Alguns dos lugares mais interessantes para estudar em nosso sistema solar são encontrados nos ambientes mais inóspitos - mas pousar em qualquer corpo planetário já é uma proposta arriscada. Com a NASA planejando missões robóticas e tripuladas para novos locais na Lua e Marte, evitar o pouso na encosta íngreme de uma cratera ou em um campo de pedregulho é fundamental para ajudar a garantir um toque seguro para a exploração da superfície de outros mundos. Para melhorar a segurança no pouso, A NASA está desenvolvendo e testando um conjunto de tecnologias precisas de pouso e prevenção de perigos.

Uma combinação de sensores a laser, uma câmera, um computador de alta velocidade, e algoritmos sofisticados darão à espaçonave olhos artificiais e capacidade analítica para encontrar uma área de pouso designada, identificar perigos potenciais, e ajustar o curso para o local de aterrissagem mais seguro. As tecnologias desenvolvidas no âmbito do projeto de Pouso Seguro e Preciso - Evolução de Capacidades Integradas (SPLICE) dentro do programa de Desenvolvimento de Mudança do Jogo da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial tornarão possível para a espaçonave evitar pedregulhos, crateras, e mais em áreas de aterrissagem com metade do tamanho de um campo de futebol já considerado relativamente seguro.

Três dos quatro subsistemas principais do SPLICE terão seu primeiro vôo de teste integrado em um foguete Blue Origin New Shepard durante uma missão futura. Conforme o impulsionador do foguete retorna ao solo, depois de atingir a fronteira entre a atmosfera e o espaço da Terra, A navegação relativa do terreno do SPLICE, navegação Doppler lidar, e o computador de descida e pouso funcionará a bordo do booster. Cada um irá operar da mesma forma que ao se aproximar da superfície da lua.

O quarto componente principal do SPLICE, um lidar de detecção de perigo, será testado no futuro por meio de testes de solo e de vôo.

Seguindo breadcrumbs

Quando um local é escolhido para exploração, parte da consideração é garantir espaço suficiente para uma espaçonave pousar. O tamanho da área, chamada de elipse de aterrissagem, revela a natureza inexata da tecnologia de pouso legada. A área de pouso da Apollo 11 em 1968 era de aproximadamente 11 milhas por 3 milhas, e os astronautas pilotaram o módulo de pouso. As missões robóticas subsequentes a Marte foram projetadas para pousos autônomos. A Viking chegou ao Planeta Vermelho 10 anos depois com uma elipse alvo de 174 milhas por 62 milhas.

A tecnologia melhorou, e as subseqüentes zonas de pouso autônomo diminuíram de tamanho. Em 2012, a elipse de pouso do rover Curiosity caiu para 12 milhas por 4 milhas.

Ser capaz de localizar um local de pouso ajudará futuras missões a ter como alvo áreas para novas explorações científicas em locais anteriormente considerados muito perigosos para um pouso não-piloto. Também permitirá que missões de abastecimento avançado enviem carga e suprimentos para um único local, em vez de se espalhar por milhas.

Cada corpo planetário tem suas próprias condições únicas. É por isso que "SPLICE foi projetado para se integrar com qualquer espaçonave pousando em um planeta ou lua, "disse o gerente de projeto Ron Sostaric. Baseado no Johnson Space Center da NASA em Houston, Sostaric explicou que o projeto abrange vários centros da agência.

"O que estamos construindo é um sistema completo de descida e pouso que funcionará para futuras missões Artemis à Lua e pode ser adaptado para Marte, "disse ele." Nosso trabalho é colocar os componentes individuais juntos e garantir que funcione como um sistema funcional. "

As condições atmosféricas podem variar, mas o processo de descida e aterrissagem é o mesmo. O computador SPLICE é programado para ativar a navegação relativa do terreno várias milhas acima do solo. A câmera de bordo fotografa a superfície, tirando até 10 fotos a cada segundo. Esses são alimentados continuamente no computador, que é pré-carregado com imagens de satélite do campo de pouso e um banco de dados de pontos de referência conhecidos.

Algoritmos pesquisam as imagens em tempo real para as características conhecidas para determinar a localização da espaçonave e navegar com segurança para o seu ponto de aterrissagem esperado. É semelhante a navegar por pontos de referência, como edifícios, em vez de nomes de ruas.

Do mesmo jeito, a navegação relativa do terreno identifica onde a espaçonave está e envia essa informação para o computador de orientação e controle, que é responsável por executar a trajetória de vôo até a superfície. O computador saberá aproximadamente quando a espaçonave deve estar se aproximando de seu alvo, quase como colocar migalhas de pão e depois segui-las até o destino final.

Este processo continua até cerca de quatro milhas acima da superfície.

Navegação a laser

Saber a posição exata de uma espaçonave é essencial para os cálculos necessários para planejar e executar uma descida motorizada para um pouso preciso. No meio da descida, o computador liga o Doppler de navegação lidar para medir a velocidade e as medições de alcance que aumentam ainda mais as informações precisas de navegação provenientes da navegação relativa do terreno. Lidar (detecção e alcance de luz) funciona da mesma maneira que um radar, mas usa ondas de luz em vez de ondas de rádio. Três feixes de laser, cada um tão estreito quanto um lápis, são apontados para o chão. A luz desses feixes reflete na superfície, refletindo de volta para a espaçonave.

O tempo de viagem e o comprimento de onda dessa luz refletida são usados ​​para calcular a que distância a nave está do solo, em que direção está indo, e quão rápido ele está se movendo. Esses cálculos são feitos 20 vezes por segundo para todos os três feixes de laser e alimentados no computador de orientação.

Doppler lidar funciona com sucesso na Terra. Contudo, Farzin Amzajerdian, o co-inventor da tecnologia e principal investigador do Langley Research Center da NASA em Hampton, Virgínia, é responsável por enfrentar os desafios de uso no espaço.

"Ainda há algumas incógnitas sobre a quantidade de sinal que virá da superfície da Lua e de Marte, "disse ele. Se o material no chão não for muito reflexivo, o sinal de volta para os sensores será mais fraco. Mas Amzajerdian está confiante de que o lidar vai superar a tecnologia de radar porque a frequência do laser é ordens de magnitude maior do que as ondas de rádio, que permite uma precisão muito maior e uma detecção mais eficiente.

O burro de carga responsável por gerenciar todos esses dados é o computador de descida e pouso. Os dados de navegação dos sistemas de sensores são alimentados para algoritmos de bordo, que calculam novos caminhos para um pouso preciso.

Powerhouse do computador

O computador de descida e pouso sincroniza as funções e o gerenciamento de dados de componentes individuais do SPLICE. Ele também deve se integrar perfeitamente com os outros sistemas em qualquer espaçonave. Então, esta pequena potência de computação impede que as tecnologias de pouso de precisão sobrecarreguem o computador de vôo principal.

As necessidades computacionais identificadas no início deixaram claro que os computadores existentes eram inadequados. O processador de computação para voos espaciais de alto desempenho da NASA atenderia à demanda, mas ainda faltam vários anos para ser concluído. Uma solução provisória era necessária para preparar o SPLICE para seu primeiro teste de vôo de foguete suborbital com o Blue Origin em seu foguete New Shepard. Os dados do desempenho do novo computador ajudarão a moldar sua eventual substituição.

John Carson, o gerente de integração técnica para pouso de precisão, explicou que "o computador substituto tem tecnologia de processamento muito semelhante, que está informando o futuro design de computador de alta velocidade, bem como esforços futuros de integração de computadores de aterrissagem e descida. "

Esperando ansiosamente, missões de teste como essas ajudarão a moldar sistemas de pouso seguros para missões da NASA e fornecedores comerciais na superfície da Lua e outros corpos do sistema solar.

"Desembarcar com segurança e precisão em outro mundo ainda apresenta muitos desafios, "disse Carson." Ainda não há tecnologia comercial que você possa sair e comprar para isso. Cada missão de superfície futura poderia usar esta capacidade de pouso de precisão, então a NASA está atendendo a essa necessidade agora. E estamos promovendo a transferência e uso com nossos parceiros da indústria. "