Sistemas GNC y asteroides

Hoy en día, al pensar en asteroides, inevitablemente pensamos en la defensa planetaria. En anteriores publicaciones de este blog hemos comentado la necesidad de defensa planetaria y cómo la misión HERA formará parte de este esfuerzo.

PRIMERA MISIÓN EUROPEA A UN SISTEMA BINARIO DE ASTEROIDES

El objetivo fundamental de la misión HERA es desarrollar tecnología de defensa planetaria. Ayudará a comprender cómo afrontar futuros escenarios en los que desviar los asteroides que se encuentren en una trayectoria de colisión con la Tierra. Prevista para ser lanzada en 2024, la misión HERA alcanzará el sistema binario de asteroides Didymos a finales de 2026. Este sistema binario de asteroides se compone de un asteroide principal, del tamaño de una montaña y de 780 metros de diámetro, que es orbitado por otro más pequeño de 160 metros, llamado Dimorphos. La trayectoria de Dimorphos se alterará con un impacto cinético y HERA estudiará los efectos del mismo para realizar una evaluación precisa de en qué medida se habrá modificado su trayectoria. La misión HERA se controlará desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) con sede en Darmstadt (Alemania).

LOS RETOS DE UNA MISIÓN A UN ASTEROIDE

Una misión dirigida a un asteroide, como es el caso de HERA, supone grandes desafíos. Por ejemplo:

• Entornos débiles y complejos
• Alta presión de la radiación solar, cuyo efecto sobre la nave espacial puede frustrar el modelo
• Poderosas fuerzas no gravitacionales
• Considerables incertidumbres sobre el entorno dinámico debido a la forma irregular de los cuerpos y a la imprecisión de los datos anteriores
• Errores de medición óptica, también debidos a la forma irregular de los cuerpos

Para superar estos retos, las nuevas estrategias de navegación en misiones con cuerpos pequeños se basan en una combinación de operaciones ágiles y en la autonomía a bordo. Para aprovechar al máximo los sistemas de a bordo, tanto las operaciones como los sistemas GNC tienen que desarrollarse en estrecha colaboración entre equipos multidisciplinares. La cooperación entre el equipo de operaciones y el equipo de sistemas GNC garantiza la plena comprensión de limitaciones y requisitos, al tiempo que permite que la misión aproveche todo el potencial de los nuevos sistemas, logrando así los mayores beneficios científicos y tecnológicos.

LA CLAVE DEL ÉXITO DE LA MISIÓN: EL SISTEMA GNC DE HERA

HERA estará equipada con un sistema de guiado, navegación y control (GNC, por sus siglas en inglés) desarrollado por GMV, líder europeo en GNC que se encuentra a la cabeza a escala global en misiones de exploración planetaria y de asteroides. La cartera de la empresa en proyectos europeos la sitúa como líder del sector, habiendo participado en AIM, Marco POLO, Neoshield2, SYSNOVA-BEAST y Rosetta.

El GNC es el responsable de mantener y controlar la actitud y la órbita de la nave según el perfil de la misión. Garantiza el guiado, la navegación y el control deseados, ofreciendo seguridad adicional para garantizar el éxito de la misión.

Haciendo gala de una innovadora tecnología autónoma de órbita de asteroides, comparable a la que permite que en la Tierra se conduzcan coches sin conductor, HERA recopilará información fundamental para ayudar a la comunidad científica y a quienes ideen futuras misiones a comprender la composición y la estructura de los asteroides.

Una parte considerable de la tecnología del sistema GNC se está testando. Las pruebas para certificar que la tecnología del sistema GNC autónomo de GMV está lista se han llevado a cabo con una cámara diseñada para trabajar en el espacio y con una réplica a escala del sistema binario de asteroides Didymos. Para garantizar que estas pruebas fueran lo más realistas posible se replicaron también las condiciones de profunda oscuridad espacial en las que HERA tendrá que trabajar. Las pruebas de validación en tierra del sistema GNC, realizadas en abril de 2020, se llevaron a cabo en el laboratorio óptico de GMV y después en el laboratorio robótico de GMV de Madrid, platform-art^@, uno de los entornos de pruebas robóticas más avanzados de Europa para validación de sistemas GNC.

APROVECHAR LA MAESTRÍA EN GNC DE GMV PARA JUVENTAS

Juventas participa en la misión HERA como uno de los dos CubeSats que se desplegarán en las proximidades del asteroide. Para poder navegar con seguridad en un entorno hostil e impredecible en distancias cortas, Juventas llevará a cabo operaciones autónomas con el sistema GNC desarrollado por GMV. La elevada latencia de la información genera gran incertidumbre. Por lo tanto, para prevenir que el asteroide salga del campo de visión de la cámara y garantizar la continuidad de la imagen, el sistema GNC a bordo debe realizar las correcciones necesarias de la actitud del minisatélite.

Además, como parte ampliada de la misión, Juventas intentará aterrizar en la superficie de Dimorphos. El proceso de aterrizaje implica un proceso de llegada a la superficie controlado por el sistema GNC autónomo, así como una serie de impactos no controlados hasta que Juventas pueda posarse sobre la superficie del asteroide. La dinámica altamente perturbada sumada al pequeño tamaño del objetivo hace que el aterrizaje sea la operación más desafiante a la que se enfrentará Juventas. Esto impone exigentes restricciones en el diseño de la misión y pone de manifiesto el impacto y la necesidad de un sistema GNC autónomo.