W dzisiejszych czasach, kiedy rozmyślamy o asteroidach, nieuchronnie myślimy o obronie planetarnej. W poprzednich postach opublikowanych na tym blogu omawialiśmy potrzebę dysponowania systemem obrony planetarnej oraz wkład, jaki misja HERA wniesie do tej realizowanej wspólnymi wysiłkami inicjatywy.

PIERWSZA MISJA EUROPEJSKA DO PODWÓJNEGO SYSTEMU ASTEROIDÓW

Podstawowym celem misji HERA jest rozwój technologii obrony planetarnej. Pomoże ona zrozumieć, jak stawić czoła przyszłym scenariuszom wymagającym odbijania asteroid znajdujących się na ścieżce kolizyjnej z Ziemią. Misja HERA, której start planowany jest na rok 2024, dotrze do podwójnego układu asteroid Didymos pod koniec 2026 roku. Ten podwójny system asteroid składa się z asteroidy głównej o wielkości góry i średnicy 780 metrów, wokół której orbituje mniejsza asteroida o wielkości 160 metrów i nazwie Dimorphos. Trajektoria asteroidy Dimorphos zostanie zmieniona poprzez uderzenie kinetyczne, a HERA zbada jego skutki, aby dokładnie oszacować, w jakim stopniu uległ zmianie jej tor ruchu. Misja HERA sterowana będzie z Europejskiego Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC) z siedzibą w Darmstadt (Niemcy).

WYZWANIA TOWARZYSZĄCE MISJI NA ASTEROIDĘ

Wszelka misja skierowana na asteroidę, jak w przypadku misji HERA, niesie ze sobą szereg niezwykle skomplikowanych wyzwań. Ich przykładem mogą być:

• Niestabilne i kompleksowe środowiska
• Wysokie ciśnienie promieniowania słonecznego, którego niekorzystny wpływ na statek kosmiczny może zniweczyć model
• Potężne siły niegrawitacyjne
• Znaczne niepewności dotyczące środowiska dynamicznego ze względu na nieregularny kształt ciał i niedokładność wcześniejszych danych
• Błędy pomiarów optycznych, również ze względu na nieregularny kształt ciał niebieskich

Aby sprostać tym wyzwaniom, nowe strategie nawigacyjne w ramach misji z udziałem małych ciał niebieskich opierają się na kombinacji sprawnych operacji i autonomii pokładowej. Aby w pełni wykorzystać systemy pokładowe, zarówno operacje, jak i systemy CNG, muszą być opracowywane w ścisłej współpracy pomiędzy poszczególnymi zespołami multidyscyplinarnymi. Współpraca pomiędzy zespołem operacyjnym i zespołem systemów GNC zapewnia pełne zrozumienie ograniczeń i wymogów, jednocześnie umożliwiając misji wykorzystanie kompletnego potencjału nowych systemów i osiągając tym samym największe korzyści naukowe i technologiczne.

KLUCZ DO SUKCESU MISJI: SYSTEM NAPROWADZANIA, NAWIGACJI I STEROWANIA HERA

HERA wyposażona zostanie w system naprowadzania, nawigacji i kontroli (GNC) opracowany przez firmę GMV - europejskiego lidera w dziedzinie CNG, zajmującego wiodącą pozycję na skalę światową w obszarze misji eksploracji planet i asteroid. Portfolio firmy w zakresie projektów europejskich plasuje ją jako lidera w branży, który wziął notabene udział w projektach takiego pokroju jak AIM, Marco POLO, Neoshield2, SYSNOVA-BEAST i Rosetta.

System GNC odpowiada za utrzymywanie i kontrolowanie położenia i orbity statku kosmicznego zgodnie z profilem misji. Gwarantuje pożądane naprowadzenie, nawigację i sterowanie, oferując dodatkowe bezpieczeństwo zapewniające powodzenie misji.

Wykorzystując przełomową autonomiczną technologię orbitalną asteroid, porównywalną z tą, która umożliwia poruszanie się po Ziemi samochodami bez kierowcy, HERA będzie zbierać kluczowe informacje, aby pomóc społeczności naukowej i przyszłym projektantom misji w zrozumieniu składu i struktury asteroid.

Znaczna część technologii instalacji CNG znajduje się obecnie w fazie testowej. Testy potwierdzające gotowość technologii autonomicznego systemu CNG firmy GMV zostały przeprowadzone z udziałem kamery zaprojektowanej do pracy w kosmosie oraz repliki w skali rzeczywistej podwójnego układu asteroid Didymos. Aby zapewnić tym testom jak największy realizm, odtworzono również warunki głębokiej ciemności panujące w przestrzeni kosmicznej, w których HERA będzie zmuszona w przyszłości pracować. Naziemne testy walidacji systemu GNC, przeprowadzone w kwietniu 2020 r., zrealizowane zostały w laboratorium optycznym firmy GMV, a następnie w zrobotyzowanym laboratorium GMV w Madrycie, platform-art^@ - jednym z najbardziej zaawansowanych robotycznych środowisk testowych w Europie, służących do walidacji systemów GNC.

WYKORZYSTANIE FACHOWEJ WIEDZY FIRMY GMV W ZAKRESIE SYSTEMÓW GNC NA POTRZEBY MINIATUROWEGO SATELITY JUVENTAS

Juventas uczestniczy w misji HERA jako jeden z dwóch CubeSatów, które zostaną rozmieszczone w pobliżu asteroidy. Aby móc bezpiecznie poruszać się w nieprzyjaznym i nieprzewidywalnym środowisku na krótkich dystansach, Juventas przeprowadzać będzie autonomiczne operacje z użyciem systemu CNG opracowanego przez firmę GMV. Duże opóźnienie informacji generuje znaczną niepewność. Dlatego, aby zapobiec opuszczeniu pola widzenia kamery przez asteroidę i zagwarantować ciągłość obrazu, pokładowy system GNC musi dokonywać niezbędnych korekt położenia minisatelity.

Ponadto, jako rozszerzona część misji, Juventas będzie próbował wylądować na powierzchni Dimorphos. Procedura lądowania wiąże się z procesem dotarcia na powierzchnię sterowanym przez autonomiczny system GNC, a także serią niekontrolowanych zderzeń, aż Juventas będzie w stanie wylądować na powierzchni asteroidy. Silnie zaburzona dynamika w połączeniu z niewielkimi rozmiarami celu sprawia, że ​​lądowanie jawi się jako najtrudniejsza operacja, z jaką będzie musiał zmierzyć się Juventas. Nakłada to wysokie ograniczenia na proces projektowania misji i podkreśla niezwykle istotny wpływ i konieczność dysponowania autonomicznym systemem CNG.