Rumstationsforskning bidrager til navigationssystemer til månerejser

På sin mission til Månen er NASAs Orion-rumfartøj designet til at bruge NASAs Near Space Network og Deep Space Network til at navigere. Men hvis fartøjet mister kommunikationen med jorden eller netværkene, kan besætningerne bruge et backup autonomt navigationssystem kendt som Optical Navigation (OpNav). Dette system analyserer billeder af Månen eller Jorden taget fra rumfartøjet for at bestemme dens position i forhold til en af ​​disse to kroppe.

En undersøgelse, der i øjeblikket er i gang ombord på den internationale rumstation, hjælper udviklere af OpNav med at finjustere systemet for at sikre, at besætningerne vender sikkert hjem. Moon Imagery-undersøgelsen bruger fotografier af Månen taget fra rumstationen til at kalibrere systemsoftwaren.

"Rumstationen giver os en platform til at indsamle billeder af Månen uden indblanding fra Jordens atmosfære," siger hovedefterforsker Steve Lockhart ved NASAs Johnson Space Center i Houston. "Vi kan få ret anstændige billeder fra jorden, især når Månen er tæt på fuld og højt på himlen. Udfordringen er at få klare billeder af Månen i dens meget tynde faser. Fordi den da er tæt på Solen, er himlen er kun mørk nok til at få billeder, når Månen er tæt på horisonten, og så kigger du gennem en masse atmosfære."

Efterforskningen bruger to kameraer monteret på en plade og forskudt omkring 20 grader fra hinanden. Pladen er monteret i stationens kuppel, et observationsmodul med syv vinduer, og kameraerne peger ud af et af vinduerne, der har rent glas for det klareste udsyn. Det ene kamera tager billeder af stjernerne, og det andet tager billeder af bestemte udsigter over Månen. Hver specifik visning er kun tilgængelig én gang om måneden i et kort vindue på fire minutter. Software bruger derefter algoritmer til at analysere disse billeder og bestemme fartøjets position i rummet.

"Vi ved, hvor rumstationen er til enhver tid, og hvor den var, da et bestemt billede blev taget baseret på det tidspunkt, det blev taget," siger Lockhart. "Algorithmen fortæller os, hvor den mener, at stationen er, og vi kan sammenligne det med den faktiske kendte placering for at bedømme nøjagtigheden af ​​vores system."

Systemet er automatiseret, tilføjer han. Rumstationens mandskab beordrer simpelthen kameraet til at pege på Jorden eller Månen, alt efter hvad der er det mest egnede mål på det tidspunkt, for at tage en serie billeder i en time eller deromkring.

Besætningsmedlemmer har nu gennemført fire kørsler af undersøgelsen, hvor de fotograferer en hel 29-dages cyklus af Månens faser.

Billeder fra det seneste løb i maj fangede forskellige eksponeringer, fra meget undereksponeret til meget overeksponeret. Forskere planlægger at analysere disse billeder for at se, om de kan bruges til at bestemme rækkevidde og pejling fra rumstationen og ud fra det et rumfartøjs placering, såsom Orions position mellem Månen og Jorden.

Det løb fangede også en meget tynd halvmåne, en af ​​de mest udfordrende betingelser for systemets billedbehandlingsalgoritmer. Holdet kan forbedre fremtidige versioner af algoritmen baseret på, hvordan systemet håndterer dette udfordrende månestadium, et af flere mål for den kommende Artemis I-mission.

Under banekorrektionsmanøvrer vil OpNav-kameraet monteret på ydersiden af ​​Orion tage gentagne billeder af Månen og Jorden i omkring to timer. Disse flere billeder bør sikre nøjagtige målinger af Orions placering i tilfælde af, at backup-navigationssystemet er nødvendigt. At kende et rumfartøjs placering nøjagtigt er afgørende for at lede det sikkert tilbage til genindtræden i Jordens atmosfære.

Kommunikations- og navigationsevne er en af ​​de nøgleteknologier, der er nødvendige for, at mennesker kan udforske længere ud i rummet. Orion er NASAs næste generations rumfartøj, der er i stand til at transportere mennesker til lavt kredsløb om Jorden og videre, inklusive til Månen. Lockhart siger, at kommercielle rumudforskningsvirksomheder også har vist interesse for det autonome navigationssystem.

Moon Imagery-undersøgelsen er et eksempel på, hvordan rumstationen giver forskere en platform til at lægge grunden til teknologier og demonstrationer, der flytter menneskeheden tættere på udforskning af det dybe rum. + Udforsk yderligere

Til Månen og videre:NASAs Artemis-program