Sistemas GNC e asteroides

Hoje em dia, ao pensar em asteroides, pensamos inevitavelmente na defesa planetária. Em anteriores publicações deste blogue comentámos a necessidade de defesa planetária e como a missão HERA formará parte deste esforço.

PRIMEIRA MISSÃO EUROPEIA A UM SISTEMA BINÁRIO DE ASTEROIDES

O objetivo fundamental da missão HERA é desenvolver tecnologia de defesa planetária. Irá ajudar a compreender como enfrentar futuros cenários em que seja necessário desviar asteroides que se encontrem numa trajetória de colisão com a Terra. Prevista para ser lançada em 2024, a missão HERA irá alcançará o sistema binário de asteroides Didymos no final de 2026. Este sistema binário de asteroides é composto por um asteroide principal, do tamanho de uma montanha e de 780 metros de diâmetro, que é orbitado por outro mais pequeno de 160 metros, chamado Dimorphos. A trajetória de Dimorphos será alterada com um impacto cinético e HERA irá estudar os efeitos do mesmo para realizar uma avaliação precisa da medida em que a sua trajetória terá sido modificada. A missão HERA será controlada a partir do Centro Europeu de Operações Espaciais (ESOC) com sede em Darmstadt (Alemanha).

OS DESAFIOS DE UMA MISSÃO A UM ASTEROIDE

Uma missão dirigida a um asteroide, como é o caso de HERA, representa grandes desafios. Por exemplo:

• Contextos débeis e complexos
• Alta pressão da radiação solar, cujo efeito sobre a nave espacial pode frustrar o modelo
• Poderosas forças não gravitacionais
• Consideráveis incertezas sobre o contexto dinâmico devido à forma irregular dos corpos e à imprecisão dos dados anteriores
• Erros de medição ótica, também devidos à forma irregular dos corpos

Para superar estes desafios, as novas estratégias de navegação em missões com corpos pequenos baseiam-se numa combinação de operações ágeis e na autonomia a bordo. Para aproveitar ao máximo os sistemas a bordo, tanto as operações como os sistemas GNC têm de ser desenvolvidos em estreita colaboração entre equipas multidisciplinares. A cooperação entre a equipa de operações e a equipa de sistemas GNC garante a plena compreensão de limitações e requisitos, ao mesmo tempo que permite que a missão aproveite todo o potencial dos novos sistemas, conseguindo assim os maiores benefícios científicos e tecnológicos.

A CHAVE DO ÊXITO DA MISSÃO: O SISTEMA GNC DA HERA

A missão HERA estará equipada com um sistema de orientação, navegação e controlo (GNC, nas suas siglas em inglês) desenvolvido pela GMV, líder europeia em GNC que se encontra na posição dianteira à escala global em missões de exploração planetária e de asteroides. A carteira da empresa em projetos europeus situa-a como líder do setor, tendo participado em AIM, Marco POLO, Neoshield2, SYSNOVA-BEAST e Rosetta.

O GNC é o responsável por manter e controlar a atitude e a órbita da nave segundo o perfil da missão. Garante a orientação, a navegação e o controlo desejados, oferecendo segurança adicional para garantir o êxito da missão.

Fazendo gala de uma inovadora tecnologia autónoma de órbita de asteroides, comparável à que permite que na Terra se conduzam automóveis sem condutor, HERA irá compilar informação fundamental para ajudar a comunidade científica e todos aqueles que desenhem futuras missões a compreender a composição e a estrutura dos asteroides.

Está a ser testada uma parte considerável da tecnologia do sistema GNC. As provas para certificar que a tecnologia do sistema GNC autónomo da GMV está pronta foram levadas a cabo com uma câmara desenhada para trabalhar no espaço e com uma réplica à escala do sistema binário de asteroides Didymos. Para garantir que estas provas fossem o mais realistas possível, foram também replicadas as condições de profunda escuridão espacial em que HERA terá de trabalhar. As provas de validação em terra do sistema GNC, realizadas em abril de 2020, foram levadas a cabo no laboratório ótico da GMV e depois no laboratório robótico da GMV de Madrid, platform-art^@, um dos contextos de provas robóticas mais avançados da Europa para validação de sistemas GNC.

APROVEITAR A MESTRIA EM GNC DA GMV PARA JUVENTAS

Juventas participa na missão HERA como um dos dois CubeSats que serão dispostos nas proximidades do asteroide. Para poder navegar com segurança num contexto hostil e imprevisível em distâncias curtas, Juventas levará a cabo operações autónomas com o sistema GNC desenvolvido pela GMV. A elevada latência da informação gera grande incerteza. Assim, para prevenir que o asteroide saia do campo de visão da câmara e garantir a continuidade da imagem, o sistema GNC a bordo deve realizar as correções necessárias da atitude do minissatélite.

Além disso, como parte ampliada da missão, Juventas tentará aterrar na superfície de Dimorphos. O processo de aterragem implica um processo de chegada à superfície controlado pelo sistema GNC autónomo, assim como uma série de impactos não controlados até que Juventas possa pousar sobre a superfície do asteroide. A dinâmica altamente perturbada, em conjunto com o pequeno tamanho do objetivo, faz com que a aterragem seja a operação mais desafiante que Juventas irá enfrentar. Isto impõe exigentes restrições no desenho da missão e coloca em evidência o impacto e a necessidade de um sistema GNC autónomo.