La NASA y otras agencias espaciales de todo el mundo envían periódicamente robots y vehículos automatizados al espacio para explorar planetas y otros objetos celestes en nuestro sistema solar. Estas misiones pueden mejorar en gran medida nuestra comprensión del medio ambiente y los recursos en otras partes del sistema solar.
Investigadores del Instituto de Estudios Aeroespaciales de la Universidad de Toronto y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA llevaron a cabo recientemente un estudio que explora estrategias de recuperación que podrían mejorar la efectividad y el éxito de las exploraciones lunares utilizando rovers alimentados por energía solar. Su artículo, publicado previamente en arXiv, presenta un nuevo enfoque que podría ayudar a los rovers que funcionan con energía solar a dejar de manera segura las regiones en sombra permanente en la luna.
«En los últimos años, varias naciones han expresado interés en explorar el polo sur lunar, incluidos Estados Unidos, China, India, Rusia y otros», dijo a Phys.org Olivier Lamarre, el investigador que dirigió el estudio.
«La mayoría de ellos está planeando utilizar vehículos de exploración con energía solar para explorar áreas que están constantemente en la sombra (llamadas regiones en sombra permanente o PSR, por sus siglas en inglés), que sospechamos que podrían contener grandes cantidades de hielo de agua. Como se puede imaginar, ingresar a un PSR ¡Con un rover que funciona con energía solar es un esfuerzo arriesgado! Si el rover se retrasa por fallas, es posible que no pueda regresar a la luz solar antes de quedarse sin energía».
Los rovers que funcionan con energía solar pueden tener numerosas ventajas en términos de eficiencia energética, pero están limitados por su dependencia de la luz solar para operar. Como algunas regiones de la luna están permanentemente en la sombra, la dependencia de los rovers de la luz solar puede impedirles explorar de manera segura y luego abandonar estas áreas, lo que hace que se queden sin energía durante su misión.
Un objetivo clave del trabajo reciente de Lamarre y sus colegas fue cuantificar la probabilidad de perder rovers que funcionan con energía solar mientras exploran estas áreas sombreadas en la luna. Además, el equipo deseaba idear un enfoque que pudiera ayudar a maximizar la probabilidad de que los rovers alimentados por energía solar completen sus misiones de manera segura.
«Primero, necesitamos definir qué significa que un rover alimentado por energía solar sea ‘seguro’ en el polo sur lunar», explicó Lamarre. «Para hacer esto, prestamos atención a dónde sale el rover de un PSR, a qué hora y con cuánta energía queda en sus baterías. Esto da una indicación de si el rover puede hibernar en el lugar antes de la siguiente etapa de su misión ( y, por lo tanto, permanecer ‘seguro’ hasta entonces). Luego, calculamos un método de planificación transversal en línea que el rover puede seguir desde cualquier estado inicial (incluido dentro de los PSR) para maximizar su probabilidad de supervivencia».
La metodología de planificación esbozada por Lamarre y sus colegas se conoce como política de recuperación, ya que es esencialmente una estrategia alternativa que permite que un rover maximice la posibilidad de llegar a la «seguridad» (es decir, las regiones donde la luz del sol lo alcanzará, recargando su batería). En su artículo, los investigadores demostraron que calcular esta política de recuperación puede ser un desafío en este contexto, ya que requiere varias aproximaciones que, si son muy incorrectas, podrían afectar la confiabilidad de las predicciones generales.
«Por ejemplo, el tiempo es una dimensión continua de nuestro espacio estatal que necesita ser discretizado», dijo Lamarre.
«Necesitamos asegurarnos de que esta aproximación/discretización no distorsione peligrosamente las predicciones sobre la probabilidad de falla. En el polo sur lunar, la iluminación solar es altamente dinámica; las montañas y los cráteres cercanos pueden proyectar grandes sombras en la superficie. Si el rover está un poco atrasado en comparación con lo que supone la política (aproximada), podría perderse un período crítico de carga solar. Lo mismo es cierto si está un poco adelantado en comparación con lo que supone la política».
Dado que estas aproximaciones temporales influyen en gran medida en la fiabilidad de las políticas de recuperación de los rovers alimentados por energía solar, Lamarre y sus colegas las mantuvieron muy conservadoras. En última instancia, esto minimiza el riesgo de falla, al tiempo que aumenta la probabilidad de que la política permanezca segura durante las misiones del mundo real.
«Creemos que este enfoque es útil de muchas maneras», dijo Lamarre. «En primer lugar, representa un paso hacia los algoritmos de planificación de movilidad autónoma de largo alcance que toman en cuenta (o ‘razonan’) de manera proactiva el riesgo con los rovers que funcionan con energía solar. Además, nuestra técnica podría convertirse en una herramienta útil para los operadores humanos a medida que formulan nuevos misiones de rover en el polo sur lunar (podría usarse para la selección del lugar de aterrizaje, la planificación de la travesía global y la predicción de riesgos, y más), o incluso apoyar una misión en curso a través de la operación terrestre en el circuito».
En el futuro, la política de recuperación introducida por este equipo de investigadores podría aplicarse a misiones de exploración del mundo real en la luna, para reducir el riesgo de perder rovers que funcionan con energía solar en regiones sombreadas. Como el estudio reciente se realizó en colaboración con el JPL de la NASA, el enfoque pronto podría probarse en varios escenarios lunares realistas.
«Hasta ahora, probamos nuestro enfoque usando datos orbitales del cráter Cabeus, pero esperamos usar los mapas de iluminación solar personalizados de la NASA y aplicar nuestra técnica en muchas otras áreas en el polo sur lunar que, algún día, serán visitadas por robots. o misiones tripuladas, como Shackleton, Faustini, Nobile, Haworth y Shoemaker Craters», agregó Lamarre. «Además, actualmente estamos trabajando en una nueva generación de algoritmos de navegación de largo alcance predictivos de riesgo para la exploración del polo sur lunar con rovers que funcionan con energía solar».
Con información de arXiv
