La mission pionnière OSIRIS-REx de la NASA est revenue avec succès de son voyage vers l’astéroïde Bennu. Le vaisseau spatial robotique s’est brièvement posé sur le corps céleste dans le cadre d’une première tentative (par une agence spatiale américaine) de collecter des échantillons de roche vierge, avant de se poser et de retourner sur Terre pour un voyage aller-retour de trois ans. Les échantillons ont été touchés en toute sécurité dimanche dans le désert du DoD’s Utah Test and Training Range et Dugway Proving Grounds.
Encore plus impressionnant, le vaisseau spatial a effectué sa manœuvre de mécanisme d’acquisition d’échantillons Touch-and-Go (TAGSAM) de manière autonome grâce au système de navigation visuelle de suivi des caractéristiques naturelles (NFT) embarqué – une autre première ! Engadget s’est récemment entretenu avec le responsable du guidage, de la navigation et du contrôle chez Lockheed Martin, le Dr Ryan Olds, qui a aidé à développer le système NFT, pour discuter de la manière dont l’IA révolutionnaire a été construite et de la direction qu’elle pourrait prendre dans la galaxie.
L’OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification and Security – Regolith Explorer) est la première tentative américaine de récupération d’échantillons physiques d’un astéroïde qui passe (le Japon l’a déjà fait deux fois). Bennu, se trouvant à environ 70 millions de kilomètres de la Terre lorsque OSIRIS l’a intercepté pour la première fois, présentait un défi d’atterrissage bien plus important que les précédentes cibles plus grandes, comme les cibles non particulièrement faciles à atteindre de la Lune ou de Mars.
« Il y a tellement de facteurs différents » pour faire correspondre la myriade de vitesses et de trajectoires impliquées dans ces manœuvres d’atterrissage, a déclaré Olds à Engadget. «Tant de petits détails. Une grande partie de ce que nous faisons est basée sur des modèles et, si votre modèle contient peu de sources d’erreur qui ne sont pas prises en compte, cela peut conduire à de grosses erreurs. Il est donc vraiment très important de s’assurer que vous modélisez tout avec précision.
En fait, après le rendez-vous OSIRIS-REx avec Bennu en 2020, le vaisseau spatial a passé plus de 500 jours à faire le tour de l’astéroïde et à capturer des images détaillées de sa surface à partir desquelles l’équipe de contrôle au sol a généré des modèles numériques de terrain. « Il faut beaucoup de recherches pour s’assurer que tous les effets sont compris », a déclaré Olds. «Nous avons fait beaucoup de choses avec notre travail sur le suivi des caractéristiques naturelles pour nous assurer que nous comprenions le champ de gravité autour de l’astéroïde. Même de petites choses comme l’allumage et l’extinction des radiateurs du vaisseau spatial – même cela produit un très, très petit effet propulsif parce que vous rayonnez de la chaleur, et sur de très petits corps comme Bennu, ces petites choses comptent.
Étant donné que l’astéroïde tournait autour de son axe, la surface passant du côté ensoleillé au côté sombre et vice-versa, toutes les quatre heures, l’équipe OSIRIS devait « concevoir toutes nos trajectoires TAG de manière à ce que nous survolions la partie éclairée de l’astéroïde », » dit Olds. « Nous ne voulions pas que le vaisseau spatial rate la manœuvre et retourne accidentellement dans l’éclipse derrière l’astéroïde. » Le système NFT, tout comme une Tesla, s’appuie principalement sur un ensemble de caméras à spectre visuel pour savoir où il se trouve dans l’espace, avec un système LiDAR fonctionnant comme sauvegarde.
Le LiDAR devait initialement être la principale méthode de navigation, étant donné la conviction de l’équipe lors de la phase de planification que la surface de Bennu ressemblait à un environnement sablonneux semblable à une plage. « Nous ne nous attendions pas à rencontrer des dangers tels que de gros rochers », a déclaré Olds. « Le système de navigation a donc été conçu uniquement pour garantir que nous atterririons dans une zone d’environ 25 mètres, et LiDAR était le système de choix pour cela. Mais rapidement, une fois arrivés à Bennu, nous avons été vraiment surpris par ce à quoi cela ressemblait, juste des rochers partout, des dangers partout.
L’équipe a eu du mal à repérer tout site d’atterrissage potentiel avec un rayon supérieur à huit mètres, ce qui signifiait que le système LiDAR ne serait pas assez précis pour cette tâche. Ils se sont creusé la tête et ont décidé de passer au système NFT, qui offrait la possibilité d’estimer l’état orbital en trois dimensions. Ceci est utile pour savoir s’il y a un rocher sur la trajectoire de descente de l’atterrisseur. Le vaisseau spatial s’est finalement posé à seulement 72 cm de sa cible.
« Nous disposions de quelques modèles au sol issus d’images radar », a déclaré Olds. « Mais cela ne nous a vraiment donné qu’une forme très générale – cela ne nous a pas donné les détails. » Les 17 mois de survols d’OSIRIS ont fourni la granularité manquante sous la forme de milliers d’images haute résolution. Ces images ont ensuite été retransmises sur Terre où les membres du groupe de travail sur l’altimétrie OSIRIS-REx (AltWG) les ont traitées, analysées et réassemblées dans un catalogue de plus de 300 cartes de référence de terrain et ont formé un modèle de forme 3D du terrain. Le système NFT s’est appuyé sur ces atouts lors de sa manœuvre TAG pour ajuster son cap et sa trajectoire.
Cette manœuvre complète était un processus en quatre parties commençant à « l’orbite de terminaison sûre » de Bennu. Le vaisseau spatial s’est déplacé du côté jour de l’astéroïde, jusqu’à une position à environ 125 m au-dessus de la surface surnommée Checkpoint. La troisième manœuvre a déplacé OSIRIS-REx vers Matchpoint, à 55 m au-dessus de la surface, de sorte qu’au moment où il aurait fini de descendre et entrerait en contact avec l’astéroïde, il se déplacerait à seulement 10 cm/s. À ce stade, le navire est passé des caméras visuelles (qui étaient moins utiles en raison de la poussière d’astéroïde soulevée) à l’utilisation de son accéléromètre embarqué et de l’algorithme de mise à jour delta-v (DVU) pour estimer avec précision sa position relative. Lors de sa quatrième et dernière manœuvre, l’engin – et sa cargaison d’environ 250 g – s’est doucement éloigné de la roche spatiale vieille de 4,5 milliards d’années.
L’atterrissage de dimanche ne marquait pas la fin de la carrière spatiale du NFT. Une version mise à jour et améliorée du système de navigation sera potentiellement à bord de la prochaine mission OSIRIS, OSIRIS-APEX. « L’année prochaine, nous allons commencer à discuter sur un tableau blanc de ce que nous voulons que ce système mis à jour fasse. Nous avons tiré beaucoup de leçons de la mission principale.
Olds note que la petite taille de l’astéroïde rendait la navigation difficile, « à cause de toutes ces petites forces dont je vous parlais. Cela a provoqué beaucoup d’irritation au sol… c’est pourquoi nous souhaitons absolument améliorer le système pour qu’il soit encore plus autonome afin que les futures équipes au sol n’aient pas à être aussi impliquées. » Le vaisseau spatial OSIRIS est déjà en route vers son APEX. cible, l’astéroïde Apophis de 1 000 pieds de large, qui devrait passer à seulement 20 000 milles de la Terre en 2029. La NASA prévoit de mettre OSIRIS en orbite autour de l’astéroïde pour voir si cela affecte l’orbite, la vitesse de rotation et les caractéristiques de la surface du corps. .