|
Виртуальные уроки пилотирования для полета на астероид
|
|
|
|
В то время как космический аппарат ЕКА для планетарной обороны Hera проходит предполетные испытания, система, которая будет направлять его вокруг целевой двойной астероидной системы, также проходит окончательную проверку для выхода в космос. Проверка готовности системы наведения, навигации и управления полетом к бесконтактным операциям в сложных условиях сверхнизкой гравитации с помощью длинной серии виртуальных маневров, параллельно проведенных в Испании и Германии. В штаб-квартире разработчика систем наведения, навигации и контроля (GNC) GMV в Мадриде точная копия бортового компьютера Hera в настоящее время проходит операции по сближению вокруг модели астероида, получившей изображение с помощью камеры, для достижения максимальной реалистичности, а другие датчики и исполнительные механизмы эмулируются с помощью специального контрольного оборудования. Тем временем на предприятии производителя космических аппаратов OHB в Бремене проводятся испытания с использованием полномасштабной аппаратной копии космического аппарата, называемой испытательным стендом авионики Hera.
|
|
|
|
"Система для этапа межпланетного полета Hera, который, конечно же, является наиболее важным для подготовки к запуску, в настоящее время полностью протестирована с использованием реальной модели полета космического корабля", — объясняет инженер GNC ЕКА Хесус Гил Фернандес. "Эта фаза закончится при приближении астероида, когда изображения с камер будут использоваться для того, чтобы отличить астероид от звезд на заднем плане, определяя его постепенное движение на последовательных изображениях. В настоящее время мы концентрируемся на разработке GNC для последующей фазы сближения, когда космический аппарат сначала приближается к паре астероидов на расстояние до 30 км, а затем значительно ближе, вплоть до 1 км. ". После своего запуска в октябре этого года Hera отправляется в совершенно чуждую среду обитания. После двухлетнего полета в космосе, включая облет Марса, который будет использован для научных наблюдений за Деймосом, космический аппарат встретится с двойной астероидной системой Дидимос: спутник Диморфос размером с Великую пирамиду в Гизе находится на орбите примерно в 1,2 км от горы -основной корпус Дидимоса большого размера.
|
|
|
Объединенные гравитационные поля этих двух астероидов в десятки тысяч раз слабее, чем у Земли. Добавляя экзотичности этому месту назначения, Диморфос уже изменил орбиту вокруг Дидимоса после столкновения с ним космического аппарата НАСА DART в сентябре 2022 года. И это столкновение, вероятно, кардинальным образом изменило форму астероида. Для безопасной эксплуатации в районе Дидимоса Hera обладает высокой степенью автономности на борту. Ее система наведения, навигации и контроля (GNC) разработана таким образом, чтобы объединять данные из различных источников для создания целостной картины окружающей обстановки, аналогично беспилотным автомобилям. "Его основным источником данных будет основная камера для съемки астероидов, снимки которой используются как для научных целей, так и для навигации", - добавляет Хесус. "Эти изображения будут объединены с другими данными, полученными с помощью лазерного высотомера PALT-H, который передает лазерные импульсы на поверхность астероида, а также инерциальных датчиков, чтобы получить достоверную оценку его местоположения. Изначально эта система GNC предназначена для ручного управления с земли, но как только спутники Hera CubeSats будут развернуты, для выполнения основных задач миссии потребуется автономная навигация".
|
|
|
|
Во время операций сближения Hera будет удерживать Дидимос в кадре своей камеры в качестве общей точки отсчета, определяя контраст между краями астероида и глубоким космическим пространством вокруг него. Обнаруженная форма будет сравниваться с предсказанной сферической моделью. Позже, когда космический аппарат приблизится более чем на 10 км к Дидимосу и более чем на 2 км над Диморфосом, будет использован метод обработки изображений под названием "центр яркости", ориентированный на среднее положение пикселей, освещенных солнцем, из-за сложной и неопределенной формы меньшего астероида. Уровни гравитации двух астероидов слишком малы, чтобы космический аппарат мог выйти на орбиту в любом традиционном смысле этого слова. Вместо этого (позаимствовав методику у аппарата ЕКА "Розетта", который занимается поиском комет) Hera будет летать по "гиперболическим дугам", напоминающим серию чередующихся полетов, чередующихся с регулярными запусками двигателей каждые три—четыре дня. В случае любой обычной миссии такое количество повторных изменений скорости вскоре привело бы к исчерпанию топливных баков, но уровень гравитации вокруг Дидимоса настолько низок, что "Гера" будет лететь с обычной относительной скоростью около 12 см в секунду.
|
|
|
|
"Гиперболические дуги Hera спроектированы таким образом, что если при запуске двигателя произойдет небольшая ошибка, то космический корабль все равно будет держаться на безопасном расстоянии от астероидов", - добавляет Хесус. "Однако низкие скорости полета означают, что орбитальные маневры, которые приближают "Геру" к астероидам, должны выполняться очень точно, в противном случае все еще может существовать риск столкновения. Таким образом, GNC включает в себя автономную систему коррекции траектории, а также автономную систему оценки риска столкновений, позволяющую при необходимости выполнять маневры по предотвращению столкновений". Хесус объясняет, что автономность Hera по-настоящему проявит себя, когда космический аппарат приблизится к астероидам на более позднем этапе своей миссии: "Как только мы приблизимся более чем на 2 км, Диморфос заполнит поле зрения камеры. Затем следует самый амбициозный навигационный режим из всех, основанный на автономном отслеживании объектов поверхности без какой-либо абсолютной привязки. Необходимо будет отобразить одни и те же объекты, такие как валуны и кратеры, на последовательных снимках, чтобы получить представление о высоте и траектории движения Hera относительно поверхности."
|
|
|
|
Идентификация признаков и картографирование также будут использоваться для определения массы диморфоса, хотя этот метод будет выполняться с земли, а не с борта космического аппарата. Диспетчеры миссии будут измерять "колебание", которое спутник вызывает у своего родителя, относительно общего центра тяжести всей системы Didymos. Это будет достигнуто путем определения небольших изменений в масштабе метра во вращении фиксированных ориентиров вокруг этого центра тяжести с течением времени. GNC-тестирование некоторых режимов на этом заключительном экспериментальном этапе продолжится после запуска, чтобы подготовить космический аппарат к его прибытию на Дидимос в октябре 2026 года.
|
|
|
|
Источник
|
