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Cómo aterrizar de forma segura en la luna
Ingenieros en el Laboratorio Charles Stark Draper en Cambridge, MA, están desarrollando un sistema de guía, navegación y control para aterrizajes lunares que incluye un sistema de detección de peligros a bordo capaz de detectar cráteres, pendientes y rocas que podrían ser peligrosos para las naves de desembarco. En las misiones Apolo de hace 40 años, los astronautas dirigieron el módulo de aterrizaje hacia un lugar seguro mirando por la ventana; el módulo de aterrizaje en sí no tenía ojos, dice Eldon Hall, un ingeniero retirado de Draper y uno de los diseñadores electrónicos originales de la computadora de navegación de Apollo.
De regreso a la luna: Altair es el módulo de aterrizaje lunar de próxima generación de la NASA, más grande que el módulo de aterrizaje Apollo pero con características de diseño similares. Llevará cuatro astronautas.
Eso significó que hubo algunas llamadas cercanas con Apollo, dice Tye Brady, el director técnico de aterrizaje lunar en Draper, quien demostró la tecnología de aterrizaje automático y evitación de peligros de su equipo en la celebración de la semana pasada del 40 aniversario de Apolo 11 . Estaban muy cerca, dice Brady, y los cráteres de uno a dos metros son mortales. No los ve hasta el último minuto. Apolo 11 El astronauta Neil Armstrong tuvo que pasar por un campo de rocas que no aparecía en ninguna foto de reconocimiento de antemano, y Apolo 14 aterrizó en una inclinación precaria con una almohadilla descansando a un metro de un cráter.
El nuevo sistema de navegación y guía se está desarrollando para la NASA Altair módulo de aterrizaje lunar , que está programado para aterrizar en la luna en 2020 como parte del Programa de constelaciones . El proyecto está dirigido por el Centro Espacial Johnson de la NASA, con el apoyo de otras instalaciones de investigación de la NASA además del Laboratorio Draper. El Laboratorio de propulsión a chorro Recientemente completó una prueba de campo de los sensores y algoritmos de mapeo, y planea comenzar las pruebas de sistemas completos en mayo de 2010.
Brady dice que la mejor resolución de imagen actual, como las cámaras del orbitador que ahora giran en círculos y fotografían la luna, no pueden resolver agujeros o rocas más pequeñas en los sitios de aterrizaje proyectados, incluso en áreas suaves y bien iluminadas, que no son el objetivo de Futuros aterrizajes de la NASA. Altair apunta a aterrizar hábilmente en cualquier sitio de la superficie de la luna, y el terreno lunar variará. Para eso, dice Brady, necesita la detección de peligros en tiempo real para adaptarse a medida que avanza.
El sistema de Draper utilizará tecnología láser LIDAR para escanear un área en busca de peligros como cráteres o rocas antes de que el módulo de aterrizaje toque la superficie de la luna. Los datos sin procesar de LIDAR se procesan y ensamblan en un mapa tridimensional de la superficie de la luna, utilizando algoritmos desarrollados por el Laboratorio de Propulsión a Chorro. Una ventaja de usar LIDAR es que es el único tipo de sensor que mide la forma tridimensional de lo que está en el suelo a alta resolución y desde gran altura, dice Andrew Johnson, el líder de JPL para el sistema de detección de peligros. Eso permite al sistema construir un mapa de terreno y elevación de los posibles lugares de aterrizaje a bordo de la nave espacial, pero desde lo suficientemente alto como para que haya tiempo para responder a los obstáculos o cráteres en el lugar de aterrizaje.
Aterrizando en un apuro: El sistema de guía, navegación y control simulado de Draper Laboratory prioriza los sitios de aterrizaje (áreas 1, 2, 3, 4) en esta pantalla representativa. Los astronautas pueden designar un sitio de primera elección o por defecto el sitio número 1. Los peligros como rocas y cráteres están resaltados en rojo para tomar decisiones en tiempo real sobre sitios de aterrizaje seguros.
Una vez que se construye el mapa, el sistema designa sitios seguros en función de factores como el ángulo de inclinación de la superficie, la distancia y el costo de combustible para llegar a un sitio, la posición de las almohadillas del módulo de aterrizaje y el margen de la tripulación para la distancia segura de los peligros. Con base en esa información, el sistema de navegación presenta a los astronautas una lista priorizada de tres a cuatro sitios de aterrizaje seguros. Los astronautas pueden entonces designar cualquiera de los sitios como primera opción, o si están incapacitados, el sistema navegará por el módulo de aterrizaje automáticamente hasta el primer sitio de su lista.
La capacidad de aterrizar de forma autónoma permitirá que tanto las misiones tripuladas como las robóticas aterricen de forma segura, dice Brady (aunque el módulo lunar de Apolo tenía un modo de aterrizaje automático, nunca se usó). Además de la NASA Altair, el sistema podría integrarse en vehículos que aterrizan en asteroides cercanos a la Tierra, Marte y otros planetas, o usarse con otros vehículos lunares construidos por grupos privados.
Otra ventaja de usar LIDAR, dice Johnson, es que funciona bajo cualquier condición de iluminación. Para lidiar con la luz en el ecuador de la luna, donde un día equivale a 14 días terrestres y una noche dura 14 noches terrestres, las misiones Apolo tenían que cronometrarse exactamente, con solo una oportunidad de lanzamiento por mes, para que la NASA pudiera controlar la exposición de la nave. a la luz y al calor. Pero debido a que las condiciones de iluminación son más variadas y extremas en los polos de la luna, con parches de luz y oscuridad provenientes de las sombras de las montañas y cráteres profundos, será difícil para los astronautas ver para navegar. LIDAR permite que la nave aterrice de noche, o en regiones sombreadas, porque la luz la proporciona el sensor LIDAR, no el sol, dice Johnson. Con la detección de peligros en tiempo real, dice, las limitaciones de lanzamiento y aterrizaje de Apollo no se aplicarán a futuras misiones.
El desafío para un sistema de aterrizaje, dice Brady, es lograr que todo suceda en aproximadamente 120 segundos, incluidos los escaneos de detección de peligros para obtener los datos, la interacción humana para la aprobación del sitio y luego las maniobras para evitar peligros y el aterrizaje. Su equipo ha desarrollado un simulador para crear mapas de imágenes realistas de la superficie de la luna, además de utilizar código de computadora de la NASA para la parte de orientación y navegación del sistema. Hasta ahora, unos 20 astronautas han probado la simulación de Draper. Son buenos para ir despacio y con calma, y son muy pacientes, dice Brady. Hacen un buen trabajo confiando en el sistema. Eso es un largo camino desde los primeros días cuando los astronautas del Apolo querían volar todo ellos mismos, dice Hall.
El equipo de Draper continúa desarrollando modelos de alta fidelidad de LIDAR y mapas del terreno, mientras se coordina con la oficina de la tripulación de la NASA para determinar la mejor manera de mostrar información a los astronautas. Su objetivo es tener la tecnología lista para 2012.