Η νέα αποστολή που ανοίγει τον δρόμο για τη σεληνιακή βάση

Σύνοψη

• Η NASA ανακοίνωσε την αποστολή CAPSTONE 02, η οποία αναμένεται να εκτοξευθεί το 2027.
• Το πρόγραμμα περιλαμβάνει δύο σκάφη βάρους 400 κιλών, σχεδιασμένα για να δοκιμάσουν συστήματα αυτόνομης πλοήγησης και ραντεβού (rendezvous) στο διάστημα.
• Κύριος στόχος είναι η απεξάρτηση των διαστημικών σκαφών από τα επίγεια δίκτυα ελέγχου μέσω του συστήματος Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS).
• Οι συγκεκριμένες δοκιμές αποτελούν κρίσιμο παράγοντα για την ασφαλή πρόσδεση των σκαφών μεταφοράς των αστροναυτών στο πλαίσιο του προγράμματος Artemis.
• Το συμβόλαιο κατακυρώθηκε στην Advanced Space, με χρηματοδότηση μέσω του προγράμματος Small Business Innovation Research.

Η NASA προχώρησε στην ανακοίνωση της νέας διαστημικής αποστολής CAPSTONE 02, κατακυρώνοντας τη σχετική σύμβαση στην εταιρεία Advanced Space. Η αποστολή, η οποία είναι προγραμματισμένη να εκτοξευθεί το 2027, αποτελεί την άμεση εξέλιξη της αρχικής αποστολής CAPSTONE και εστιάζει στην πιστοποίηση συστημάτων προσέγγισης, ελεγχόμενου ελλιμενισμού και αυτόνομης πλοήγησης στον cislunar χώρο, δηλαδή στην περιοχή μεταξύ Γης και Σελήνης.

Η αποστολή CAPSTONE 02 περιλαμβάνει δύο πανομοιότυπα διαστημικά σκάφη 400 κιλών σε σεληνιακή τροχιά, με στόχο τη δοκιμή συστημάτων αυτόνομης πλοήγησης και ελεγχόμενης προσέγγισης. Η επιτυχία αυτών των δοκιμών το 2027 είναι απολύτως κρίσιμη, καθώς οι συγκεκριμένες τεχνολογίες θα επιτρέψουν την ασφαλή πρόσδεση των σεληνιακών ακάτων με το σκάφος Orion, εξασφαλίζοντας τη μεταφορά των αστροναυτών του προγράμματος Artemis.

Αρχιτεκτονική συστήματος και ωφέλιμο φορτίο

Για να καταστεί εφικτή η δοκιμή πολλαπλών σεναρίων λειτουργίας, τα δύο σκάφη διαθέτουν τη δυνατότητα εναλλαγής ρόλων κατά τη διάρκεια της πτήσης. Το ένα σκάφος μπορεί να αναλαμβάνει τον ρόλο του «κυνηγού» (chaser) και το άλλο του «στόχου» (target). Αυτή η ευελιξία επιτρέπει στους ελεγκτές της αποστολής να εκτελέσουν ελιγμούς σχηματισμού και ελεγχόμενης επαφής κάτω από μεταβαλλόμενες συνθήκες φωτισμού και θερμοκρασίας, τις οποίες είναι αδύνατον να προσομοιώσουν τα εργαστήρια στη Γη.

Σημαντικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία παίζει ο εξοπλισμός οπτικής αναγνώρισης. Τα σκάφη είναι εξοπλισμένα με ένα προηγμένο οπτικό ωφέλιμο φορτίο απεικόνισης, το οποίο σχεδιάστηκε από το εθνικό εργαστήριο Lawrence Livermore. Αυτός ο εξοπλισμός δεν περιορίζεται απλώς στη λήψη φωτογραφιών υψηλής ανάλυσης της σεληνιακής επιφάνειας, αλλά η κύρια λειτουργία του είναι η υποστήριξη της οπτικής πλοήγησης, η οποία επιτρέπει στο σκάφος να υπολογίζει την απόσταση, την ταχύτητα και τη σχετική του θέση σε σχέση με το έτερο σκάφος, αξιοποιώντας την οπτική ανίχνευση ουράνιων σωμάτων.

Αυτόνομη πλοήγηση και το σύστημα CAPS

Ιστορικά, η πλοήγηση στο βαθύ Διάστημα βασίζεται αποκλειστικά στο Deep Space Network (DSN) της NASA. Οι εντολές και τα δεδομένα τηλεμετρίας οφείλουν να διανύσουν εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα από τα ραδιοτηλεσκόπια της Γης προς το σκάφος και αντίστροφα. Η διαδικασία αυτή εισάγει εγγενείς καθυστερήσεις (latency) και δεσμεύει το εύρος ζώνης ενός ήδη εξαιρετικά επιβαρυμένου δικτύου.

Το CAPSTONE 02 έρχεται να αξιολογήσει εις βάθος το σύστημα Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS). Πρόκειται για ένα λογισμικό πλοήγησης ικανό να υπολογίζει τη θέση των σκαφών μετρώντας αποκλειστικά την μεταξύ τους απόσταση και ανταλλάσσοντας σήματα. Επιπλέον, το εγχείρημα λειτουργεί ως πλατφόρμα επιχειρησιακών δοκιμών για τρεις διαφορετικές σουίτες λογισμικού πλοήγησης που έχει αναπτύξει εσωτερικά η NASA. Οι σουίτες αυτές θα συλλέγουν δεδομένα ήδη από τη φάση της χαμηλής ενέργειας μεταφοράς, καταγράφοντας τις επιδόσεις των αλγορίθμων από την αναχώρηση έως και την είσοδο στη σεληνιακή τροχιά.

Η δυνατότητα αυτοματοποίησης των καθημερινών εργασιών πλοήγησης ελαχιστοποιεί την ανάγκη για μικρο-επεμβάσεις από τα επίγεια κέντρα ελέγχου, κάτι απαραίτητο για τις μελλοντικές φάσεις του Artemis, όπου η ελεγχόμενη πρόσδεση θα πραγματοποιείται ταχύτατα, χωρίς τα περιθώρια σφάλματος που επιτρέπει η παραδοσιακή τηλεχειριζόμενη πλοήγηση.

Τροχιακή μηχανική και το περιβάλλον ακτινοβολίας

Οι διαδικασίες προσέγγισης στη Χαμηλή Γήινη Τροχιά (όπως αυτές που εκτελούνται καθημερινά από τις κάψουλες προς τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό) υπακούουν σε απλούστερους κανόνες βαρύτητας. Αντιθέτως, στον cislunar χώρο τα σκάφη βρίσκονται υπό την ταυτόχρονη βαρυτική επιρροή της Γης και της Σελήνης, γεγονός που ορίζεται στη μηχανική ως το πρόβλημα των τριών σωμάτων.

Οι ελιγμοί σε αυτό το περιβάλλον απαιτούν λογισμικό που υπολογίζει διαρκώς τη συνδυαστική βαρυτική έλξη, με αποτέλεσμα εάν τα υπολογιστικά μοντέλα δεν είναι απόλυτα ακριβή, το σκάφος κινδυνεύει είτε να απομακρυνθεί εκτός πορείας στο βαθύ Διάστημα είτε να αναλώσει όλα του τα καύσιμα.

Παράλληλα, το CAPSTONE 02 αναλαμβάνει να χαρτογραφήσει λεπτομερώς το περιβάλλον ακτινοβολίας. Εκτός της προστατευτικής μαγνητόσφαιρας της Γης, τα ηλεκτρονικά συστήματα και τα υλικά καταπονούνται άμεσα από τις ηλιακές καταιγίδες και την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Τα δεδομένα θα αξιοποιηθούν από τους μηχανικούς ώστε να θωρακίσουν καταλλήλως τα συστήματα ζωτικής σημασίας των σκαφών προσσελήνωσης, διασφαλίζοντας την υγεία του πληρώματος.