La misión pionera OSIRIS-REx de la NASA ha regresado con éxito de su viaje al asteroide Bennu. La nave espacial robótica se posó brevemente en el cuerpo celeste en un intento, el primero de su tipo (por parte de una agencia espacial estadounidense), de recolectar muestras de rocas prístinas, antes de descender y regresar a la Tierra en un viaje de ida y vuelta de tres años. Las muestras impactaron de manera segura el domingo en el desierto en el campo de entrenamiento y pruebas de Utah del Departamento de Defensa y en el campo de pruebas Dugway.
Aún más impresionante, la nave espacial realizó su maniobra del Mecanismo de adquisición de muestras Touch-and-Go (TAGSAM) de forma autónoma a través del sistema de navegación visual de seguimiento de características naturales (NFT) a bordo de la nave, ¡otra primicia! Engadget se reunió recientemente con el Dr. Ryan Olds, director de control y navegación de orientación de Lockheed Martin, quien ayudó a desarrollar el sistema NFT, para analizar cómo se construyó la innovadora IA y hacia dónde en la galaxia podría dirigirse a continuación.
El OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security – Regolith Explorer) es el primer intento de Estados Unidos de recuperar muestras físicas de un asteroide que pasa (Japón ya lo ha hecho dos veces). Bennu, que se encontraba aproximadamente a 70 millones de millas de la Tierra cuando OSIRIS lo interceptó por primera vez, presentó un desafío mucho mayor para el aterrizaje que los objetivos anteriores, más grandes, como los objetivos de la Luna o Marte, que tampoco son particularmente fáciles de alcanzar.
«Hay tantos factores diferentes» para hacer coincidir las innumerables velocidades y trayectorias involucradas en estas maniobras de aterrizaje, dijo Olds a Engadget. “Tantos pequeños detalles. Gran parte de lo que estamos haciendo se basa en modelos y, si hay pequeñas fuentes de error en su modelo que no se tienen en cuenta, pueden generar grandes errores. Por eso es muy, muy importante asegurarse de modelar todo con precisión”.
De hecho, después de que OSIRIS-REx se encontrara con Bennu en 2020, la nave espacial pasó más de 500 días orbitando el asteroide y capturando imágenes detalladas de su superficie a partir de las cuales el equipo de control terrestre generó modelos digitales del terreno. «Se necesita mucha investigación para asegurarse de que se comprenden todos los efectos», dijo Olds. “Hicimos mucho de eso con nuestro trabajo en el seguimiento de características naturales para asegurarnos de que entendíamos el campo gravitatorio alrededor del asteroide. Incluso pequeñas cosas, como que los calentadores de la nave espacial se enciendan y apaguen, incluso eso produce un efecto de propulsión muy, muy pequeño porque estás irradiando calor, y en cuerpos realmente pequeños como Bennu, esas pequeñas cosas importan”.
Dado que el asteroide giraba alrededor de su eje, la superficie pasaba del lado iluminado por el sol al lado oscuro y viceversa, cada cuatro horas, el equipo de OSIRIS tuvo que «diseñar todas nuestras trayectorias TAG de modo que voláramos sobre la parte iluminada del asteroide, “ dijo Olds. «No queríamos que la nave espacial perdiera la maniobra y accidentalmente regresara al eclipse detrás del asteroide». El sistema NFT, al igual que un Tesla, se basa principalmente en una serie de cámaras de espectro visual para saber dónde se encuentra en el espacio, con un sistema LiDAR funcionando como respaldo.
Inicialmente, LiDAR iba a ser el método principal de navegación, dada la creencia del equipo durante la fase de planificación de que la superficie de Bennu se parecía a un entorno arenoso parecido a una playa. «No esperábamos tener peligros como grandes rocas», dijo Olds. “Así que el sistema de navegación en realidad sólo fue diseñado para garantizar que aterrizaríamos dentro de un área de aproximadamente 25 metros, y LiDAR fue el sistema elegido para eso. Pero rápidamente, una vez que llegamos a Bennu, nos sorprendió mucho cómo se veía, solo rocas por todas partes, peligros por todas partes”.
El equipo tuvo dificultades para detectar cualquier posible lugar de aterrizaje con un radio superior a ocho metros, lo que significó que el sistema LiDAR no sería lo suficientemente preciso para la tarea. Se devanaron los sesos y decidieron pasar al sistema NFT, que ofrecía la capacidad de estimar el estado orbital en tres dimensiones. Esto es útil para saber si hay una roca en el camino de descenso del módulo de aterrizaje. La nave espacial finalmente aterrizó a sólo 72 cm de su objetivo.
«Teníamos algunos modelos terrestres a partir de imágenes de radar», dijo Olds. «Pero eso en realidad sólo nos dio una especie de forma voluminosa, no nos dio los detalles». Los 17 meses de sobrevuelos de OSIRIS proporcionaron la granularidad faltante en forma de miles de imágenes de alta resolución. Posteriormente, esas imágenes se transmitieron a la Tierra, donde los miembros del Grupo de Trabajo de Altimetría OSIRIS-REx (AltWG) las procesaron, analizaron y volvieron a ensamblar en un catálogo de más de 300 mapas de referencia del terreno y entrenaron un modelo de forma 3D del terreno. El sistema NFT se basó en estos activos durante su maniobra TAG para ajustar su rumbo y trayectoria.
Esa maniobra completa fue un proceso de cuatro partes que comenzó en la “órbita terminadora de hogar seguro” de Bennu. La nave espacial se movió hacia el lado diurno del asteroide, a una posición de unos 125 metros sobre la superficie denominada Checkpoint. La tercera maniobra desplazó a OSIRIS-REx a Matchpoint, a 55 m sobre la superficie, de modo que cuando terminara de descender y entrara en contacto con el asteroide, viajaría a sólo 10 cm/s. En ese momento, la nave pasó de las cámaras visuales (que eran menos útiles debido al polvo de asteroide levantado) al uso de su acelerómetro a bordo y el algoritmo de actualización delta-v (DVU) para estimar con precisión su posición relativa. En su cuarta y última maniobra, la nave, y su carga de aproximadamente ocho onzas (250 g), se alejaron suavemente de la roca espacial de 4.500 millones de años.
El aterrizaje del domingo no fue el final de la carrera espacial de la NFT. Es posible que una versión actualizada y mejorada del sistema de navegación esté a bordo de la próxima misión OSIRIS, OSIRIS-APEX. “El año que viene, vamos a empezar a escribir en la pizarra lo que queremos que haga este sistema actualizado. Aprendimos muchas lecciones de la misión principal”.
Olds señala que la pequeña estatura del asteroide hizo que la navegación fuera un desafío, “debido a todas esas pequeñas fuerzas de las que les hablé. Eso causó mucha irritación en tierra… así que definitivamente queremos mejorar el sistema para que sea aún más autónomo para que el futuro personal de tierra no tenga que estar tan involucrado». La nave espacial OSIRIS ya está en camino a su APEX objetivo, el asteroide Apophis de 1.000 pies de ancho, que está programado para pasar a solo 20.000 millas de la Tierra en 2029. La NASA planea poner a OSIRIS en órbita alrededor del asteroide para ver si hacerlo afecta la órbita del cuerpo, la velocidad de giro y las características de la superficie. .