¿Qué información de navegación natural está disponible para un retorno autónomo del EM-1 de SLS?

Esta respuesta detalla algunos de los requisitos que deberían cumplirse si la Misión de exploración 1 planificada del Sistema de lanzamiento espacial tuviera clasificación humana.

He recortado aún más esa selección truncada del documento Requisitos de calificación humana para sistemas espaciales a cuatro elementos que mencionan la operación autónoma en el caso de algún evento catastrófico en particular.

Suponga que ocurrió un evento catastrófico hipotético artificial que bloqueó la telemetría y cualquier GNSS de la Tierra e introdujo cambios pequeños pero no cuantificados en el rumbo, a medida que la nave espacial se acercaba a la luna. Aquí, "no cuantificado" significa que, por alguna razón, el excelente sistema de guía inercial no pudo registrar con precisión algún impulso de propulsión sustancial.

Pregunta: ¿Qué información de navegación natural podría usar el sistema de navegación para dar la vuelta a la luna de manera autónoma y segura y regresar a la Tierra para un reingreso y aterrizaje seguro y exitoso?

nota: el escenario no pretende ser una situación realista, sino solo ayudar a preparar el escenario para una pregunta hipotética; si una nave espacial se encontrara repentinamente en el sistema Tierra-Luna, ¿podría deducir su vector de estado y navegar hasta un aterrizaje sin "ayuda"?

Me viene a la mente cámaras + procesamiento de imágenes, pero tendrían que calibrarse cuidadosamente para permitir la eventual regeneración de vectores de estado precisos. También me viene a la mente la sincronización del radar de la superficie lunar durante el paso cercano. ¿Son estos lo suficientemente precisos como para ejecutar un reingreso seguro, o se necesita más?

Estoy tratando de entender qué información de navegación natural está disponible en el espacio cislunar que facilitaría la planificación y ejecución 100% autónoma de una nave espacial de un regreso seguro si los datos artificiales de la tierra (telemetría, GNSS, etc.) no estuvieran disponibles y la guía inercial los datos históricos eran imperfectos.


Las correcciones GNSS están potencialmente disponibles de manera intermitente para naves espaciales en el espacio cislunar, vea las respuestas asociadas con esta y esta y esta pregunta.


3.2 Requisitos de seguridad del sistema (subconjunto extremadamente 'recortado' de los mismos)

[...]

3.2.11 El sistema espacial tripulado deberá proporcionar la capacidad para la operación autónoma de las funciones del sistema y subsistema que, si se pierden, resultarían en un evento catastrófico (Requisito 58576).

[...]

y

3.6 Requisitos de supervivencia/cancelación de la tripulación

[...]

3.6.2 Sistemas de órbita terrestre

3.6.2.1 El sistema espacial tripulado deberá proporcionar la capacidad de abortar de forma autónoma la misión desde la órbita terrestre al apuntar y realizar una salida de órbita para un aterrizaje seguro en la Tierra (Requisito 58625).

3.6.3 Tierra - Tránsito Lunar y Sistemas de Órbita Lunar

3.6.3.1 El sistema espacial tripulado deberá brindar la capacidad de abortar la misión de manera autónoma durante el tránsito lunar y desde la órbita lunar mediante la ejecución de un regreso seguro a la Tierra (Requisito 58627).

3.6.4 Sistemas de descenso lunar

3.6.4.1 El sistema espacial tripulado proporcionará la capacidad de abortar de forma autónoma el descenso lunar y ejecutar todas las operaciones necesarias para un regreso seguro a la Tierra (Requisito 58629).

[...]

Estás postulando (creo) al menos tres fallas independientes. Los vehículos clasificados para humanos deben ser robustos contra dos fallas independientes, pero no contra tres o más.
@DavidHammen Mi "evento catastrófico hipotético e inventado" ficticio solo estaba destinado a preparar el escenario para la pregunta de comprender el "reino de lo posible" en la navegación, y no para explorar desde una perspectiva real de análisis de fallas. Lo señalaré más claramente en la pregunta, ¡gracias!

Respuestas (1)

La navegación óptica sería más que suficiente. Imágenes de la Luna y la Tierra contra estrellas clave, un reloj y una computadora es todo lo que necesita. Apollo tenía un sistema de este tipo como respaldo, que se utilizó para verificar los resultados del seguimiento en tierra.

Este es el sextante Apolo:

Sextante Apolo

La definición de "autónomo" en el documento es:

Autónomo: Capacidad de un sistema espacial para realizar operaciones independientes de cualquier sistema basado en la Tierra. Esto incluye la falta de comunicación o apoyo en tiempo real desde el control de la misión u otros sistemas de la Tierra.

Entonces, de hecho, la determinación de la órbita debería ser posible utilizando solo los recursos a bordo. Aunque debe poder mirar a la Tierra, es de esperar que la Tierra en sí no se considere un sistema terrestre.

Ese sextante es algo hermoso. Tendré que leer más al respecto. Al acercarse a la Luna (para la órbita) o la Tierra (para el aterrizaje), ¿podría el reconocimiento de patrones en varios lugares con alta resolución y/o un arco terminador considerable reemplazar potencialmente la necesidad de las estrellas en esos momentos?
Ver también "¿Por qué los astronautas usan parches en los ojos en el espacio?" en Vintage Space- youtu.be/X2J-5QJC1qc
@oefe Ah! Esto está empezando a volver a mí ahora. He visto un documental de los primeros días de investigación de este tipo de navegación en el MIT. Sí, lo buscaré. ¡Gracias por señalar esto!
@oefe El documental: youtu.be/xQ1O0XR_cA0 Esta es una buena explicación de cómo se planeó una función de sextante digital: cf 03:00 a 10:00 youtu.be/YIBhPsyYCiM
De alguna manera tengo la sensación de que si la Tierra se va, la navegación va a ser el menor de tus problemas :-D
Sextante Apolo, más fotos: airandspace.si.edu/collection-objects/…
@JörgWMittag "...*evento catastrófico...que bloqueó la telemetría y cualquier GNSS*..." La Tierra no se ha ido. Imagine algo "...*ideal, hipotético*..." relacionado con partículas electromagnéticas o cargadas, o un mal funcionamiento de los sistemas, o pérdida de antenas... No importa en lo que respecta a la pregunta.
@uhoh: El mismo contratista suministró los diodos a todas las radios de Apolo y fallaron después de 3 días en caída libre.