p A vista do Mar da Tranquilidade erguendo-se para encontrar Neil Armstrong durante o primeiro astronauta pousando na Lua não era o que os planejadores da missão Apollo 11 pretendiam. Eles esperavam enviar o módulo lunar Eagle em direção a uma zona de aterrissagem relativamente plana com poucas crateras, rochas e pedregulhos. Em vez de, espiando através de seu pequeno, janela triangular do comandante, Armstrong viu um campo de pedras - muito hostil para um módulo lunar. Assim, o comandante da Apollo 11 assumiu o controle da descida do computador de bordo, pilotando o Eagle bem além do campo de pedra, para um local de pouso que será para sempre conhecido como Base da Tranquilidade. p "Houve pousos na Lua com espaçonaves robóticas antes da Apollo 11, "disse Al Chen, entrada, descida e aterrissagem para a missão Mars 2020 da NASA no Jet Propulsion Laboratory em Pasadena, Califórnia. "Mas nunca antes uma espaçonave em uma descida em direção à sua superfície mudou sua trajetória para manobrar fora do caminho do perigo."

p Chen e seus colegas da Mars 2020 tiveram a experiência de pousar uma espaçonave no Planeta Vermelho sem a ajuda de um astronauta com olhos de aço no manche. Mas Marte 2020 está se encaminhando para o maior desafio marciano da NASA até o momento. A cratera de Jezero é uma reentrância de 45 quilômetros de largura cheia de penhascos íngremes, dunas de areia, campos de pedregulhos e pequenas crateras de impacto. A equipe sabia que tentar pousar em Jezero - e com um rover carregando 50% mais carga útil do que o rover Curiosity, que pousou em um local mais favorável perto do Monte Sharp - eles teriam que melhorar o jogo.

p "O que precisávamos era de um Neil Armstrong para Marte, "disse Chen." O que descobrimos foi a navegação relativa ao terreno.

p Carregado a bordo de Marte 2020, A Navegação Relativa ao Terreno (TRN) é um piloto automático que durante o pouso pode descobrir rapidamente a localização da espaçonave - e mais importante, calcule sua localização futura na superfície marciana. A bordo, o computador do rover armazena um mapa de perigos dentro da cratera de Jezero, e se o ponto de pouso calculado for considerado muito perigoso, O TRN comandará o estágio de descida do Mars 2020 para levar o rover ao ponto de pouso mais seguro e acessível.

p Um sistema de duas partes

p Para pousar um módulo lunar Apollo na Lua, era necessária uma tripulação de dois (Armstrong tinha Buzz Aldrin alimentando-o com informações sobre sua trajetória). Da mesma forma, A Navegação Relativa ao Terreno consiste, na verdade, em dois sistemas trabalhando juntos:o Lander Vision System e o sistema de Seleção de Alvo Seguro.

p "A primeira metade da navegação relativa ao terreno é o Lander Vision System [LVS], que determina onde a espaçonave está sobre a superfície marciana, "disse Andrew Johnson, navegação de orientação e gerenciador de subsistema de controle para Marte 2020. "Se você falar rápido - LVS - você entenderá por que o mascote não oficial da equipe é Elvis Presley."

p A vida útil operacional do LVS é de 25 segundos. Ele ganha vida por volta dos 13, 000 pés (3, 960 metros), comandando uma câmera no rover para tirar rapidamente foto após foto da superfície marciana enquanto ainda está descendo em um pára-quedas. LVS examina uma imagem por segundo, dividindo cada um em quadrados que cobrem cerca de 5, 000 pés (1, 520 metros) de área de superfície.

p Contudo, ao contrário de Neil Armstrong, A análise em tempo real do LVS não está procurando bordas de crateras ou picos de montanhas específicos. Em vez de, dentro de cada uma dessas caixas, ou marcos, o sistema procura padrões únicos em contraste de luz e escuridão criados por características de superfície como penhascos, crateras, campos e montanhas de pedregulho. Em seguida, ele compara qualquer padrão incomum com um mapa em sua memória. Quando ele encontra cinco correspondências de pontos de referência durante o modo Coarse Landmark Matching, pega outra imagem e repete o processo.

p Após três comparações bem-sucedidas de imagem para mapa, O LVS entra em um modo chamado Fine Landmark Matching. É quando o sistema quebra a superfície em caixas de 125 metros (410 pés) de diâmetro, escaneando padrões únicos e comparando-os com o mapa. O LVS está procurando pelo menos 20 combinações em um segundo de observação de uma imagem, mas geralmente faz muito mais - até 150 - para gerar um gráfico ainda mais preciso da trajetória de Marte 2020.

p "Cada vez que um número adequado de correspondências é feito em uma imagem, em qualquer Course ou Fine Landmark Matching, LVS atualiza onde a espaçonave está naquele momento, "disse Johnson." Essa atualização é então alimentada no sistema de Seleção de Alvo Seguro. "

p Esta segunda parte do sistema de navegação relativa ao terreno usa a solução de posição da LVS, calcula onde ele vai pousar e, em seguida, compara-o a outro mapa a bordo, este retratando áreas dentro da zona de pouso, consideradas boas para pouso ... ou do tipo com crateras, penhascos, campos de pedregulhos ou rochas. Se o local plotado não for adequado, A seleção de alvo seguro pode mudar o destino do rover, movendo seu ponto de aterrissagem em até 2, 000 pés (600 metros).

p Testar

p Embora as operações de Seleção de Alvos Seguros possam ser investigadas em um ambiente de teste de computador dentro dos limites do JPL, para coletar dados ópticos, a equipe precisava ir mais longe:o deserto de Mojave e o Vale da Morte.

p Mais de três semanas em abril e maio de 2019, LVS voou 17 voos acoplados à frente de um helicóptero, tirar e processar imagem após imagem sobre o terreno semelhante a Marte nas Dunas de Kelso, Hole-in-the-Wall, Tubo de lava, Água ruim, Vale do Panamint e dunas planas de Mesquite.

p "Voamos vôo após vôo, imitando o perfil de descida da espaçonave, "disse Johnson." Em cada vôo, realizamos várias corridas. Cada corrida essencialmente imitou um pouso em Marte. "

p Contudo, o equivalente a 659 pousos em Marte ocorreram durante os voos de teste.

p "Os dados estão disponíveis - TRN funciona, "disse Chen." O que é bom porque Jezero é onde nossos cientistas querem estar. E sem TRN, as chances de pouso bem-sucedido em uma boa localização para o rover são de aproximadamente 85%. Com TRN, sentimo-nos confiantes de que subimos cerca de 99%. "

p Mas Chen também é rápido em notar que Marte é difícil:apenas cerca de 40% de todas as missões enviadas a Marte - por qualquer agência espacial - pousaram com sucesso.

p "Para ir mais longe, temos que olhar para o passado, e, a esse respeito, quem melhor do que o primeiro? ", disse Chen." Em uma entrevista cerca de 35 anos após a Apollo 11, Neil Armstrong disse, 'Acho que tentamos muito não ser muito confiantes. Porque quando você fica confiante demais, é quando algo se agarra e morde você. '"

p Ciente disso, o trabalho da equipe TRN da Mars 2020 será concluído apenas em 18 de fevereiro, 2021, um pouco depois das 12 horas PST (15h EST), quando seu veículo espacial pousa na cratera de Jezero. Mas também é apenas o começo:a orientação de precisão autônoma da Navegação Relativa ao Terreno pode ser essencial para pousar humanos com segurança na Lua e em Mar. TRN também pode ser útil para equipamentos de pouso em vários quedas à frente de uma tripulação humana em qualquer um dos mundos - ou outros para ser explorado no futuro.

p O JPL está construindo e administrará as operações do rover Mars 2020 para a Diretoria de Missão Científica da NASA na sede da agência em Washington.