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Computación

Cómo volver a la luna y hacer un aterrizaje seguro

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Un sistema de detección de riesgos promete aterrizajes más seguros para la nueva generación de exploradores espaciales.

  • por Anne-marie Corley | traducido por Francisco Reyes
  • 29 Julio, 2009

Un grupo de ingenieros en el Laboratorio Charles Stark Draper en Cambridge, Massachussets, están desarrollando un sistema de guía, navegación y control para su uso en alunizajes. El dispositivo incluye un sistema de detección de riesgos capaz de visualizar cráteres, laderas y rocas que pudieran ser peligrosas para la nave al aterrizar. En la misión del Apollo hace 40 años, los astronautas tuvieron que mirar por la ventana para llevar la nave hasta un lugar seguro; el vehículo de aterrizaje por sí mismo “no tiene ojos,” afirma Eldon Hall, un ingeniero de Draper retirado y uno de los diseñadores electrónicos originales del ordenador de navegación del Apollo.

Esto significa que se dieron momentos muy cercanos al peligro durante las misiones del Apollo, afirma Tye Brady, el director técnico de aterrizajes lunares de Draper, que hizo una demostración de la tecnología de aterrizaje automatizado y evasión de riesgos durante la celebración la semana pasada del 40 aniversario del Apollo 11. “Hubo momentos de peligro,” afirma Brady, “y los cráteres de uno a dos metros son mortales. No los ves hasta el último minuto.” El astronauta del Apollo 11, Neil Amstrong, tuvo que pasar por encima de un campo de rocas que no aparecía en ninguna de las fotos de reconocimiento tomadas con anterioridad, y el Apollo 14 aterrizó con una inclinación muy precaria, con una de las patas a sólo un metro de un cráter.

El nuevo sistema de navegación y guía está siendo desarrollado para la nave de aterrizaje lunar Altair de la NASA, que se espera aterrice en la luna para 2020 como parte del programa Constelación. El proyecto está dirigido por el Jonson Space Center de la NASA, con apoyo de otras instalaciones de la NASA además del Laboratorio Draper.

Brady afirma que la mejor resolución de imagen actual, como las que llegan de las cámaras colocadas en órbita y que dan vueltas a la luna tomando fotografías, no sirven para vislumbrar los agujeros más pequeños o pedruscos en los lugares de aterrizaje proyectados, incluso en aquellas áreas de superficie suave y bien iluminada—que no son el objetivo de los futuros aterrizajes de la NASA. Altair espera lograr aterrizar sin problemas en cualquier lugar de la superficie lunar, y el terreno lunar variaría. Para ello, Brady afirma, “se necesita poder hacer un análisis de los riesgos en tiempo real” para ajustarse según se está aterrizando.

El sistema de Draper utilizará la tecnología de láser LIDAR para escanear un área en busca de riesgos como cráteres o rocas antes de que el vehículo de aterrizaje toque la superficie de la luna. Los datos de LIDAR son procesados y ensamblados en un mapa 3-D de la superficie lunar, utilizando algoritmos desarrollados por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Una ventaja de utilizar LIDAR es que “es el único tipo de sensor que mide la forma en 3-D de lo que está en el suelo a alta resolución y desde una gran altitud,” afirma Andrew Jonson, el director del sistema de detección de riesgos del JPL. Esto permite al sistema crear un mapa del terreno y las elevaciones de los sitios de aterrizaje potenciales, y permite hacerlo desde la propia nave a un altura lo suficientemente grande como para que haya tiempo de maniobrar si se encuentran cráteres u obstáculos en el sitio de aterrizaje.

Una vez que se construye el mapa, el sistema designa sitios de aterrizaje seguros basándose en factores como el ángulo de inclinación de la superficie, la distancia y coste de combustible requeridos para llegar al sitio, la posición de las patas de la nave, y un margen para que la tripulación esté a una distancia segura de cualquier peligro. Basándose en esa información, el sistema de navegación ofrece a los astronautas con una lista priorizada de tres a cuatro sitios de aterrizaje seguros. Después, los astronautas pueden designar cualquiera de los sitios como opción principal, o si se encuentran incapacitados, el sistema navegará la nave automáticamente hasta el primer sitio de la lista.

Esta capacidad para aterrizar de forma autónoma permitirá a las misiones con tripulación y a las robotizadas aterrizar de forma segura, afirma Brady (a pesar de que el módulo lunar del Apollo tenía un modo de aterrizaje automático, nunca fue utilizado.) Además de para el Altair de la NASA, el sistema podría integrarse en vehículos que aterrizasen en asteroides cercanos a la tierra, Marte y otros planetas, o usarse con otros vehículos lunares construidos por grupos privados.

Otra ventaja que ofrece la utilización de LIDAR, afirma Jonson, es que funciona bajo todas las condiciones de luz. Para poder operar bajo las condiciones de luz que se dan en el ecuador de la luna—donde un “día” es equivalente a 14 días terrestres, y una “noche” dura 14 noches terrestres—las misiones del Apollo tuvieron que ser planificadas con exactitud, con sólo una oportunidad de lanzamiento cada mes, para que así la NASA pudiese controlar la exposición a la luz y el calor de la nave. No obstante, y puesto que las condiciones de luz varían más y son más extremas en los polos de la luna, con parches de luz y oscuridad provocados por las sombras de las montañas y los profundos cráteres, sería complicado para los astronautas poder navegar usando sólo la vista. El sistema LIDAR permite a la nave “aterrizar por la noche, o en regiones de sombra, gracias a la luz que emite el sensor de LIDAR, y no el sol,” afirma Jonson. Gracias a la detección de riesgos en tiempo real, las limitaciones en los lanzamientos y los aterrizajes del Apollo no se volverán a dar en el futuro.

El reto a superar por cualquier sistema de aterrizaje, afirma Brady, consiste en que todo debe ocurrir en aproximadamente 120 segundos, incluyendo los escáneres de detección de riesgos a partir de los que se obtienen los datos, la interacción humana para la aprobación del sitio, y las maniobras para evitar los peligros y poder aterrizar. Su equipo ha desarrollado un simulador para crear mapas de imagen realistas de la superficie de la luna, además de utilizar código informático de la NASA para la parte del sistema dedicada a la guía y navegación. Hasta ahora, alrededor de 20 astronautas han probado el sistema de simulación de Draper. “Se les da bien ir despacio y con cuidado, y tienen mucha paciencia,” afirma Brady. “Se les da bien lo de confiar en el sistema.” Esto está muy alejado de aquellos días en que los astronautas del Apollo “querían manejar todos los sistemas y hacer volar la nave ellos mismos por completo,” señala Hall.

El equipo de Draper sigue desarrollando modelos de alta fidelidad del LIDAR y los mapas de terreno, mientras que coordinan sus acciones con las oficinas de la NASA para determinar la mejor manera de mostrar esta información a los astronautas. Su objetivo es tener lista esta tecnología para 2012.

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