Tehnologia românească va conduce prima misiune de apărare planetară a Europei spre un asteroid

Ce se va întâmpla cu omenirea dacă un asteroid lovește din nou Pământul? Vom avea aceeași soartă cu dinozaurii sau vom putea să evităm dezastrul? În acest an se derulează primul efort internațional de deviere a traiectoriei unui asteroid, iar România este unul dintre actorii care contribuie la componenta europeană a acestei misiuni.

65803 Didymos este un asteroid clasificat potențial periculos, format din asteroidul principal și satelitul acestuia, numit Dimorphos. 65803 Didymos este ținta misiunii internaționale AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), cu cele două componente ale sale: componenta americană DART care va impacta satelitul asteroidului pe 26 septembrie 2022 și cea europeană HERA care va observa dacă am reușit sau nu devierea asteroidului, precum și modificări ale suprafeței acestuia.

România va furniza câteva elemente esențiale în succesul misiunii europene. Expertiza românească va ajuta HERA să ajungă la asteroid și să măsoare foarte precis deviația acestuia în urma impactului cu DART. De asemenea, va sprijini unul din primii doi cubesats deepspace ai ESA să se apropie de asteroid.

În acest articol explorăm componentele realizate în țara noastră care vor fi "ochii" misiunii HERA, fără de care aceasta nu s-ar putea ghida și manevra corect.

Practic, tot ce va vedea satelitul misiunii și felul în care sunt interpretate datele, astfel încât acestea să o poată ghida spre destinație, va depinde de tehnologia românească, la care lucrează în prezent specialiști ai companiei GMV România. Parte a unui consorțiu internațional, filiala românească a GMV va fi responsabilă de procesarea de imagini, ghidarea pe bază de altitudine, identificarea și izolarea erorilor, navigația bazată pe procesare de imagine a satelitului principal al Hera, dar și al unei sonde mai mici, care se va apropia mai mult de asteroid - Juventas - unul dintre primii doi cubesats deepspace ai Agenției Spațiale Europene (ESA).

De ce deviem un asteroid?

Misiunea DART a NASA se îndreaptă spre doi asteroizi care formează sistemul binar Didymos. Vehiculul spațial al NASA se va ciocni în mod intenționat cu cel mai mic dintre cei doi asteroizi pe 26 septembrie 2022, pentru a vedea dacă îi poate modifica orbita.

Ulterior, ESA, va trimite o misiune proprie spre cei doi asteroizi, pentru a observa în detaliu ce s-a întâmplat în urma impactului. Misiunea Hera va măsura masa asteroidului, compoziția acestuia, va analiza craterul provocat de coliziune și ne va ajuta să înțelegem mai bine asteroizii. Pe lângă satelitul principal, Hera va avea și două probe de dimensiuni reduse, Juventas și Milani, care se vor apropia mult mai tare de asteroid, vor culege date științifice, după care vor asoliza pe acesta.

Aceste informații sunt esențiale pentru a putea să ne apărăm planeta de amenințarea pe care o reprezintă asteroizii. "Ca să rezolvi o problemă eficient, trebuie mai întâi să o cunoști foarte bine", explică Cristian-Corneliu Chițu, Director Departament Spațiu, GMV România.

Deocamdată, comunitatea științifică are informații incomplete despre asteroizi, iar misiunea se bazează pe cunoștințe teoretice, încă nevalidate. "Vrem să știm din ce este compus asteroidul, dacă suprafața este metalică sau acoperită de gheață, dacă se încălzește sau nu, cum reacționează când asteroidul intră în umbră, ce informații ne vor oferi imaginile obținute prin infraroșu." Toate aceste date ne ajută să înțelegem mai bine asteroizii.

Hera va măsura și dacă s-a reușit sau nu tentativa de deviere. "Vom vedea cât de mult se va deplasa asteroidul satelit față de centrul sistemului binar și cum s-a modificat traiectoria."

Pe baza informațiilor culese, omenirea va ști cum să gestioneze mai bine situațiile de risc ce implică asteroizii. "Pe viitor vom ști cât de mare trebuie să fie impactul, unde trebuie să lovim un asteroid. Totodată aflăm și informații despre ce fel de resurse se găsesc pe asteroizi și dacă putem sa le folosim în beneficiul omenirii", a completat Iulian-Emil Juhasz, Liderul Diviziei Segment Spațial și Robotică, GMV România.

Credit: MPS/GMV

Hera are ochi românești

Pentru a ajunge în siguranță la asteroidul binar Didymos, misiunea Hera se va ghida după un sistem conceput în România. Compania GMV dezvoltă un sistem de ghidare și navigație (GNS), care se bazează pe interpretarea informațiilor obținute de camerele și senzorii misiunii. Pe baza algoritmilor proiectați în România, echipele de la sol vor ști dacă vehiculul spațial se îndreaptă în continuare spre asteroid sau a deviat de la traiectoria stabilită.

Dacă este nevoie de reajustări ale traseului, comenzile primite vor fi "traduse", tot prin intermediul tehnologiei GMV, într-un semnal pe care vehiculul îl poate interpreta și executa.

Drumul spre asteroid al misiunii Hera va dura mai bine de doi ani, iar peisajul se va schimba de câteva ori pe drum, astfel încât și modalitățile de orientare a misiunii vor trebui să fie diferite pe parcurs. "La început, asteroidul va fi atât de departe, încât nu va fi decât un singur pixel pe camera misiunii, transformându-se treptat într-un grup de pixeli. În această fază, sistemul GNS se va baza pe menținerea asteroidului în câmpul vizual al camerei, astfel încât misiunea să fie mereu țintită spre acel punct" precizează Iulian-Emil Juhasz.

Pe măsură ce Hera se apropie de asteroid, sistemul de ghidare trebuie să ia în considerare alți factori, calculând permanent unde este centrul asteroidului și cum se mișcă acesta.

Atunci când misiunea va ajunge aproape de ținta ei, asteroidul va acoperi toată imaginea, astfel încât, misiunea va trebui să treacă la un alt tip de navigație. "În acest caz, trebuie să detectăm repere de pe asteroid, cum ar fi bolovani, cratere sau creste, orice element care are o umbră clară. Astfel, putem înțelege poziția în care se află misiunea față de asteroid," continuă Iulian-Emil Juhasz.

Sursă: GMV România

Imaginile, algoritmul și sistemul de navigație îi voi spune Herei dacă se apropie sau se îndepărtează de locul unde trebuie să fie. "Dacă reperele se îndepărtează centrifug înseamnă că ne apropiem de asteroid; dacă se deplasează la stânga sau la dreapta ne îndepărtăm; dacă se rotesc, asta înseamnă că se rotește și Hera."

Atunci când misiunea va ajunge foarte aproape de obiectivul său, există un pericol real ca sondele spațiale să se ciocnească de asteroidul-țintă. Tot românii sunt responsabili ca aceste coliziuni să fie evitate.

Credit: ESA-Science Office

Suntem responsabili de siguranța misiunii

O echipă de la sol va vedea aceleași imagini și va folosi în paralel aceiași algoritmi dezvoltați în România, astfel încât să poată compara datele cu ceea ce se întâmplă la bordul satelitului. "În cazul în care se sesizează o diferență mare între cele două locații, înseamnă că ceva nu funcționează bine, iar vehiculul va intra în safe mode," explică Iulian-Emil Juhasz.

La rândul său, sistemul de detectare a erorilor (FDIR - Fault detection, isolation, and recovery) urmărește să identifice dacă senzorii întâmpină probleme de funcționare. De exemplu, dacă echipamentele spațiale înregistrează date cu mult în afara parametrilor așteptați sau apar diferențe foarte mari între două seturi de date consecutive, fără ca alți senzori să confirme situația, sistemul conceput în România va identificare eroarea și va izola acel senzor astfel încât datele provenite de la el să nu fie transmise mai departe către computerul de bord.

Erorile identificate pot fi inclusiv de pericol de coliziune cu asteroidul. În acest caz, centrul de comandă aflat pe Pământ va ghida Hera sau în situații de urgență, unde comunicațiile nu pot fi suficient de rapide, misiunea intră pe pilot automat.

ESA - Science Office

Satelitul Juventas este parțial realizat în România

Inovația românească va fi prezentă și pe sarcina utilă a misiunii Hera, extrem de importantă pentru mai buna cunoaștere a asteroizilor: Juventas. Acesta este un satelit de dimensiuni reduse - un CubeSat - care se va lansa de pe nava principală și va ajunge la asteroidul țintă, pentru a-l studia îndeaproape.

Odată ajuns pe orbită în jurul corpului său țintă, Juventas va deschide o antenă mai mare decât dimensiunea sa, pentru a efectua primul sondaj radar subteran al unui asteroid. Semnalele radar ar trebui să ajungă până la o adâncime de 100 de metri, oferind informații despre structura internă a asteroidului. De asemenea, în timpul zborului, Juventas va aduna informații despre câmpul gravitațional al asteroidului, iar în final va asoliza pe asteroid, dacă vor fi condițiile necesare. Acest ultim pas ne va oferi informații despre forța impactului, ricoșeul și suprafața asteroidului.

Toate acestea vor fi posibile datorită contribuției românești. Juventas va folosi aceeași tehnologie românească pentru ghidare și navigație ca Hera, dar mai mult de atât, o treime din Juventas este realizat în țara noastră. "Echipa din România este responsabilă de definirea misiunii, alegerea orbitelor operaționale și planificarea misiunii pas cu pas, de la lansarea de pe Hera pana la asolizare pe asteroid," spune Iulian-Emil Juhasz.

Sursă: GMV România

Sistem experimental unic în Europa: rapiditatea de calcul, îmbunătățită de 200 de ori

În misiunile spațiale, spațiul fizic este extrem de prețios. Pentru ca misiunea Hera să funcționeze la cei mai înalți parametri, să colecteze și să proceseze datele primite, aceasta are nevoie de o putere de calcul extrem de mare, pentru care are la dispoziție componente de dimensiuni foarte mici și o cantitate de energie redusă. Însă și în acest caz, o inovație a echipei din România va permite accelerarea de până la 200 de ori a vitezei de calcul. Hera va fi prima misiune europeană care testează acest sistem, încărcat la bord ca și sarcină utilă.

Practic, echipa a adăugat o piesă în plus - un circuit integrat programabil (FPGA, Field Programmable Gate Array) - pentru a prelua o parte din calcule. Rezultatul este similar prezenței unui procesor extrem de puternic, ce consumă mai puțină energie și este de 200 de ori mai performant. Sistemul este integral realizat, testat și calificat de zbor de GMV România alături de parteneri.

În domeniul spațiului, lucrăm cot la cot cu alte țări din Europa

Chiar dacă misiunea Hera are loc în spațiu, o parte din beneficii vor fi resimțite și acasă, în România. În momentul de față, mai există doar patru țări care au dezvoltat această componentă de procesare de imagini în spațiu: Spania, Franța, Marea Britanie și Grecia. Componenta este esențială în misiuni spațiale, astfel încât cunoștințele și know-how-ul dobândite acum vor fi folositoare într-un portofoliu larg de activități spațiale: misiuni lunare, misiuni pe Marte, eliminarea deșeurilor spațiale cu mijloace active, servicii de mentenanță orbitală, servicii de asamblare pe orbită.

În plus, România își consolidează reputația în cercetarea și dezvoltarea din domeniul spațial. "E unul dintre puținele domenii unde putem spune că lucrăm cot la cot cu țările din Europa", este de părere Cristian-Corneliu Chițu. "Partea de R&D este văzută la fel de bine ca oriunde altundeva în Europa."

De altfel, progresele înregistrate în procesarea de imagini, pe care se bazează navigația misiunii Hera, pot fi preluate și în alte industrii. "Preluăm tehnologii terestre, le îmbunătățim și apoi le reintegrăm în tehnologiile comerciale de pe Pământ. E un sistem spirală prin care evoluăm." Tehnologiile dezvoltate ar putea fi folosite în industrii precum industria auto, pentru îmbunătățirea performanței pilotului automat. Dintr-o perspectivă mai largă, tehnologia va fi de folos în dezvoltarea robotică - de exemplu, accesul în zone dificile precum mine, zone cu radiații sau pur și simplu zone greu accesibile. Procesarea optică joacă un rol important și în mișcarea autonomă a roboților în depozite, prin recunoaștere de repere, sau dezvoltarea roboților care lucrează pe liniile de asamblare și care trebuie să fie capabili să numere, să mute obiecte sau să le sorteze în funcție de culori sau forme.

În prezent, GMV are o echipă de 20 de oameni care lucrează pe proiect, un număr dublu de angajați față de momentul începerii proiectului. "Încă avem poziții deschise și suntem într-o permanentă căutare de experți și tineri absolvenți", spune Cristian-Corneliu Chițu. Cei interesați pot consulta site-ul de cariere al GMV, selectând România. Domeniile vizate sunt aeronave, inginerie aerospațială, electronică și telecomunicații, științe, matematică-informatică, inteligență artificială, geodezie etc.

Credit imagine principală: ESA - ScienceOffice.org

Public link

Please use the above public link if you want to share this noodl on another website.