Los ingenieros que diseñan la misión de defensa planetaria Hera de la ESA para el par de asteroides Didymos están desarrollando tecnología avanzada para permitir que la nave espacial se dirija a sí misma a través del espacio. adoptando un enfoque similar para los coches autónomos.

"Si cree que los coches autónomos son el futuro en la Tierra, entonces Hera es la pionera de la autonomía en el espacio profundo, "explica Paolo Martino, ingeniero principal de sistemas de la misión Hera propuesta por la ESA. "Si bien la misión está diseñada para ser operada completamente manualmente desde tierra, la nueva tecnología se probará una vez que se logren los objetivos centrales de la misión y se puedan tomar riesgos más altos ".

Hera es actualmente objeto de un trabajo de diseño detallado, antes de ser presentado a los ministros del espacio de Europa en el Consejo Ministerial Space19 + este noviembre. La nave estudiará una pequeña luna de 160 m de diámetro del asteroide Didymos de 780 m de diámetro. a raíz de un experimento pionero de defensa planetaria.

"La nave espacial funcionará como un vehículo autónomo, fusionar datos de diferentes sensores para construir un modelo coherente de su entorno, "dice la guía de la ESA, ingeniero de navegación y control (GNC) Jesús Gil Fernandez.

"La fuente de datos más importante de Hera será su cámara de encuadre de asteroides, combinado con entradas de un rastreador de estrellas, altímetro láser, cámara termográfica de infrarrojos más sensores de inercia, incluidos acelerómetros ".

La autonomía resultante debería permitirle a Hera navegar de manera segura tan cerca a 200 metros de la superficie del asteroide más pequeño 'Didymoon'. permitiendo la adquisición de observaciones científicas de alta resolución de hasta 2 cm por píxel, centradas en particular en el cráter de impacto dejado por la nave espacial DART de EE. UU. al estrellarse contra Didymoon para desviar su órbita.

El ingeniero de GNC Massimo Casasco agrega:"Todas las demás misiones en el espacio profundo, en comparación, han tenido un conductor definido en la Tierra, con los comandos de navegación previstos en el control de la misión en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales de la ESA, antes de ser conectado a la nave espacial horas más tarde. Durante la fase experimental de Hera, las decisiones equivalentes se tomarán a bordo de forma autónoma en tiempo real ".

Para una máxima fiabilidad de navegación, La computadora principal a bordo de Hera se complementará con una unidad de procesamiento de imágenes dedicada, de la misma manera que las PC de escritorio a menudo tienen tarjetas gráficas separadas, mientras toman prestadas técnicas de visión artificial de las cámaras industriales empleadas en las líneas de producción.

Navegación basada en imágenes

Se lanzará en octubre de 2023 y alcanzará su objetivo, los asteroides cercanos a la Tierra Didymos tres años después, La misión Hera propuesta por la ESA se navegará sola en tres modos diferentes. En la aproximación inicial, el asteroide principal aparecerá como una estrella más brillante entre muchas.

"Desde lejos, será solo un puntito diminuto, "explica Jesús." Tendríamos que tomar varias fotografías para observar su movimiento contra el campo de estrellas de fondo ".

Esta técnica de obtención de imágenes es similar a las desarrolladas para detectar pequeños elementos de desechos espaciales y, eventualmente, permitir que futuras misiones robóticas de eliminación de desechos se reúnan con ellos.

El siguiente modo será el dominante para la mayor parte de la misión de Hera entre 30 km y 8 km de distancia, con el asteroide 'Didymain' más grande enmarcado en la vista de la cámara como un punto de referencia general.

"Este modo depende de que el gran asteroide sea más pequeño que el campo de visión general de nuestra cámara, y detectando el contraste de sus bordes dando paso al espacio más allá, ", dice Massimo." Aprovechamos su forma aproximadamente esférica para ajustarlo dentro de un círculo y estimar la distancia de la línea de visión entre la nave espacial y el 'centroide' del asteroide ".

Didymain ha sido seleccionado como el punto de referencia de navegación ya que es el cuerpo donde se concentra la mayor parte de la gravedad del sistema. y se sabe mucho más sobre él que el pequeño Didymoon.

Este método se volverá inviable, sin embargo, una vez que Hera se acerque a menos de 8 km de Didymain, y el asteroide llena su campo de visión. Luego viene el modo de navegación más ambicioso de todos, basado en el seguimiento de características autónomo sin referencia absoluta.

Jesús explica:"Será cuestión de obtener imágenes de las mismas características, como rocas y cráteres, en diferentes imágenes para tener una idea de cómo nos estamos moviendo con respecto a la superficie, combinado a su vez con otra información, incluidos acelerómetros a bordo para navegación a estima y la cámara termográfica infrarroja para sobrevolar el lado nocturno del asteroide ".

El seguimiento de características también se utilizará para medir la masa de Didymoon, midiendo el 'bamboleo' que causa a su padre, en relación con el centro de gravedad común del sistema binario general de Didymos. Esto se logrará identificando pequeñas variaciones a escala de metro en la rotación de puntos de referencia fijos alrededor de este centro de gravedad a lo largo del tiempo.

En la práctica, sin duda habrá sorpresas, Massimo observa:"Una superficie más plana sería peor que algo con muchas rocas con alto contraste, facilitando la identificación inequívoca de características. Además, un cuerpo menos esférico con muchas formas irregulares y sombras sería un desafío mayor para el tipo de detección de bordes que estamos empleando ".

Equipo de desarrollo a nivel europeo

GMV en España lidera el desarrollo de este sistema de navegación por visión, con el apoyo de OHB en Suecia con otros socios como GMV en Polonia y Rumanía. Actualmente se está utilizando una réplica de la cámara de encuadre de asteroides en la que confiará Hera para las pruebas prácticas del software junto con un modelo de alta resolución de Didymos.

Esta tecnología tendrá usos más amplios en muchas otras misiones, incluido el vehículo de servicio espacial planeado por la ESA para restaurar satélites y eliminar desechos espaciales, así como la ambiciosa misión Mars Sample Return, el tramo de regreso a casa implicará un encuentro autónomo en la órbita de Marte. Por último, una vez probado, esta tecnología sería un bloque de construcción habilitante para sondas planetarias de bajo costo en el espacio profundo.