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教老飞船GIGL-427继续探索月球的新技巧

天文学与空间 2022-07-21 00:01:13

作者比尔·施泰格瓦尔德美国宇航局戈达德太空飞行中心 LRO能够向侧面看的一个例子是第谷环形山中央山峰的图像

中央山峰群约15公里(约9

3英里)宽,从东南到西北(从左到右)

学分:美国宇航局/GSFC/亚利桑那州立大学 美国国家航空航天局(NASA)的月球侦察轨道飞行器(LRO)航天器已经远远超过了其计划的任务期限,揭示了月球蕴含着惊喜:可以用来支持未来月球探索的冰沉积物,太阳系中最寒冷的地方,位于月球两极永久阴影区域,以及这是一个正在缩小、产生月震并在我们眼前发生变化的活跃世界

LRO对月球表面进行了细致入微的测绘,传回了数百万幅极其美丽的月球景观图像,并为美国国家航空航天局阿耳忒弥斯计划下的未来人类任务铺平了道路

2018年春天,LRO的微型惯性测量装置(MIMU),一个用于帮助定位航天器仪器的关键传感器,在太空恶劣环境中自然老化显示出衰退迹象后,被关闭以保持其剩余寿命

MIMU就像一个速度计

它测量LRO的旋转速度

没有它,LRO被迫只能依靠来自追星仪的数据——带有图像处理软件的摄像机,可以根据星图推断方位——来指引和重新定位飞船

马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太空科学任务操作首席系统工程师朱莉·哈尔弗森说:“这限制了为科学目的重新定向(旋转)宇宙飞船的能力。”

美国国家航空航天局戈达德太空中心LRO项目科学家诺亚·皮特罗说:“对科学家来说,调整航天器的方向以获得侧视数据是很有价值的,因为它可以让我们根据仪器的视角来测量光线从月球上反射的方式。”

“这叫表面测光

此外,相机拍摄侧视图像来构建表面的三维图像,并收集月球的透视图,这有助于解开地质关系

“为了让LRO再次旋转,美国国家航空航天局的工程师们开发了一种新的算法,可以通过融合恒星跟踪器的测量结果和LRO飞行计算机的其他信息来估计LRO的旋转速度

为了让LRO的新速度计正常工作,追星器需要保持不受地球、月亮或太阳眩光阻挡的恒星视野

否则,就不可能确定航天器的方位或估计其转速

确保在科学演习中恒星跟踪器始终不受阻碍,使得许多科学观测可以很容易地用MIMU完成,没有它就不可能完成

为了挽回这些失去的机会,戈达德、美国国家航空航天局工程安全中心(NESC)和加利福尼亚州蒙特利的海军研究生院(核动力源)再次合作,在他们长期的合作研究历史中迅速开发了一系列新的、革命性的方法,使LRO能够继续最大限度地探索月球

“我们为LRO开发的算法被称为‘快速机动’或‘快速人’,它与LRO的基于星跟踪器的控制器协同工作,”马克·卡彭科说,他是核动力源的研究副教授,也是“快速人计划”的领导者

“这些动作自然地绕过明亮的物体,就像自动驾驶汽车中的避障一样

“计算机算法是一组处理数据的指令

卡彭科能够通过使用软件工具来构建FastMan,这些软件工具基于美国国家航空航天局-核动力源小组以前使用的相同工具,通过将空间环境的力与其陀螺仪结合在一起,而不是通过点燃推进器来燃烧燃料,来重新定向国际空间站。

这种“零推进剂机动”类似于航海中使用的跟踪机动

美国国家航空航天局戈达德太空中心LRO项目副科学家约翰·凯勒说:“月球勘测轨道飞行器在绕月飞行时会频繁地进行特殊飞行,而我们安排这些飞行的能力会受到飞行时间的限制。”

有了法斯特曼,LRO能够完成近200个其他方式无法完成的动作

“实际上,到目前为止,我们实现的大部分性能改进都是通过使用FastMan的结果来创建我们所说的‘出租车’策略,”卡彭科说

因为全快男需要改变LRO的飞行软件,卡彭科设计了出租车机动来实现快男的大部分目标,同时不需要修改飞行软件

“不幸的是,在我们更新飞行软件之前,我不得不处于循环之中,”卡彭科说

全快速人机动是完全自主的

2020年7月下旬,第一次法斯曼旋转在轨道上进行,使得LRO七大科学仪器之一的LRO照相机获得特里斯内克陨石坑的侧视图像,比出租车旋转速度快25%

有了这些新的算法,LRO又能迅速向侧面看了,飞船状况良好,所有仪器仍在收集数据

彼得罗说:“LRO现在是最初预计为期两年的任务的第11年。”

“我们定期监控所有LRO系统的退化或变化迹象

燃料可能是我们的限速因素,目前的估计是我们船上至少还有五年的燃料,如果不是更多的话

" 2010年,核动力源、NESC和戈达德合作实施了有史以来第一次在轨道上进行的最短时间重新定向机动

这项创新性的工作是在TRACE航天器上作为寿命终止飞行演示完成的

今天,月球科学界是这项开创性工作的受益者

美国宇航局制导、导航和控制技术研究员尼尔·丹尼希解释说:“核动力源开发的回转算法已经让LRO收集了更多的科学信息。”

“我希望在未来,我们的行业合作伙伴也能够利用这项技术

"

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