Капсула для возврата образцов миссии НАСА OSIRIS-REx видна вскоре после приземления в пустыне в воскресенье, 24 сентября 2023 года, на испытательном и тренировочном полигоне Министерства обороны штата Юта. Образец был собран на астероиде Бенну в октябре 2020 года космическим кораблем НАСА OSIRIS-REx. Фото: НАСА/Киган Барбер.
Программное обеспечение оптической навигации GIANT Годдарда помогло направить миссию OSIRIS-REx к астероиду Бенну. Сегодня его разработчики продолжают добавлять функциональность и упрощать использование для будущих миссий.
Пока ученые НАСА изучают возвращенные фрагменты астероида Бенну, команда, которая помогала вести миссию в ее путешествии, совершенствует свою технологию для потенциального использования в будущих роботизированных и пилотируемых миссиях.
Группа оптической навигации в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, служила резервным навигационным ресурсом для миссии OSIRIS-REx (Происхождение, спектральная интерпретация, идентификация ресурсов и безопасность — Regolith Explorer) к околоземному астероиду Бенну. Они перепроверили работу основной навигационной группы и доказали работоспособность навигации по визуальным подсказкам.
Оптическая навигация использует наблюдения с камер, лидаров или других датчиков для навигации так, как это делают люди. Эта передовая технология работает путем фотографирования цели, такой как Бенну, и определения ориентиров на поверхности. Программное обеспечение GIANT — сокращение от «Инструмент анализа и навигации изображений Годдарда» — анализирует эти изображения, чтобы предоставить такую информацию, как точное расстояние до цели, и разработать трехмерные карты потенциальных зон приземления и опасностей. Он также может анализировать вращающийся объект, чтобы рассчитать массу цели и определить ее центр — важные детали, которые необходимо знать для миссии, пытающейся выйти на орбиту.
«Бортовая автономная оптическая навигация — это технология, позволяющая реализовать идеи и предложения текущих и будущих миссий», — сказал Эндрю Лиунис, ведущий разработчик GIANT в Годдарде. «Это уменьшает объем данных, которые необходимо передать по нисходящей линии связи на Землю, снижая стоимость связи для небольших миссий и позволяя передавать больше научных данных по нисходящей линии связи для более крупных миссий. Это также уменьшает количество людей, необходимых для определения орбиты и навигация на земле».
Астероид Бенну, выбрасывающий частицы со своей поверхности 19 января. Этот снимок создан путем объединения двух изображений, полученных космическим кораблем НАСА OSIRIS-REx. Технология оптической навигации GIANT, используемая для обработки подобных изображений, помогла установить размер и скорость частиц. Авторы и права: НАСА/Годдард/Университет Аризоны.
Во время обращения OSIRIS-REx по орбите Бенну GIANT обнаружил частицы, выброшенные с поверхности астероида. Команда оптической навигации использовала изображения для расчета движения и массы частиц, что в конечном итоге помогло определить, что они не представляют значительной угрозы для космического корабля.
С тех пор ведущий разработчик Эндрю Люнис заявил, что они усовершенствовали и расширили базовую коллекцию программных утилит и скриптов GIANT.
Новые разработки GIANT включают в себя общедоступную версию своего программного обеспечения с открытым исходным кодом и небесную навигацию для путешествий в дальний космос путем наблюдения за звездами, Солнцем и объектами Солнечной системы. Сейчас они работают над упрощенным пакетом, который поможет осуществлять автономные операции на протяжении всего жизненного цикла миссии.
«Мы также собираемся использовать GIANT для обработки некоторых данных Кассини вместе с партнерами из Университета Мэриленда, чтобы изучить взаимодействие Сатурна с его спутниками», — сказал Люнис.
Другие новаторы, такие как инженер Годдарда Элвин Ю, адаптируют программное обеспечение, чтобы потенциально помочь марсоходам и людям-исследователям на поверхности Луны или других планет.
Адаптация, улучшение
Вскоре после того, как OSIRIS-REx покинул Бенну, команда Люниса выпустила усовершенствованную версию с открытым исходным кодом для публичного использования. «Мы рассмотрели множество изменений, чтобы упростить работу пользователя, и несколько изменений, чтобы сделать его работу более эффективной», — сказал он.
Стажер модифицировал свой код, чтобы использовать графический процессор для наземных операций, улучшив обработку изображений, лежащую в основе навигации GIANT.
По словам Люниса, упрощенная версия под названием cGIANT работает с автономным программным пакетом навигации, наведения и управления Годдарда, или autoNGC, что может иметь решающее значение как для малых, так и для крупных миссий, сказал Люнис.
Люнис и его коллега Крис Гнам разработали систему небесной навигации, которая использует GIANT для управления космическим кораблем, обрабатывая изображения звезд, планет, астероидов и даже Солнца. Традиционная навигация в дальнем космосе использует радиосигналы миссии для определения местоположения, скорости и расстояния от Земли. По словам Гнама, снижение зависимости миссии от сети дальнего космоса НАСА высвобождает ценный ресурс, которым пользуются многие текущие миссии.
Следующим пунктом в их повестке дня команда надеется развить возможности планирования, чтобы диспетчеры миссий могли разрабатывать траектории и орбиты полета в рамках GIANT, что оптимизирует проектирование миссий.
«На OSIRIS-REx потребуется до трех месяцев, чтобы спланировать нашу следующую траекторию или орбиту», — сказал Люнис. «Теперь мы можем сократить время компьютерной обработки до недели или около того».
Их инновации заслужили постоянную поддержку команды со стороны программы внутренних исследований и разработок Годдарда, отдельных миссий и программы НАСА по космической связи и навигации.
«По мере того, как концепции миссий становятся более совершенными, — сказал Люнис, — оптическая навигация будет продолжать становиться необходимым компонентом навигационного инструментария».
