Le missioni sugli asteroidi hanno registrato un rallentamento recentemente. Le visite di Rosetta, Osirix-REX e Hayabusa2 hanno tutte visitato piccoli corpi e, in alcuni casi, hanno riportato con successo campioni sulla Terra. Ma quando l'umanità inizierà a raggiungere gli asteroidi, si troverà ad affrontare un problema tecnico significativo:la larghezza di banda.
Ci sono decine di migliaia di asteroidi nelle nostre vicinanze, alcuni dei quali potrebbero essere potenzialmente pericolosi. Se lanciassimo una missione per raccogliere i dati necessari su ciascuno di essi, la nostra infrastruttura di comunicazione e controllo interplanetario verrebbe rapidamente sopraffatta. Allora perché non lasciare che i nostri ambasciatori robotici lo facciano da soli:questa è l'idea alla base di un nuovo articolo pubblicato sul Journal of Guidance, Control, and Dynamics e disponibile su arXiv server di prestampa dei ricercatori dell'Università Federale di San Paolo e dell'Istituto Nazionale per la Ricerca Spaziale del Brasile.
L’articolo si concentra principalmente sul problema del controllo di cosa fare quando un veicolo spaziale si avvicina a un nuovo asteroide. Le missioni attuali richiedono mesi per avvicinarsi e richiedono un feedback coerente da parte delle squadre di terra per garantire che la navicella spaziale comprenda i parametri dell'asteroide a cui si sta avvicinando, in particolare la costante gravitazionale.
Alcune missioni hanno avuto più successo rispetto ad altre:ad esempio, Philase, il lander che accompagnava Rosetta, ha avuto problemi quando è rimbalzato sulla superficie della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Come hanno sottolineato gli autori, parte di quella differenza era un'enorme discrepanza tra la forma effettiva della cometa e la forma osservata che i telescopi avevano visto prima che Rosetta arrivasse lì.
Anche le missioni di maggior successo, come OSIRIS-Rex, richiedono mesi di anticipo per completare manovre relativamente banali nel contesto di milioni di chilometri che il loro viaggio complessivo richiede. Ad esempio, ci sono voluti 20 giorni perché OSIRIX-Rex effettuasse diversi sorvoli a 7 km sopra la superficie dell'asteroide prima che il controllo della missione ritenesse sicuro entrare in un'orbita stabile.
Uno dei vincoli significativi che i controllori della missione stavano esaminando era se potevano calcolare accuratamente la costante gravitazionale dell’asteroide che stavano visitando. La gravità è notoriamente difficile da determinare da lontano, e il suo errore di calcolo ha portato ai problemi con Philae. Quindi, può uno schema di controllo risolvere tutti questi problemi?
In poche parole, può consentire alla navicella spaziale di decidere cosa fare quando si avvicina al bersaglio. Con uno schema di controllo ben definito, la probabilità che un veicolo spaziale si guasti a causa di conseguenze impreviste è relativamente minima. Potrebbe ridurre drasticamente il tempo impiegato dalle missioni nell'avvicinamento e limitare la larghezza di banda delle comunicazioni verso il controllo della missione sulla Terra.
Un tale schema richiederebbe inoltre solo quattro sensori relativamente onnipresenti ed economici per funzionare in modo efficace:un LiDAR (simile a quelli presenti sulle auto autonome), due telecamere ottiche per la percezione della profondità e un'unità di misurazione inerziale (IMU) che misura parametri come l'orientamento, accelerazione e campo magnetico.
L’articolo dedica molto tempo a descrivere nel dettaglio i complessi calcoli matematici che dovrebbero essere inseriti nello schema di controllo, alcuni dei quali implicano calcoli statistici simili ai modelli di apprendimento di base. Gli autori eseguono anche prove su due potenziali bersagli di asteroidi di interesse per vedere come funzionerebbe il sistema.
Uno è già ben compreso. Bennu era l'obiettivo della missione OSIRIX-Rex e, quindi, è ben caratterizzato come vanno gli asteroidi. Secondo il documento, con il nuovo sistema di controllo, un veicolo spaziale potrebbe entrare in un'orbita di 2.000 metri entro un giorno dall'avvicinamento da centinaia di chilometri di distanza, quindi entrare in un'orbita di 800 metri il giorno successivo. Questo è paragonato ai mesi di lavoro preparatorio che l’effettiva missione OSIRIS-Rex ha dovuto compiere. E può essere completato con una spinta minima e, cosa ancora più importante, con carburante, un bene prezioso nelle missioni nello spazio profondo.
Un'altra missione dimostrativa è quella su Eros, il secondo più grande asteroide vicino alla Terra. Ha una forma unica per un asteroide, poiché è relativamente allungato, il che potrebbe rappresentare una sfida entusiasmante per i sistemi automatizzati come quelli descritti nel documento. Controllare una navicella spaziale con il nuovo schema per un appuntamento con Eros non presenta tutti gli stessi vantaggi di un asteroide più tradizionale come Bennu. Ad esempio, ha un fabbisogno di spinta e un consumo di carburante molto più elevati. Tuttavia, riduce comunque il tempo di missione e la larghezza di banda necessari per gestirlo.
I sistemi autonomi stanno diventando sempre più popolari sulla Terra e nello spazio. Documenti come questo spingono avanti la riflessione su ciò che è possibile fare. Supponiamo che tutto ciò che serve per eliminare mesi di scrupoloso lavoro tecnico manuale sia applicare alcuni sensori e implementare un nuovo algoritmo di controllo. In tal caso, è probabile che una delle varie agenzie e società che intendono incontrarsi a breve con un asteroide adotterà tale piano.
Ulteriori informazioni: R. B. Negri et al, Autonomous Rapid Exploration in Close-Proximity of Asteroids, Journal of Guidance, Control, and Dynamics (2024). DOI:10.2514/1.G007186. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2208.03378
Informazioni sul giornale: arXiv
Fornito da Universe Today
