OSIRIS-REx использовал навигационную систему, подобную Tesla, для сбора реголита возрастом 4,5 миллиарда лет.
OSIRIS-REx used a navigation system, similar to Tesla, to collect regolith that is 4.5 billion years old.
Пионерская миссия NASA OSIRIS-REx успешно вернулась с путешествия к астероиду Бенну. Роботизированный космический аппарат ненадолго приземлился на небесное тело впервые в истории (американского космического агентства), чтобы собрать первозданные образцы горных пород, после чего вернулся на Землю в трехлетнем кругоплавательном путешествии. Образцы безопасно приземлились в воскресенье в пустыне на тестовом полигоне и полигоне Дагвэй в штате Юта, используемом Министерством обороны США.
Еще более впечатляющим является то, что космический аппарат выполнил свою маневр “Касание и захват образца” (TAGSAM) автономно с использованием системы визуальной навигации по естественным объектам (NFT) на борту аппарата — еще один уникальный случай! Недавно ENBLE встретился с менеджером по навигации и управлению Локхид Мартин, доктором Райаном Олдсом, который помог разработать систему NFT, чтобы обсудить, как был создан революционный искусственный интеллект и куда в галактике он может направиться дальше.
OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security – Regolith Explorer) — это первая попытка Америки извлечь физические образцы с проходящего мимо астероида (Япония уже сделала это дважды). Бенну, находящийся примерно в 70 миллионах миль от Земли в момент первой встречи с OSIRIS, представлял гораздо большую сложность для посадки, чем предыдущие, более крупные цели, такие как Луна или Марс.
“Существует так много разных факторов”, — сказал Олдс ENBLE. “Так много маленьких деталей. Большая часть нашей работы основана на моделях, и если в вашей модели есть маленькие источники ошибок, которые не учитываются, то это может привести к большим ошибкам. Поэтому очень важно убедиться, что вы моделируете все точно”.
Фактически, после того, как OSIRIS-REx встретился с Бенну в 2020 году, космический аппарат более 500 дней кружил вокруг астероида и снимал детальные изображения его поверхности, на основе которых команда наземного контроля создала цифровые модели местности. “Это требует много исследований, чтобы убедиться, что вы понимаете все эффекты”, — сказал Олдс. “Мы проделали много работы по системе навигации по естественным объектам, чтобы убедиться, что мы понимаем гравитационное поле вокруг астероида. Даже такие мелочи, как включение и выключение обогревателей космического аппарата — даже это создает очень, очень маленький тяговый эффект, потому что вы излучаете тепло, и на очень маленьких телах, таких как Бенну, эти мелочи имеют значение”.
- Цена Google Pixel 8 выше, по сравнению с прошлым годом, согласно ут...
- Booking.com показывает истинный масштаб решительных действий ЕС про...
- Getty все же собирается предложить изображения, созданные искусстве...
Поскольку астероид вращался вокруг своей оси, поверхность переходила от освещенной стороны к темной и обратно каждые четыре часа, команда OSIRIS должна была “разработать все траектории TAG таким образом, чтобы мы летели над освещенной частью астероида”, — сказал Олдс. “Мы не хотели, чтобы космический аппарат когда-либо пропустил маневр и случайно вернулся в тень за астероидом”. Система NFT, подобно Tesla, в основном полагается на массив камер визуального спектра, чтобы знать свое местоположение в космосе, с резервной работой системы LiDAR.
Изначально LiDAR должен был быть основным методом навигации, поскольку команда во время планирования считала, что поверхность Бенну напоминает песчаную пляжную среду. “Мы не ожидали никаких опасностей, таких как большие валуны”, — сказал Олдс. “Поэтому система навигации была разработана только для того, чтобы гарантировать посадку в пределах 25-метровой области, и для этого выбрали систему LiDAR. Но как только мы прибыли на Бенну, мы были действительно удивлены тем, как она выглядит — валуны повсюду, опасности повсюду”.
Команда испытывала трудности с обнаружением потенциального места посадки с радиусом более восьми метров, что означало, что система LiDAR не была достаточно точной для выполнения задачи. Они ломали голову и решили переключиться на использование системы NFT, которая позволяла оценивать орбитальное состояние в трех измерениях. Это помогает определить, есть ли валун на пути спуска аппарата. В результате космический аппарат приземлился всего в 72 см от своей цели.
“У нас были некоторые модели на основе радарных изображений с земли”, — сказал Олдс. “Но они дали нам очень общую форму — они не дали нам деталей”. В течение 17 месяцев полетов OSIRIS предоставил эту недостающую детализацию в виде тысяч высококачественных изображений. Эти изображения были переданы на Землю, где члены группы по альтиметрии OSIRIS-REx (AltWG) обработали, проанализировали и собрали их в каталог из более чем 300 карт местности и обучили модель трехмерной формы местности. Система NFT полагалась на эти ресурсы во время маневра TAG для корректировки направления и траектории.
Полный маневр состоял из четырех этапов, начиная с “безопасной домашней орбиты” Бенну. Космический аппарат переместился на дневную сторону астероида, заняв позицию примерно на высоте 125 метров над поверхностью, получившую название “Контрольная точка”. Третий маневр переместил OSIRIS-REx на “Точку совпадения” на высоте 55 метров над поверхностью, чтобы к моменту спуска и контакта с астероидом скорость аппарата составляла всего 10 см/с. На этом этапе космический корабль переключился с визуальных камер (которые стали менее полезными из-за поднятой пыли на астероиде) на использование встроенного акселерометра и алгоритма обновления delta-v (DVU) для точного определения своего относительного положения. В своем четвертом и последнем маневре корабль – и его груз примерно весом в восемь унций (250 грамм) – осторожно отдалился от этого 4,5-миллиардолетнего космического камня.
Посадка в воскресенье не была концом карьеры NFT в космосе. Обновленная и модернизированная версия навигационной системы, возможно, будет установлена на следующей миссии OSIRIS – APEX. “В следующем году мы начнем заново прорабатывать, что мы хотим, чтобы эта обновленная система делала. Мы многое узнали из основной миссии”, – сказал он.
Олдс отмечает, что навигация на астероиде была вызовом из-за его небольшого размера, “из-за всех этих маленьких сил, о которых я вам говорил. Это вызвало много неприятностей на земле… поэтому мы определенно хотим улучшить систему, чтобы она была еще более автономной, чтобы будущие команды на земле не были так вовлечены”. Космический аппарат OSIRIS уже направляется к своей цели APEX – астероиду Апофис, шириной около 1000 футов, который должен пролететь на расстоянии всего 20000 миль от Земли в 2029 году. Планы НАСА включают помещение OSIRIS на орбиту вокруг астероида, чтобы увидеть, как это повлияет на его орбиту, скорость вращения и особенности поверхности.
