Hera asteroit görevi için sanal uçuş dersleri

ESA’nın gezegen savunmasına yönelik Hera uzay aracı uçuş öncesi testlerden geçerken, onu hedef ikili asteroit sistemi etrafında yönlendirecek sistem de uzay için son kontrollerinden geçiyor.

İspanya ve Almanya’da paralel olarak gerçekleştirilen uzun bir dizi sanal manevra yoluyla, misyonun Rehberlik Navigasyon ve Kontrol sisteminin bu zorlu, ultra düşük yerçekimi ortamında yakınlık operasyonlarına hazır olup olmadığının doğrulanması.

Rehberlik Navigasyon ve Kontrol (GNC) sistem geliştiricisi GMV’nin Madrid’deki genel merkezinde, Hera’nın Yerleşik Bilgisayarının bir kopyası şu anda diğer sensörler ve aktüatörlerle birlikte maksimum gerçekçilik için bir kamerayla görüntülenen bir model asteroit etrafında yakınlık operasyonlarına tabi tutuluyor. özelleştirilmiş “çıkış” ekipmanı kullanılarak taklit edilmiştir.

Bu arada, uzay aracı üreticisi OHB’nin Bremen’deki tesislerinde, Hera Aviyonik Test Tezgahı adı verilen uzay aracının tam ölçekli donanım kopyası kullanılarak testler yapılıyor.

ESA GNC mühendisi Jesus Gil Fernandez şöyle açıklıyor: “Hera’nın gezegenler arası yolculuk aşamasına yönelik sistem (ki bu elbette fırlatmaya hazır olmak için en kritik aşamadır) artık gerçek uzay aracı uçuş modeli kullanılarak tamamen test edildi.”

“Bu aşama, asteroitin gelişiyle sona erecek ve kamera görüntüleri, asteroitin ardışık görüntülerdeki kademeli hareketini tespit ederek arka plandaki yıldızlardan ayırt etmek için kullanılacak. Takip eden yakınlık operasyonları aşaması için GNC, uzay aracını da içeren, şu anda üzerinde yoğunlaştığımız şey. Başlangıçta asteroit çiftine 30 km kadar yaklaşıyor, daha sonra çok daha yakınlaşarak 1 km’ye düşüyor.”

Uzaylı, ultra düşük yerçekimi ortamı

Bu Ekim ayındaki kalkışının ardından Hera, oldukça yabancı bir ortama doğru gidiyor. Uzay aracı, Deimos’un bilimsel gözlemlerini almak için kullanılacak olan Mars uçuşu da dahil olmak üzere iki yıllık uzay yolculuğunun ardından Didymos ikili asteroit sistemi ile buluşacak: yaklaşık olarak Büyük Gize Piramidi büyüklüğündeki Dimorphos aycığı. Dağ büyüklüğündeki Didymos’un ana gövdesinden yaklaşık 1,2 km uzakta yörüngede.

Bu iki asteroitin birleşik çekim alanları Dünya’nınkinden onbinlerce kat daha zayıftır.

Dimorphos, bu varış noktasının egzotik doğasına ek olarak, Eylül 2022’de NASA’nın DART uzay aracının kendisine çarpmasının ardından Didymos çevresinde yörünge değişikliğine uğradı. Ve bu çarpışmanın asteroidi dramatik bir şekilde yeniden şekillendirmiş olması muhtemel.

Çevresel haritalama için veri füzyonu

Didymos çevresinde güvenli bir şekilde hareket edebilmek için Hera’nın yüksek derecede yerleşik özerkliği vardır. Rehberlik, Navigasyon ve Kontrol (GNC) sistemi, kendi kendine giden arabalara benzer bir yaklaşımla, çevresinin tutarlı bir resmini oluşturmak için çeşitli kaynaklardan gelen verileri birleştirmek üzere tasarlanmıştır.

Jesus, “Ana veri kaynağı, görüntüleri hem bilim hem de navigasyon için kullanılan ana Asteroid Çerçeveleme Kamerası olacak” diye ekliyor. “Bu görüntüler, konumu hakkında sağlam bir tahmin yapmak için diğer girdilerle, özellikle de asteroidin yüzeyine lazer darbeleri gönderen misyonun PALT-H lazer altimetresinin yanı sıra eylemsizlik sensörleriyle birleştirilecek. Bu GNC sistemi, Başlangıçta yerden manuel olarak çalıştırıldı, ancak Hera’nın CubeSat’ları konuşlandırıldığında, temel görev hedeflerini gerçekleştirmek için otonom navigasyona ihtiyaç duyulacak.”

Yakınlık operasyonları sırasında Hera, Didymos’u genel bir referans noktası olarak kamerasında çerçeveli tutacak ve asteroidin kenarları ile etrafındaki derin uzay arasındaki kontrastı tespit edecek. Tespit edilen şekil, tahmin edilen küresel modelle karşılaştırılacaktır. Daha sonra uzay aracı Didymos’a yaklaşık 10 km’den ve Dimorphos’un 2 km’den fazla üstüne yaklaştığında, güneşten aydınlatılan piksellerin ortalama konumuna odaklanan “parlaklık merkezi” adı verilen bir görüntü işleme tekniği kullanılacaktır. daha küçük asteroitin karmaşık ve belirsiz şekli.

Konumu korumak için hiperbolik yaylar

İki asteroitin yerçekimi seviyeleri, uzay aracının herhangi bir geleneksel anlamda yörüngeye girebilmesi için çok düşük. Bunun yerine (ESA’nın Rosetta kuyruklu yıldız avcısından bir teknik ödünç alarak) Hera, her üç ila dört günde bir düzenli itici ateşlemeleriyle tersine çevrilen bir dizi alternatif uçuşa benzeyen “hiperbolik yaylar” halinde uçacak. Herhangi bir normal görev durumunda, bu miktarda tekrarlanan hız değişiklikleri, yakıt tanklarını kısa süre içinde tüketecektir, ancak Didymos çevresindeki yerçekimi seviyesi o kadar düşüktür ki, Hera yalnızca saniyede 12 cm civarındaki tipik göreceli hızda uçacaktır.

Jesus, “Hera’nın hiperbolik yayları, iticinin ateşlenmesinde küçük bir hata olması durumunda uzay aracının asteroitlerden güvenli bir mesafede duracağı şekilde tasarlandı” diye ekliyor. “Ancak, söz konusu düşük hızlar, Hera’yı asteroitlere çok yakınlaştıran yörünge manevralarının çok hassas bir şekilde gerçekleştirilmesi gerektiği anlamına geliyor, aksi takdirde hala bir çarpışma riski olabilir. Bu nedenle, GNC, otonom bir yörünge düzeltme sistemine ek olarak otonom bir yörünge düzeltme sistemi içerir. çarpışma riski tahmin sistemi, gerektiğinde çarpışmayı önleme manevralarını gerçekleştirme yetkisine sahiptir.”

Yüzey özelliği takibi

Jesus, uzay aracının görevinin ilerleyen aşamalarında asteroitlere yaklaşmasıyla Hera’nın kendi kendine sürüş otonomisinin gerçekten kendine geleceğini şöyle açıklıyor: “2 km’den fazla yaklaştığımızda, Dimorphos kameranın görüş alanını dolduracak. Sonra en iddialı navigasyon modu geliyor Her şeyden önce, mutlak bir referans olmadan otonom yüzey özelliği takibine dayalı. Bu, Hera’nın yüzeye göre yüksekliği ve yörüngesi hakkında fikir edinmek için aynı özelliklerin (kayalar ve kraterler gibi) ardışık resimlerde görüntülenmesi meselesi olacak.”

Dimorphos’un kütlesini elde etmek için özellik tanımlama ve haritalama da kullanılacak, ancak bu teknik uzay aracı yerine yerden gerçekleştirilecek.

Görev kontrolörleri, aycığın ana öğesinde neden olduğu “sallantıyı”, genel Didymos sisteminin ortak ağırlık merkezine göre ölçecek. Bu, zaman içinde bu ağırlık merkezi etrafındaki sabit yer işaretlerinin dönüşündeki küçük metre ölçeğindeki değişimlerin belirlenmesiyle başarılacaktır.

Bu son deneysel aşamada bazı modların GNC testleri, uzay aracını Ekim 2026’da Didymos’a varışından önce hazırlamak amacıyla fırlatma sonrasında da devam edecek.