La sonda spaziale Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA ha coperto cose interessanti sul nostro satellite naturale. La LRO ha operato molto più a lungo di quanto programmato, scoprendo che la Luna è ancora un mondo attivo, con depositi di ghiaccio e terremoti causati dal suo restringimento.
La sonda Spaziale LRO ha inoltre mappato la superficie con nuovi dettagli, inviando milioni di immagini di un paesaggio di straordinaria bellezza e aprendo la strada a future missioni umane nell’ambito del programma Artemis della NASA
Nella primavera del 2018, la Miniature Inertial Measurement Unit (MIMU), un sensore utilizzato per il puntamento degli strumenti della sonda spaziale LRO, è stata disattivata per preservarla dopo aver mostrato segni di declino dovuti all’invecchiamento nel duro ambiente dello spazio.
MIMU misura la velocità di rotazione di LRO. Senza MIMU la sonda spaziale LRO deve fare affidamento solo sui dati degli inseguitori stellari che deducono l’orientamento in base alle mappe stellari, per puntare e riorientare il veicolo spaziale. “Questo limitava la capacità di riorientare la sonda spaziale LRO”, ha detto Julie Halverson, del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland.
Nuova vita per la LRO
Per ottenere nuovamente la rotazione della sonda spaziale LRO, gli ingegneri della NASA hanno sviluppato un algoritmo in grado di stimarne la velocità di rotazione fondendo le misurazioni del tracker stellare insieme ad altre informazioni disponibili dal computer di volo di LRO.
Affinché la sonda spaziale funzioni correttamente, gli inseguitori stellari devono mantenere una visuale libera delle stelle, che può essere bloccata dalla Terra o dalla Luna o dal bagliore del Sole. Altrimenti, è impossibile determinare l’orientamento o stimare la velocità di rotazione del veicolo spaziale.
Garantire che gli star tracker non siano sempre bloccati durante le operazioni scientifiche ha reso impossibile eseguire molte osservazioni che potrebbero essere facilmente eseguite con il MIMU.
Per rivendicare queste opportunità altrimenti perse, Goddard, l’Engineering Safety Center (NESC) della NASA e la Naval Postgraduate School (NPS) di Monterey, in California, hanno collaborato per sviluppare rapidamente una raccolta di nuovi metodi rivoluzionari per consentire a alla sonda spaziale LRO di continuare ad esplorare la Luna al massimo delle sue capacità.
“L’algoritmo che abbiamo sviluppato per LRO si chiama Fast Maneuvering o ‘FastMan’ e funziona in combinazione con il controller basato su star-tracker di LRO”, ha affermato Mark Karpenko, professore associato di ricerca presso NPS e FastMan Project Lead. “Le manovre guidano naturalmente attorno agli oggetti luminosi, proprio come evitare gli ostacoli in un’auto a guida autonoma“.
Un algoritmo informatico è un insieme di istruzioni per elaborare i dati. Karpenko è stata in grado di costruire FastMan utilizzando software basati sugli stessi strumenti utilizzati da un team NASA-NPS per riorientare la Stazione Spaziale Internazionale combinando le forze dell’ambiente spaziale insieme ai suoi giroscopi piuttosto che bruciare carburante. Questa “manovra a propellente zero” è simile a una manovra di virata usata in navigazione.
“Il Lunar Reconnaissance Orbiter subisce frequenti movimenti mentre orbita intorno alla Luna e la nostra capacità di programmare questi movimenti è limitata dal tempo necessario per eseguirli”, ha detto John Keller, Deputy Project Scientist per LRO alla NASA Goddard. Con FastMan, LRO è stato in grado di eseguire quasi 200 ulteriori movimenti che non avrebbero potuto essere eseguiti altrimenti.
“In realtà, la maggior parte dei miglioramenti delle prestazioni che abbiamo ottenuto finora sono stati l’utilizzo dei risultati di FastMan per creare quella che chiamiamo una manovra di ‘taxi'”, ha affermato Karpenko. FastMan richiedeva modifiche al software di volo della sonda spaziale LRO, Karpenko ha progettato la manovra Taxi per raggiungere la maggior parte degli obiettivi di FastMan senza modifiche al software di volo.
La prima rotazione FastMan è stata portata a termine alla fine di luglio 2020 e ha permesso alla telecamera della sonda spaziale di ottenere un’immagine laterale del cratere Triesnecker il 25% più velocemente di quanto avrebbe consentito la rotazione taxi. Con questi nuovi algoritmi, LRO è di nuovo in grado di operare con tutti gli strumenti che raccolgono ancora dati.
“LRO è ora nell’undicesimo anno di quella che originariamente doveva essere una missione di due anni“, ha detto Petro. “Monitoriamo regolarmente tutti i sistemi LRO per rilevare segni di degrado o cambiamento. Il carburante può essere il nostro fattore limitante, le stime attuali ci dicono che abbiamo almeno altri cinque anni di carburante a bordo, se non di più“.
Nel 2010, NPS, NESC e Goddard hanno collaborato per implementare le prime manovre di riorientamento a tempo minimo mai eseguite in orbita. Questo lavoro innovativo è stato svolto come dimostrazione di volo di fine vita sul veicolo spaziale TRACE.
Oggi, la comunità scientifica che studia la Luna è il principale beneficiario di questo lavoro pionieristico. “Gli algoritmi di rotazione sviluppati da NPS hanno già consentito a LRO di raccogliere più dati scientifici“, ha spiegato Neil Dennehy, Technical Fellow della NASA per la guida, la navigazione e il controllo. “Mi aspetto che in futuro anche i nostri partner industriali saranno in grado di sfruttare questa tecnologia“.
