L'astronauta dell'Agenzia spaziale canadese David Saint-Jacques tiene il gruppo della telecamera per l'indagine Moon Imagery nella cupola della stazione spaziale. Credito:NASA
Nella sua missione sulla Luna, la navicella spaziale Orion della NASA è progettata per utilizzare la Near Space Network e la Deep Space Network della NASA per navigare. Ma se l'imbarcazione perde la comunicazione con la terra o le reti, gli equipaggi possono utilizzare un sistema di navigazione autonomo di riserva noto come navigazione ottica (OpNav). Questo sistema analizza le immagini della Luna o della Terra prelevate dalla navicella spaziale per determinarne la posizione rispetto a uno di questi due corpi.
Un'indagine attualmente in corso a bordo della Stazione Spaziale Internazionale sta aiutando gli sviluppatori di OpNav a mettere a punto il sistema per garantire che gli equipaggi tornino a casa sani e salvi. L'indagine Moon Imagery utilizza fotografie della Luna scattate dalla stazione spaziale per calibrare il software di sistema.
"La stazione spaziale ci offre una piattaforma per raccogliere immagini della Luna senza interferenze dall'atmosfera terrestre", afferma il ricercatore principale Steve Lockhart al Johnson Space Center della NASA a Houston. "Possiamo ottenere immagini abbastanza decenti da terra, specialmente quando la Luna è quasi piena e alta nel cielo. La sfida è ottenere immagini nitide della Luna nelle sue fasi molto sottili. Poiché è vicino al Sole, il cielo è abbastanza scuro per ottenere immagini solo quando la Luna è vicina all'orizzonte, e quindi stai guardando attraverso molta atmosfera."
L'indagine utilizza due telecamere montate su una lastra e sfalsate di circa 20 gradi l'una dall'altra. La lastra è installata nella cupola della stazione, un modulo di osservazione a sette finestre, e le telecamere indicano una delle finestre che ha vetro puro per una visione più chiara. Una fotocamera cattura le immagini delle stelle e l'altra scatta foto di viste specifiche della Luna. Ogni visualizzazione specifica è disponibile solo una volta al mese per una breve finestra di quattro minuti. Il software utilizza quindi algoritmi per analizzare queste immagini e determinare la posizione dell'imbarcazione nello spazio.
"Sappiamo in ogni momento dove si trova la stazione spaziale e dove si trovava quando è stata scattata una particolare foto in base al tempo in cui è stata scattata", afferma Lockhart. "L'algoritmo ci dice dove pensa si trovi la stazione e possiamo confrontarlo con la posizione effettiva nota per giudicare l'accuratezza del nostro sistema."
Il sistema è automatizzato, aggiunge. L'equipaggio della stazione spaziale ordina semplicemente alla telecamera di puntare verso la Terra o la Luna, qualunque sia l'obiettivo più adatto in quel momento, per scattare una serie di foto per circa un'ora.
Questa immagine è un composto di molte singole immagini catturate durante una sessione di immagini lunari, con la luna che traccia un arco attraverso il campo visivo della fotocamera. Un'immagine sovrapposta scattata quando il sole ha iniziato a illuminare l'atmosfera indica la posizione della Terra rispetto alla traccia della Luna ed è stata aggiunta anche un'immagine ingrandita della Luna. Credito:NASA/Steve Lockhart
I membri dell'equipaggio hanno ora condotto quattro serie di indagini, fotografando un intero ciclo di 29 giorni delle fasi lunari.
Le immagini della corsa più recente di maggio hanno catturato esposizioni diverse, da molto sottoesposte a altamente sovraesposte. I ricercatori hanno in programma di analizzare queste immagini per vedere se possono essere utilizzate per determinare la distanza e la direzione dalla stazione spaziale e, da quella, la posizione di un veicolo spaziale, come la posizione di Orione tra la Luna e la Terra.
Quella corsa ha anche catturato una luna crescente molto sottile, una delle condizioni più difficili per gli algoritmi di elaborazione delle immagini del sistema. Il team può migliorare le versioni future dell'algoritmo in base al modo in cui il sistema gestisce questo impegnativo stadio lunare, uno dei numerosi obiettivi della prossima missione Artemis I.
Durante le manovre di correzione della traiettoria, la telecamera OpNav montata all'esterno di Orion acquisirà immagini ripetute della Luna e della Terra per circa due ore. Queste immagini multiple dovrebbero garantire misurazioni accurate della posizione di Orion nel caso in cui sia necessario il sistema di navigazione di backup. Conoscere con precisione la posizione di un veicolo spaziale è fondamentale per guidarlo in sicurezza al rientro nell'atmosfera terrestre.
La capacità di comunicazione e navigazione è una delle tecnologie chiave necessarie agli esseri umani per esplorare più lontano nello spazio. Orion è la navicella spaziale di nuova generazione della NASA, in grado di trasportare esseri umani nell'orbita terrestre bassa e oltre, inclusa la Luna. Lockhart afferma che anche le società di esplorazione spaziale commerciale hanno mostrato interesse per il sistema di navigazione autonomo.
L'indagine Moon Imagery è un esempio di come la stazione spaziale fornisca ai ricercatori una piattaforma per gettare le basi per tecnologie e dimostrazioni che avvicinano l'umanità all'esplorazione dello spazio profondo. + Esplora ulteriormente
