial Internacional combinando fuerzas del entorno espacial junto con sus giroscopios en lugar de quemar combustible al encender sus propulsores. . Esta "maniobra de propulsor cero" es similar a una maniobra de virada utilizada en la navegación.

"El Orbitador de reconocimiento lunar sufre frecuentes desplazamientos especiales mientras orbita la Luna y nuestra capacidad para programar estos desplazamientos está limitada por el tiempo que lleva realizarlos, "dijo John Keller, Científico adjunto del proyecto para LRO en NASA Goddard. Con FastMan, LRO pudo realizar cerca de 200 vueltas adicionales que no se podrían haber realizado de otra manera.

"Realmente, La mayoría de las mejoras de rendimiento que logramos hasta ahora fueron mediante el uso de los resultados de FastMan para crear lo que llamamos una maniobra de 'taxi', ", dijo Karpenko. Debido a que el FastMan completo requería cambios en el software de vuelo de LRO, Karpenko diseñó la maniobra del taxi para lograr la mayoría de los objetivos de FastMan sin requerir modificaciones en el software de vuelo. "Desafortunadamente, hasta que podamos actualizar el software de vuelo, Tenía que estar al tanto ", dijo Karpenko. La maniobra FastMan completa es completamente autónoma.

La primera rotación de FastMan se llevó a cabo en órbita a fines de julio de 2020 y permitió que la cámara LRO, uno de los siete instrumentos científicos de LRO, para obtener una imagen de vista lateral del cráter Triesnecker un 25 por ciento más rápido de lo que hubiera permitido un taxi. Con estos nuevos algoritmos, LRO puede volver a mirar rápidamente hacia un lado, y la nave está en buen estado de salud, con todos los instrumentos todavía recopilando datos. "LRO se encuentra ahora en el año 11 de lo que originalmente se esperaba que fuera una misión de dos años, ", dijo Petro." Monitoreamos regularmente todos los sistemas LRO para detectar signos de degradación o cambio. El combustible puede ser nuestro factor limitante de velocidad, las estimaciones actuales nos sitúan en tener al menos cinco años más de combustible a bordo, si no más."

En 2010, NPS, NESC y Goddard se asociaron para implementar las primeras maniobras de reorientación de tiempo mínimo jamás realizadas en órbita. Este trabajo innovador se realizó como una demostración de vuelo al final de su vida útil en la nave espacial TRACE. Hoy dia, la comunidad científica lunar es la beneficiaria de este trabajo pionero. "Los algoritmos de rotación desarrollados por NPS ya han permitido a LRO recopilar más datos científicos, "explicó Neil Dennehy, Miembro Técnico de Orientación de la NASA, Navegación y Control. "Espero que en el futuro nuestros socios de la industria también puedan aprovechar esta tecnología".