Em sua missão à Lua, a espaçonave Orion da NASA foi projetada para usar a Near Space Network e a Deep Space Network da NASA para navegar. Mas se a nave perder a comunicação com o solo ou as redes, as tripulações podem usar um sistema de navegação autônomo de backup conhecido como Navegação Óptica (OpNav). Este sistema analisa imagens da Lua ou da Terra tiradas da espaçonave para determinar sua posição em relação a qualquer um desses dois corpos.
Uma investigação atualmente em andamento a bordo da Estação Espacial Internacional está ajudando os desenvolvedores do OpNav a ajustar o sistema para garantir que as tripulações voltem para casa com segurança. A investigação Moon Imagery usa fotografias da Lua tiradas da estação espacial para calibrar o software do sistema.

“A estação espacial nos dá uma plataforma para coletar imagens da Lua sem interferência da atmosfera da Terra”, diz o investigador principal Steve Lockhart no Johnson Space Center da NASA em Houston. "Podemos obter imagens bastante decentes do solo, especialmente quando a Lua está quase cheia e alta no céu. O desafio é obter imagens claras da Lua em suas fases muito finas. só é escuro o suficiente para obter imagens quando a Lua está próxima do horizonte, e então você está olhando através de muita atmosfera."

A investigação usa duas câmeras montadas em uma placa e deslocadas cerca de 20 graus uma da outra. A placa está instalada na cúpula da estação, um módulo de observação de sete janelas, e as câmeras apontam uma das janelas que tem vidro puro para a visão mais nítida. Uma câmera captura imagens das estrelas e a outra tira fotos de vistas específicas da Lua. Cada visualização específica está disponível apenas uma vez por mês por uma janela curta de quatro minutos. O software então usa algoritmos para analisar essas imagens e determinar a posição da nave no espaço.

“Nós sabemos onde a estação espacial está o tempo todo e onde estava quando uma determinada foto foi tirada com base na hora em que foi tirada”, diz Lockhart. “O algoritmo nos diz onde acha que a estação está e podemos comparar isso com a localização real conhecida para julgar a precisão do nosso sistema”.

O sistema é automatizado, acrescenta. A tripulação da estação espacial simplesmente comanda a câmera para apontar para a Terra ou a Lua, o que for o alvo mais adequado no momento, para tirar uma série de fotos por cerca de uma hora.

Os membros da tripulação agora conduziram quatro rodadas da investigação, fotografando um ciclo completo de 29 dias das fases da Lua.

As imagens da corrida mais recente em maio capturaram diferentes exposições, de muito subexpostas a altamente superexpostas. Os pesquisadores planejam analisar essas imagens para ver se elas podem ser usadas para determinar o alcance e o rumo da estação espacial e, a partir disso, a localização de uma espaçonave, como a posição de Orion entre a Lua e a Terra.

Essa corrida também capturou uma lua crescente muito fina, uma das condições mais desafiadoras para os algoritmos de processamento de imagem do sistema. A equipe pode melhorar versões futuras do algoritmo com base em como o sistema lida com esse estágio desafiador da Lua, um dos vários objetivos da próxima missão Artemis I.

Durante as manobras de correção de trajetória, a câmera OpNav montada na parte externa do Orion fará repetidas imagens da Lua e da Terra por cerca de duas horas. Essas múltiplas imagens devem garantir medições precisas da localização do Orion caso seja necessário o sistema de navegação de backup. Saber com precisão a localização de uma espaçonave é fundamental para guiá-la com segurança de volta à reentrada na atmosfera da Terra.

A capacidade de comunicação e navegação é uma das principais tecnologias necessárias para os humanos explorarem mais longe no espaço. Orion é a espaçonave de próxima geração da NASA, capaz de transportar humanos para a órbita baixa da Terra e além, inclusive para a Lua. Lockhart diz que as empresas comerciais de exploração espacial também demonstraram interesse no sistema de navegação autônomo.

A investigação do Moon Imagery é um exemplo de como a estação espacial fornece aos pesquisadores uma plataforma para lançar as bases para tecnologias e demonstrações que aproximam a humanidade da exploração do espaço profundo. + Explorar mais

Para a Lua e além:o programa Artemis da NASA