Missão CAPSTONE da NASA Está Testando Um Conjunto de Software “Autopilot” Para Operações Cislunares

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Crédito: NASA/Daniel Rutter

CAPSTONE, o cubesat pioneiro cislunar da NASA.

 

Vocês lembram da Missão CASPSTONE? Pois então, no dia de ontem (15/07) o portal SpaceNews anunciou que, o Experimento de Tecnologia de Operações e Navegação do Sistema de Posicionamento Autônomo Cislunar da NASA — abreviado para CAPSTONE — está mais ativo do que nunca, atualmente testando técnicas para aprimorar operações de espaçonaves no espaço cislunar.

 

Lançado em 28 de junho de 2022, a bordo de um foguete Rocket Lab Electron da Nova Zelândia, o CAPSTONE, um cubesat do tamanho de um micro-ondas e pesando modestos 25 quilos, está operando no Órbita Halo Retilínea Próxima (NRHO) ao redor da lua.

 

O NRHO é a órbita pretendida da estação espacial Gateway cislunar da NASA, que servirá como um posto avançado para a exploração humana de longo prazo da lua e além. Ele também permitirá que as tripulações acessem o polo sul lunar — uma zona prioritária inicial para o programa Artemis da agência espacial.

 

Superando Falhas Iniciais

 

Nem tudo foi fácil para o CAPSTONE. No início da missão, um propulsor problemático fez a sonda entrar em modo de rotação rápida. Ela também superou um congelamento de propulsor, entre outras falhas.

 

Após superar esses problemas técnicos, a espaçonave agora está programada para operações no espaço cislunar por mais alguns meses, disse Thomas Gardner, engenheiro-chefe da Advanced Space de Westminster, Colorado, que possui e operará o CAPSTONE durante toda a sua missão.

 

“A Advanced Space está trabalhando com outros potenciais clientes dentro da NASA e de outras agências governamentais, como o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, para fornecer oportunidades de teste para seus experimentos,” disse Gardner ao SpaceNews.

 

Esses experimentos são focados principalmente em Navegação e Cronometragem de Precisão Autônoma, disse Gardner, e em outras operações no domínio cislunar, incluindo serviços de retransmissão de comunicação, bem como o encontro, operações de proximidade e acoplamento de espaçonaves. De acordo com a NASA, o custo da missão é de aproximadamente 30 milhões de dólares, incluindo 10 milhões de dólares para a aquisição do veículo de lançamento da Rocket Lab. A espaçonave foi construída pela Terran Orbital (anteriormente Tyvak Nano-Satellite Systems) sob um subcontrato comercial com a Advanced Space.

 

Plataforma de Teste de Software

 

O CAPSTONE depende do Sistema de Posicionamento Autônomo Cislunar (CAPS), um sistema em tempo real para estimar posição e velocidade absolutas de espaçonaves operando no ambiente cislunar.

 

O cubesat está equipado com um relógio atômico em escala de chip fornecido pelo JPL, que determina com precisão as coordenadas da espaçonave no espaço e no tempo. Gardner explicou que a Advanced Space demonstrou com sucesso a tecnologia de navegação autônoma CAPS usando tanto a medição bidirecional com o Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA quanto a medição unidirecional com a Rede de Espaço Profundo do JPL.

 

Além de testar o software do sistema de navegação CAPS, Gardner disse que há um esforço contínuo para avaliar um amplo conjunto de capacidades baseadas em software, que envolve um computador adicional a bordo do CAPSTONE. Esse computador permite que os controladores em terra executem software sem interferir nas operações da espaçonave.

 

“Essencialmente, é a única plataforma de teste de software no espaço cislunar,” disse Gardner.

 

Manobras no Espaço Profundo

 

Entre os softwares sendo testados, Gardner mencionou o software Redes Neurais para Planejamento Aprimorado, que calcula manobras ideais para a manutenção autônoma da estação — mantendo uma espaçonave ativa na mesma órbita que outro veículo — e também valida manobras seguras e previsíveis para satélites que usam propulsão elétrica ou química.

 

Há também um pacote de software SigmaZero que identifica anomalias no comportamento de uma espaçonave, determina o que está causando o erro e classifica os dados da anomalia para que os operadores possam tomar decisões informadas de correção de curso.

 

Além disso, um Sistema de Dinâmica de Voo está avaliando a capacidade de fornecer planejamento rápido de navegação e manobra para missões no espaço profundo e cislunar.

 

“Estamos testando cada sistema de software independentemente, e depois como um conjunto para ver como a espaçonave responde,” disse Gardner.

 

As capacidades combinadas desses três algoritmos formarão um conjunto integrado chamado Autopilot, disse Gardner.

 

“Testando o planejamento de manobras, operações a bordo e autonomia cislunar,” acrescentou Gardner, “terminaremos com uma espaçonave que sabe onde está, que horas são, como manobrar corretamente e como validar manobras com integridade.”

 

Lições da Órbita Lunar

 

Enquanto isso, a equipe do Gateway da NASA está recebendo informações sobre as lições aprendidas sobre operações no NRHO da Advanced Space.

 

Gardner afirma que há várias conclusões importantes para pequenas espaçonaves operando no espaço profundo. Primeiro, os fornecedores precisam garantir que compreendem os requisitos do sistema bem antes da revisão de design preliminar.

 

“Produtos comerciais prontos para uso muitas vezes não são desenvolvidos como anunciado,” aconselhou Gardner. “Entenda claramente como seu sistema interagirá com os sistemas em terra — por exemplo, a Rede de Espaço Profundo. Conectar-se a eles não é tão simples como anunciado,” disse ele.

 

Outra lição aprendida é permitir tempo extra para obter as aprovações regulatórias apropriadas, que muitas vezes requerem muito mais tempo e recursos do que o esperado.

 

Obter outras aprovações também pode afetar as operações da espaçonave, como obter autorização para usar certas frequências de rádio ou lidar com questões de proteção planetária e detritos orbitais. Além disso, há requisitos de segurança para lançamento e controle de exportação se uma carga for enviada ao espaço por um fornecedor estrangeiro.

 

Por fim, “leia sua telemetria com cuidado para determinar o que está acontecendo com base nos dados que você está recebendo,” disse Gardner.

 

Em última análise, Gardner disse que as equipes do CAPSTONE e de suporte em terra estão ansiosas para continuar utilizando a espaçonave para apoiar e mostrar várias tarefas no ambiente cislunar único durante o restante de sua missão.

 

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