Den kanadensiska rymdorganisationens astronaut David Saint-Jacques håller i kameraenheten för Moon Imagery-undersökningen i rymdstationens kupol. Kredit:NASA
På sitt uppdrag till månen är NASA:s Orion-farkost utformad för att använda NASA:s Near Space Network och Deep Space Network för att navigera. Men om farkosten förlorar kommunikationen med marken eller nätverken, kan besättningar använda ett backup-autonomt navigationssystem som kallas Optical Navigation (OpNav). Detta system analyserar bilder av månen eller jorden tagna från rymdfarkosten för att bestämma dess position i förhållande till någon av dessa två kroppar.
En utredning som för närvarande pågår ombord på den internationella rymdstationen hjälper utvecklarna av OpNav att finjustera systemet för att säkerställa att besättningarna återvänder hem säkert. Moon Imagery-undersökningen använder fotografier av månen tagna från rymdstationen för att kalibrera systemprogramvaran.
"Rymdstationen ger oss en plattform för att samla in bilder av månen utan störningar från jordens atmosfär", säger chefsutredaren Steve Lockhart vid NASA:s Johnson Space Center i Houston. "Vi kan få ganska bra bilder från marken, speciellt när månen är nära full och högt på himlen. Utmaningen är att få tydliga bilder av månen i dess mycket tunna faser. Eftersom den är nära solen då, himlen är bara tillräckligt mörk för att få bilder när månen är nära horisonten och då tittar du genom mycket atmosfär."
Utredningen använder två kameror monterade på en platta och förskjutna cirka 20 grader från varandra. Plattan är installerad i stationens kupol, en observationsmodul med sju fönster, och kamerorna pekar ut ett av fönstren som har rent glas för bästa sikt. Den ena kameran tar bilder av stjärnorna och den andra tar bilder av specificerade utsikter över månen. Varje specifik vy är endast tillgänglig en gång i månaden under ett kort fönster på fyra minuter. Programvaran använder sedan algoritmer för att analysera dessa bilder och bestämma farkostens position i rymden.
"Vi vet var rymdstationen är hela tiden och var den var när ett visst foto togs baserat på tiden det togs", säger Lockhart. "Algorithmen talar om för oss var den tror att stationen är och vi kan jämföra det med den faktiska kända platsen för att bedöma noggrannheten i vårt system."
Systemet är automatiserat, tillägger han. Rymdstationens besättning beordrar helt enkelt kameran att peka på jorden eller månen, beroende på vilket som är det lämpligaste målet för tillfället, för att ta en serie bilder i någon timme.
Den här bilden är en sammansättning av många individuella bilder som tagits under en Moon Imagery-session, där månen spårar anarc genom kamerans synfält. En överlagd bild tagen när solen började lysa upp atmosfären indikerar jordens läge i förhållande till månens spår och en förstorad bild av månen lades också till. Kredit:NASA/Steve Lockhart
Besättningsmedlemmar har nu genomfört fyra omgångar av undersökningen och fotograferat en hel 29-dagarscykel av månens faser.
Bilder från den senaste körningen i maj fångade olika exponeringar, från mycket underexponerade till mycket överexponerade. Forskare planerar att analysera dessa bilder för att se om de kan användas för att bestämma räckvidd och bäring från rymdstationen och, utifrån det, en rymdfarkosts plats, såsom Orions position mellan månen och jorden.
Den körningen fångade också en mycket tunn halvmåne, ett av de mest utmanande förhållandena för systemets bildbehandlingsalgoritmer. Teamet kan förbättra framtida versioner av algoritmen baserat på hur systemet hanterar detta utmanande månskede, ett av flera mål för det kommande Artemis I-uppdraget.
Under bankorrigeringsmanövrar kommer OpNav-kameran monterad på utsidan av Orion att ta upprepade mån- och jordbilder i cirka två timmar. Dessa flera bilder bör säkerställa korrekta mätningar av Orions plats i händelse av att backupnavigeringssystemet behövs. Att känna till en rymdfarkosts plats är avgörande för att den säkert ska kunna ta sig tillbaka till jordens atmosfär igen.
Kommunikations- och navigeringsförmåga är en av de nyckelteknologier som behövs för att människor ska kunna utforska längre ut i rymden. Orion är NASA:s nästa generations rymdfarkost, som kan transportera människor till låg omloppsbana runt jorden och bortom, inklusive till månen. Lockhart säger att kommersiella rymdutforskningsföretag också har visat intresse för det autonoma navigationssystemet.
Moon Imagery-undersökningen är ett exempel på hur rymdstationen ger forskare en plattform för att lägga grunden för teknik och demonstrationer som för mänskligheten närmare utforskning av rymden på djupet. + Utforska vidare
