Миссии на астероиды в последнее время находятся в упадке. Визиты Розетты, Осирикса-РЕКСа и Хаябусы-2 посетили небольшие тела и в некоторых случаях успешно доставили образцы на Землю. Но когда человечество начнет выходить на астероиды, оно столкнется с серьезной технической проблемой — пропускной способностью. В наших окрестностях находятся десятки тысяч астероидов, некоторые из которых потенциально могут быть опасными. Если бы мы запустили миссию по сбору необходимых данных о каждом из них, наша межпланетная инфраструктура связи и управления была бы быстро перегружена. Так почему бы не позволить нашим роботам-послам сделать это самостоятельно – именно эта идея лежит в основе новой статьи исследователей из Федерального университета Сан-Паулу и Национального института космических исследований Бразилии.
В статье основное внимание уделяется проблеме управления тем, что делать, когда космический корабль приближается к новому астероиду. Текущие миссии требуют месяцев для приближения и требуют постоянной обратной связи от наземных групп, чтобы гарантировать, что космический корабль понимает параметры астероида, к которому он приближается, особенно гравитационную постоянную.
Некоторые миссии добились большего успеха, чем другие – например, у «Филасе», спускаемого аппарата, который сопровождал «Розетту», возникли проблемы, когда он отскочил от поверхности кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Как отметили авторы, частью этой разницы было огромное несоответствие между фактической формой кометы и наблюдаемой формой, которую телескопы видели до прибытия туда Розетты.
Даже более успешным миссиям, таким как OSIRIS-Rex, требуются месяцы подготовки для выполнения относительно тривиальных маневров в контексте миллионов километров их общего пути. Например, OSIRIX-Rex потребовалось 20 дней, чтобы выполнить несколько облетов на высоте 7 км над поверхностью астероида, прежде чем его центр управления полетом счел безопасным выход на стабильную орбиту.
Одним из существенных ограничений, на которые обращали внимание диспетчеры миссии, была возможность точно рассчитать гравитационную постоянную астероида, который они посещали. Гравитацию, как известно, трудно определить издалека, и ее просчет привел к проблемам с Филами. Итак, может ли схема управления решить все эти проблемы?
Проще говоря, это может позволить космическому кораблю решать, что делать при приближении к цели. При четко определенной схеме управления вероятность отказа космического корабля из-за каких-либо непредвиденных последствий относительно минимальна. Это может значительно сократить время, затрачиваемое миссиями на заход на посадку, и ограничить пропускную способность связи с центром управления миссией на Земле.
Для эффективной работы такой схемы также потребуется всего четыре относительно распространенных и недорогих датчика — LiDAR (похожий на те, что используются в беспилотных автомобилях), две оптические камеры для восприятия глубины и инерциальный измерительный блок (IMU), который измеряет такие параметры, как ориентация, ускорение и магнитное поле.
В статье уделяется много времени подробному описанию сложной математики, которая будет использована в схеме управления, некоторые из которых включают статистические вычисления, аналогичные базовым моделям обучения. Авторы также проводят испытания на двух потенциальных астероидах, представляющих интерес, чтобы увидеть, как система будет работать.
Одно уже хорошо понятно. Бенну был целью миссии OSIRIX-Rex и, следовательно, хорошо охарактеризован с точки зрения астероидов. Согласно документу, с новой системой управления космический корабль сможет выйти на орбиту высотой 2000 м в течение дня после приближения с расстояния в сотни километров, а на следующий день выйти на орбиту высотой 800 м. Это можно сравнить с месяцами подготовительной работы, которую пришлось выполнить настоящей миссии OSIRIS-Rex. И его можно выполнить с минимальной тягой и, что более важно, с топливом – ценным ресурсом в полетах в дальний космос.
Кредит – Исаак Артур
Еще одна демонстрационная миссия — на Эрос, второй по величине астероид рядом с Землей. Он имеет уникальную для астероида форму, поскольку он относительно вытянут, что может стать сложной задачей для автоматизированных систем, подобных описанным в статье. Управление космическим кораблем по новой схеме для встречи с Эросом не имеет тех же преимуществ, что и более традиционный астероид, такой как Бенну. Например, у него гораздо более высокие требования к тяге и расходу топлива. Тем не менее, это по-прежнему сокращает время миссии и пропускную способность, необходимую для ее работы.
Автономные системы становятся все более популярными на Земле и в космосе. Подобные статьи подталкивают к размышлениям о том, что возможно. Предположим, что все, что требуется для устранения месяцев кропотливой ручной технической работы, — это приклеить несколько датчиков и реализовать новый алгоритм управления. В этом случае вполне вероятно, что одно из различных агентств и компаний, планирующих в ближайшее время встретиться с астероидом, примет этот план.
Узнать больше:
Негри и др. – Автономное быстрое исследование в непосредственной близости от астероида
UT – Миниатюрные прыгающие роботы могут изучать гравитацию астероида
UT – Как сделать посадку на астероид более безопасной
UT – Космический корабль может использовать гравитацию для предотвращения опасного столкновения с астероидом
Ведущее изображение:
Художественная концепция миссии Люси к троянским астероидам.
Кредит – НАСА
