Op zijn missie naar de maan is NASA's Orion-ruimtevaartuig ontworpen om NASA's Near Space Network en Deep Space Network te gebruiken om te navigeren. Maar als het vaartuig de communicatie met de grond of de netwerken verliest, kunnen bemanningen een back-up autonoom navigatiesysteem gebruiken dat bekend staat als Optical Navigation (OpNav). Dit systeem analyseert beelden van de maan of de aarde die door het ruimtevaartuig zijn genomen om de positie ten opzichte van een van deze twee lichamen te bepalen.

Een onderzoek aan boord van het internationale ruimtestation ISS helpt ontwikkelaars van OpNav om het systeem te verfijnen om ervoor te zorgen dat bemanningen veilig naar huis terugkeren. Het Moon Imagery-onderzoek maakt gebruik van foto's van de maan die zijn genomen vanuit het ruimtestation om de systeemsoftware te kalibreren.

"Het ruimtestation geeft ons een platform om beelden van de maan te verzamelen zonder interferentie van de atmosfeer van de aarde", zegt hoofdonderzoeker Steve Lockhart van NASA's Johnson Space Center in Houston. "We kunnen behoorlijk behoorlijke beelden vanaf de grond maken, vooral wanneer de maan bijna vol en hoog aan de hemel staat. De uitdaging is om duidelijke beelden te krijgen van de maan in zijn zeer dunne fasen. Omdat hij dan dicht bij de zon staat, is de hemel is alleen donker genoeg om beelden te krijgen als de maan dicht bij de horizon staat, en dan kijk je door veel atmosfeer."

Het onderzoek maakt gebruik van twee camera's die op een plaat zijn gemonteerd en ongeveer 20 graden ten opzichte van elkaar zijn verschoven. De plaat is geïnstalleerd in de koepel van het station, een observatiemodule met zeven ramen, en de camera's wijzen op een van de ramen met puur glas voor het duidelijkste zicht. De ene camera maakt beelden van de sterren en de andere maakt foto's van bepaalde uitzichten op de maan. Elke specifieke weergave is slechts één keer per maand beschikbaar voor een korte periode van vier minuten. Software gebruikt vervolgens algoritmen om deze beelden te analyseren en de positie van het vaartuig in de ruimte te bepalen.

"We weten te allen tijde waar het ruimtestation is en waar het was toen een bepaalde foto werd genomen op basis van het tijdstip waarop deze werd genomen", zegt Lockhart. "Het algoritme vertelt ons waar het denkt dat het station is en we kunnen dat vergelijken met de werkelijk bekende locatie om de nauwkeurigheid van ons systeem te beoordelen."

Het systeem is geautomatiseerd, voegt hij eraan toe. De bemanning van het ruimtestation geeft de camera eenvoudig het commando om op de aarde of de maan te richten, wat op dat moment het meest geschikte doelwit is, om een ​​reeks foto's te maken gedurende een uur of zo.

Bemanningsleden hebben het onderzoek nu vier keer uitgevoerd, waarbij ze een volledige cyclus van 29 dagen van de maanfasen hebben gefotografeerd.

Beelden van de meest recente run in mei legden verschillende belichtingen vast, van zeer onderbelicht tot sterk overbelicht. Onderzoekers zijn van plan deze beelden te analyseren om te zien of ze kunnen worden gebruikt om het bereik en de peiling van het ruimtestation te bepalen en van daaruit de locatie van een ruimtevaartuig, zoals de positie van Orion tussen de maan en de aarde.

Die run legde ook een zeer dunne maansikkel vast, een van de meest uitdagende omstandigheden voor de beeldverwerkingsalgoritmen van het systeem. Het team kan toekomstige versies van het algoritme verbeteren op basis van hoe het systeem omgaat met deze uitdagende maanfase, een van de vele doelstellingen voor de komende Artemis I-missie.

Tijdens trajectcorrectiemanoeuvres zal de OpNav-camera die aan de buitenkant van Orion is gemonteerd, gedurende ongeveer twee uur herhaalde beelden van de maan en de aarde maken. Deze meerdere afbeeldingen moeten zorgen voor nauwkeurige metingen van de locatie van Orion in het geval dat het back-upnavigatiesysteem nodig is. Het nauwkeurig kennen van de locatie van een ruimtevaartuig is van cruciaal belang om het veilig terug te leiden naar de terugkeer in de atmosfeer van de aarde.

Communicatie- en navigatiemogelijkheden zijn een van de belangrijkste technologieën die mensen nodig hebben om verder de ruimte in te verkennen. Orion is NASA's volgende generatie ruimtevaartuig, in staat om mensen naar een lage baan om de aarde en verder te vervoeren, inclusief naar de maan. Lockhart zegt dat commerciële ruimteverkenningsbedrijven ook interesse hebben getoond in het autonome navigatiesysteem.

Het Moon Imagery-onderzoek is een voorbeeld van hoe het ruimtestation onderzoekers een platform biedt om de basis te leggen voor technologieën en demonstraties die de mensheid dichter bij verkenning van de diepe ruimte brengen. + Verder verkennen

Naar de maan en verder:NASA's Artemis-programma