A Espaçonave 'Hera' da ESA Realizou Teste Bem-Sucedido de Navegação Autônoma Durante o Seu Encontro Recente Com o Planeta Marte

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Credito: Space Daily

Ilustrativo.

No dia de ontem (30/03), o portal Space Daily noticiou que quando a Espaçonave Hera da Agência Espacial Europeia (ESA) passou perto do Planeta Marte, realizou um teste bem-sucedido de seu sistema de navegação autônoma, capturando dezenas de marcos da superfície, como crateras e outras formações geológicas, para rastreá-los ao longo do tempo. Este experimento marcou a primeira validação em larga escala de uma técnica de navegação autônoma que a Hera usará posteriormente para navegar em torno de seus alvos de asteroides.

 

"Não havia tempo para testar essa função autônoma de rastreamento de características da superfície de forma tão completa quanto as outras funções autônomas da Hera antes de deixarmos a Terra", disse Jesus Gil Fernandez, engenheiro de orientação, navegação e controle da ESA.

 

"Mas durante o sobrevoo de Marte da Hera, conseguimos operá-la por 20 minutos. Apesar da espaçonave estar em movimento várias ordens de magnitude mais rápido e mais distante do que será em torno de seu destino final, nosso sistema conseguiu imediatamente adquirir características completamente novas para ele, em toda Marte. Depois disso – com uma nova imagem adquirida a cada 48 segundos usando a Câmera de Enquadramento de Asteroides da Hera – foi possível continuar rastreando-as durante todo o teste.

 

"O rastreamento de marcos já foi demonstrado antes com características previamente mapeadas, mas rastrear marcações não mapeadas dessa forma é realmente inédito. Este experimento tecnológico foi considerado antecipadamente um pouco arriscado – porque, se travasse o computador de voo de qualquer forma, a Hera poderia não conseguir adquirir o restante dos dados científicos de Marte – mas, felizmente, o sistema funcionou muito bem, nos dando alta confiança na fase da missão da Hera, quando usará essa técnica para navegar autonomamente em torno de seus asteroides e adquirir imagens detalhadas da cratera produzida pela nave espacial DART da NASA ao impactar o asteroide Dimorphos."

 

Em 12 de março, a Hera voou a 5700 km de Marte, utilizando a gravidade do planeta para se dirigir mais eficientemente para seu destino final: o sistema binário de asteroides composto por Dimorphos e o maior Didymos. Essa manobra de assistência gravitacional economizou meses na jornada e preservou combustível.

 

Esse encontro próximo também proporcionou a primeira oportunidade de ativar a gama completa de instrumentos da Hera além da proximidade da Terra, capturando imagens detalhadas de Marte, sua pequena lua Deimos e uma vista distante de Phobos. Também serviu como o teste de estreia do sistema de rastreamento autônomo de características da superfície da Hera, projetado por equipes da GMV na Espanha e na Romênia.

 

Durante as fases posteriores da missão, a Hera manobrará ao redor dos asteroides começando a cerca de 30 km de distância. Inicialmente, dependerá da silhueta do maior Didymos contra o espaço como guia visual. À medida que se aproxima, o sistema de navegação fará a transição para rastreamento do centroide, focando no centro iluminado do asteroide.

 

"Na verdade, conseguimos testar essa técnica de rastreamento do centroide usando o sistema binário Terra e Lua enquanto a Hera se dirigia para o espaço profundo, o par substituindo Didymos e Dimorphos", explicou Andrea Pellacani, gerente técnico de GNC da Hera na GMV. "Acabou funcionando bem, mas isso ainda deixou a técnica experimental de rastreamento de características da Hera não testada – até nosso recente sobrevoo de Marte."

 

Nas etapas finais de sua missão, a Hera descerá para uma distância de 2 km de Dimorphos. Nesse alcance, o asteroide dominará a visão da espaçonave, exigindo navegação autônoma baseada em marcos visuais. Comparando imagens sucessivas dos mesmos blocos de pedras e crateras, a Hera estimará sua posição e movimento em relação ao asteroide.

 

“Nossa equipe da Espanha e Romênia tem trabalhado nesta tecnologia por quase 15 anos. A mesma foi originalmente proposta para permitir um pouso lunar suave e preciso", acrescentou Andrea. "O sistema precisa de um modelo de forma aproximado e das 'efemérides rotacionais' do corpo alvo – quanto ele está rotacionando e em que direção – mas, de resto, é bastante robusto. O problema é que, antes do lançamento, ele havia sido testado apenas na plataforma de testes GNC robótica da GMV em Madrid, mas não houve tempo para testá-lo no banco de testes de aviônicos em escala real da Hera no contratante principal OHB em Bremen."

 

"Por isso, ficamos muito gratos pela chance de testá-lo de verdade enquanto a Hera passava por Marte. Estávamos confiantes de que funcionaria bem, porque simulamos Marte em detalhes usando a Ferramenta de Geração de Cenas Naturais Planetárias e de Asteroides da ESA, PANGU, e a rodamos em nosso banco de testes GNC. Os resultados reais do sobrevoo coincidiram amplamente com nossa simulação, mas o sistema nos impressionou com sua robustez: não perdemos o rastreamento de nenhum alvo em todo o planeta durante a ativação."

 

O sistema é capaz de identificar até 100 características únicas da superfície, distribuídas uniformemente pela área alvo. No entanto, apenas as seis principais são usadas para calcular posição e orientação, a fim de minimizar a demanda computacional.

 

"Estamos realmente satisfeitos com o sucesso deste experimento tecnológico", acrescentou Jesus. "Isso não é algo que nenhuma agência espacial tenha feito antes. A missão OSIRIS-Rex da NASA realizou navegação óptica autônoma para apoiar a aquisição de amostras da superfície, mas apenas depois de realizar um mapeamento detalhado antecipadamente, o que permitiu o pareamento de marcos conhecidos. Nosso sistema não precisa de nenhum conhecimento prévio da superfície para começar a navegar, o que lhe dá um grande potencial."

 

O gerente da missão Hera, Ian Carnelli, comentou: "Essa tecnologia pode ser usada de forma confiável para operações autônomas em proximidade, pousos lunares e planetários, abrindo o caminho para uma variedade de missões espaciais ambiciosas."

 

O processamento de imagens da Hera é tratado separadamente dos seus sistemas principais de voo, de forma semelhante a como laptops de jogos utilizam processadores gráficos discretos. Além disso, a espaçonave carrega uma Unidade de Processamento de Imagens desenvolvida pela GMV, alimentada por dois microprocessadores FPGA personalizados. Embora o software que irá integrar essa unidade com o computador principal da Hera ainda esteja em desenvolvimento, promete capacidades de processamento mais rápidas, com aplicações em missões futuras em mente.

 

Lançada em 7 de outubro de 2024, a Hera está a caminho do primeiro asteroide a ser desviado por intervenção humana. Ao coletar dados detalhados sobre Dimorphos, atingido pela missão DART da NASA em 2022, a Hera fornecerá informações chave para tornar a deflexão de asteroides um método repetível e confiável de defesa planetária.

 

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