Se quisermos visitar mais asteróides, precisamos deixar a espaçonave pensar por si mesma
Concepção artística da missão Lucy aos asteróides troianos. Crédito:NASA As missões para asteróides têm estado em alta recentemente. As visitas da Rosetta, Osirix-REX e Hayabusa2 visitaram pequenos corpos e, em alguns casos, devolveram amostras com sucesso à Terra. Mas à medida que a humanidade começar a chegar aos asteróides, irá deparar-se com um problema técnico significativo:a largura de banda.
Existem dezenas de milhares de asteróides nas nossas proximidades, alguns dos quais podem ser potencialmente perigosos. Se lançássemos uma missão para recolher os dados necessários sobre cada um deles, a nossa infra-estrutura de comunicação e controlo interplanetária ficaria rapidamente sobrecarregada. Então, por que não deixar que nossos embaixadores robóticos façam isso sozinhos? Essa é a ideia por trás de um novo artigo publicado no Journal of Guidance, Control, and Dynamics e disponível no arXiv servidor de pré-impressão de pesquisadores da Universidade Federal de São Paulo e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais do Brasil.
O artigo concentra-se principalmente no problema de controle do que fazer quando uma espaçonave se aproxima de um novo asteróide. As missões atuais levam meses para se aproximarem e exigem feedback consistente das equipes terrestres para garantir que a espaçonave entenda os parâmetros do asteroide que está se aproximando – especialmente a constante gravitacional.
Algumas missões tiveram mais sucesso do que outras – por exemplo, Philase, o módulo de aterragem que acompanhou a Rosetta, teve problemas quando ricocheteou na superfície do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Como os autores salientaram, parte dessa diferença era uma enorme discrepância entre a forma real do cometa e a forma observada que os telescópios tinham visto antes da Rosetta chegar lá.
Missões ainda mais bem-sucedidas, como a OSIRIS-Rex, levam meses de preparação para completar manobras relativamente triviais no contexto de milhões de quilómetros que a sua viagem total percorre. Por exemplo, foram necessários 20 dias para o OSIRIX-Rex realizar vários sobrevôos a 7 km acima da superfície do asteróide antes que o controle da missão considerasse seguro entrar em uma órbita estável.
Uma das restrições significativas que os controladores da missão estavam observando era se conseguiriam calcular com precisão a constante gravitacional do asteroide que visitavam. A gravidade é notoriamente difícil de determinar à distância, e seu erro de cálculo levou a problemas com Philae. Então, um esquema de controle pode resolver todos esses problemas? A defesa de asteroides é outro caso de uso importante para missões rápidas de asteroides – como Isaac Arthus discute neste vídeo. Crédito:Isaac Arthur Simplificando, pode permitir que a espaçonave decida o que fazer ao se aproximar de seu alvo. Com um esquema de controle bem definido, a probabilidade de falha da espaçonave devido a alguma consequência imprevista é relativamente mínima. Poderia diminuir drasticamente o tempo que as missões gastam na aproximação e limitar a largura de banda de comunicação de volta ao controle da missão na Terra.
Tal esquema também exigiria apenas quatro sensores relativamente onipresentes e baratos para operar de forma eficaz – um LiDAR (semelhante aos encontrados em carros autônomos), duas câmeras ópticas para percepção de profundidade e uma unidade de medição inercial (IMU) que mede parâmetros como orientação, aceleração e campo magnético.
O artigo dedica muito tempo detalhando a matemática complexa que entraria no esquema de controle – alguns dos quais envolvem cálculos estatísticos semelhantes aos modelos básicos de aprendizagem. Os autores também realizam testes em dois potenciais alvos de asteróides de interesse para ver como o sistema funcionaria.
Um já está bem compreendido. Bennu foi o alvo da missão OSIRIX-Rex e, portanto, está bem caracterizado no que diz respeito aos asteróides. De acordo com o artigo, com o novo sistema de controle, uma espaçonave poderia entrar em uma órbita de 2.000 m dentro de um dia após se aproximar a centenas de quilômetros de distância, e então entrar em uma órbita de 800 m no dia seguinte. Isto é comparado com os meses de trabalho preparatório que a missão OSIRIS-Rex teve de realizar. E pode ser completado com o mínimo de empuxo e, mais importante ainda, de combustível – um bem precioso em missões no espaço profundo.
Outra missão de demonstração é a Eros, o segundo maior asteróide próximo à Terra. Tem uma forma única para um asteroide, pois é relativamente alongado, o que pode representar um desafio emocionante para sistemas automatizados como os descritos no artigo. Controlar uma espaçonave com o novo esquema para um encontro com Eros não tem as mesmas vantagens de um asteróide mais tradicional como Bennu. Por exemplo, tem requisitos de empuxo e consumo de combustível muito maiores. No entanto, ainda reduz o tempo de missão e a largura de banda necessária para operá-lo.
Os sistemas autônomos estão se tornando cada vez mais populares na Terra e no espaço. Artigos como este impulsionam o pensamento sobre o que é possível. Suponha que tudo o que seja necessário para eliminar meses de trabalho técnico manual meticuloso seja instalar alguns sensores e implementar um novo algoritmo de controle. Nesse caso, é provável que uma das várias agências e empresas que planeiam encontrar-se com um asteróide em breve adote esse plano.
