La investigación de la estación espacial contribuye a los sistemas de navegación para los viajes a la luna


En su misión a la Luna, la nave espacial Orion de la NASA está diseñada para utilizar la Red de Espacio Cercano y la Red de Espacio Profundo de la NASA para navegar. Pero si la nave pierde la comunicación con tierra o las redes, las tripulaciones pueden usar un sistema de navegación autónomo de respaldo conocido como navegación óptica (OpNav). Este sistema analiza imágenes de la Luna o la Tierra tomadas desde la nave espacial para determinar su posición relativa a cualquiera de esos dos cuerpos.

Una investigación actualmente en curso a bordo de la Estación Espacial Internacional está ayudando a los desarrolladores de OpNav a ajustar el sistema para garantizar que las tripulaciones regresen a casa de manera segura. La investigación de Imágenes de la Luna utiliza fotografías de la Luna tomadas desde la estación espacial para calibrar el software del sistema.

El astronauta de la Agencia Espacial Canadiense, David Saint-Jacques, sostiene el ensamblaje de la cámara para la investigación de Imágenes de la Luna en la cúpula de la estación espacial. Crédito: NASA

«La estación espacial nos brinda una plataforma para recolectar imágenes de la Luna sin interferencia de la atmósfera de la Tierra», dice el investigador principal Steve Lockhart en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. «Podemos obtener imágenes bastante decentes desde el suelo, especialmente cuando la Luna está casi llena y alta en el cielo. El desafío es obtener imágenes claras de la Luna en sus fases muy delgadas. Debido a que está cerca del Sol entonces, el cielo solo es lo suficientemente oscuro para obtener imágenes cuando la Luna está cerca del horizonte, y entonces estás mirando a través de una gran cantidad de atmósfera».

La investigación utiliza dos cámaras montadas en una placa y desplazadas unos 20 grados entre sí. La placa está instalada en la cúpula de la estación, un módulo de observación de siete ventanas, y las cámaras señalan una de las ventanas que tiene vidrio puro para una vista más clara. Una cámara captura imágenes de las estrellas y la otra toma fotos de vistas específicas de la Luna. Cada vista específica está disponible solo una vez al mes durante un breve período de cuatro minutos. Luego, el software usa algoritmos para analizar estas imágenes y determinar la posición de la nave en el espacio.

«Sabemos dónde está la estación espacial en todo momento y dónde estaba cuando se tomó una foto en particular en función del momento en que se tomó», dice Lockhart. «El algoritmo nos dice dónde cree que está la estación y podemos compararlo con la ubicación real conocida para juzgar la precisión de nuestro sistema».

El sistema está automatizado, añade. La tripulación de la estación espacial simplemente ordena a la cámara que apunte a la Tierra o la Luna, cualquiera que sea el objetivo más adecuado en ese momento, para tomar una serie de fotos durante una hora más o menos.

Los miembros de la tripulación ahora han realizado cuatro carreras de la investigación, fotografiando un ciclo completo de 29 días de las fases de la Luna.

Las imágenes de la ejecución más reciente en mayo capturaron diferentes exposiciones, desde muy subexpuestas hasta muy sobreexpuestas. Los investigadores planean analizar estas imágenes para ver si se pueden usar para determinar el alcance y la demora desde la estación espacial y, a partir de ahí, la ubicación de una nave espacial, como la posición de Orión entre la Luna y la Tierra.

Esta imagen es una composición de muchas imágenes individuales capturadas durante una sesión de Imágenes de la Luna, con la Luna trazando un arco a través del campo de visión de la cámara. Una imagen superpuesta tomada cuando el sol comenzó a iluminar la atmósfera indica la ubicación de la Tierra en relación con el rastro de la Luna y también se agregó una imagen ampliada de la Luna. Crédito: NASA/Steve Lockhart

Esa ejecución también capturó una luna creciente muy delgada, una de las condiciones más desafiantes para los algoritmos de procesamiento de imágenes del sistema. El equipo puede mejorar las versiones futuras del algoritmo en función de cómo el sistema maneja esta etapa desafiante de la Luna, uno de varios objetivos para la próxima misión Artemis I.

Durante las maniobras de corrección de trayectoria, la cámara OpNav montada en el exterior de Orion tomará imágenes repetidas de la Luna y la Tierra durante unas dos horas. Estas imágenes múltiples deberían garantizar mediciones precisas de la ubicación de Orion en caso de que se necesite el sistema de navegación de respaldo. Conocer con precisión la ubicación de una nave espacial es fundamental para guiarla de manera segura de regreso a la atmósfera terrestre.

La capacidad de comunicaciones y navegación es una de las tecnologías clave necesarias para que los humanos exploren más en el espacio. Orion es la nave espacial de próxima generación de la NASA, capaz de transportar humanos a la órbita terrestre baja y más allá, incluso a la Luna. Lockhart dice que las empresas comerciales de exploración espacial también han mostrado interés en el sistema de navegación autónomo.

La investigación de Moon Imagery es un ejemplo de cómo la estación espacial proporciona a los investigadores una plataforma para sentar las bases para tecnologías y demostraciones que acercan a la humanidad a la exploración del espacio profundo.

Con información de NASA

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