Un nuevo enfoque para reducir el riesgo de perder rovers que funcionan con energía solar en la Luna

La NASA y otras agencias espaciales de todo el mundo envían periódicamente robots y vehículos automatizados al espacio para explorar planetas y otros objetos celestes en nuestro sistema solar. Estas misiones podrían mejorar en gran medida nuestra comprensión del medio ambiente y los recursos en otras partes del sistema solar.

Investigadores del Instituto de Estudios Aeroespaciales de la Universidad de Toronto y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA realizaron recientemente un estudio que explora estrategias de recuperación que podrían mejorar la efectividad y el éxito de las exploraciones lunares utilizando rovers alimentados por energía solar. Su artículo, prepublicado en arXivpresenta un nuevo enfoque que podría ayudar a los rovers que funcionan con energía solar a dejar de manera segura regiones permanentemente sombreadas en la luna.

«En los últimos años, varias naciones han expresado interés en explorar el polo sur lunar, incluidos Estados Unidos, China, India, Rusia y otros», dijo a Phys.org Olivier Lamarre, investigador que dirigió el estudio.

«La mayoría de ellos está planeando usar vehículos móviles con energía solar para explorar áreas que están constantemente en la sombra (llamadas regiones en sombra permanente o PSR, por sus siglas en inglés) que sospechamos que pueden contener grandes cantidades de hielo de agua. La PSR con un vehículo móvil con energía solar es un riesgo. Si el rover se retrasa debido a fallas, es posible que no pueda volver a la luz solar antes de quedarse sin energía».

Los rovers que funcionan con energía solar pueden tener numerosas ventajas en términos de eficiencia energética, pero están limitados por su dependencia de la luz solar para operar. Debido a que algunas regiones de la luna están permanentemente en la sombra, la dependencia de los rovers de la luz solar podría impedirles explorar de manera segura y luego abandonar esas áreas, lo que hace que se queden sin energía durante la misión.

Uno de los principales objetivos del trabajo reciente de Lamarre y sus colegas fue cuantificar la probabilidad de perder rovers que funcionan con energía solar mientras exploraban estas áreas sombreadas en la luna. Además, el equipo quería desarrollar un enfoque que pudiera ayudar a maximizar la probabilidad de que los rovers que funcionan con energía solar completen sus misiones de manera segura.

«Primero, necesitamos definir qué significa que un rover alimentado por energía solar sea ‘seguro’ en el polo sur lunar», explicó Lamarre. «Para hacer esto, prestamos atención a dónde sale el rover de un PSR, a qué hora y cuánta energía le queda a sus baterías. Esto indica si el rover puede hibernar en el lugar antes de la siguiente etapa de su misión (y por lo tanto permanecer ‘ seguro’ hasta entonces). Luego calculamos un método de planificación cruzada en línea que el rover puede seguir desde cualquier estado inicial (incluso dentro de los PSR) para maximizar su probabilidad de supervivencia».

La metodología de planificación descrita por Lamarre y sus colegas se conoce como política de recuperación, ya que es esencialmente una estrategia alternativa que permite que un rover maximice la posibilidad de llegar a la «seguridad» (es decir, las regiones a las que llegará la luz del sol, recargando su batería) . En su artículo, los investigadores demostraron que calcular esta política de recuperación puede ser un desafío en este contexto, ya que requiere varias aproximaciones que, si son demasiado incorrectas, pueden afectar la confiabilidad de las predicciones generales.

«Por ejemplo, el tiempo es una dimensión continua de nuestro espacio estatal que necesita ser discretizado», dijo Lamarre.

«Necesitamos asegurarnos de que esta aproximación/discretización no distorsione peligrosamente las predicciones sobre la probabilidad de falla. En el polo sur lunar, la iluminación solar es altamente dinámica; las montañas y los cráteres cercanos pueden proyectar grandes sombras en la superficie. Si el rover está un poco por detrás de lo que supone la política (aproximada), es posible que se pierda un período crítico de carga solar. Lo mismo es cierto si está un poco por delante de lo que supone la política».

Debido a que estas aproximaciones de tiempo influyen en gran medida en la confiabilidad de las políticas de recuperación de los vehículos solares, Lamarre y sus colegas las mantuvieron muy conservadoras. En última instancia, esto minimiza el riesgo de falla al tiempo que aumenta la probabilidad de que la política permanezca segura durante las misiones del mundo real.

«Creemos que este enfoque es útil de varias maneras», dijo Lamarre. «Primero, representa un paso hacia los algoritmos de planificación de movilidad autónoma de largo alcance que representan (o razonan) de forma proactiva el riesgo con los rovers que funcionan con energía solar. Además, nuestra técnica podría convertirse en una herramienta útil para los operadores humanos a medida que formulan nuevas misiones de rover para el polo sur lunar (se puede usar para la selección del lugar de aterrizaje, la planificación transversal global y la predicción de riesgos, y más), o incluso para apoyar una misión en curso a través de la tierra en la operación de bucle».

En el futuro, la política de recuperación introducida por este equipo de investigadores podría aplicarse a misiones de exploración del mundo real a la luna, para reducir el riesgo de perder rovers que funcionan con energía solar en regiones sombreadas. Como el estudio reciente se llevó a cabo en colaboración con el JPL de la NASA, el enfoque pronto podría probarse en varios escenarios lunares realistas.

«Hasta ahora, hemos probado nuestro enfoque usando datos orbitales del cráter Cabeus, pero esperamos usar los mapas de iluminación solar personalizados de la NASA y aplicar nuestra técnica a muchas otras áreas del polo sur lunar que algún día serán visitadas por robots o personas tripuladas. misiones, como los cráteres Shackleton, Faustini, Nobile, Haworth y Shoemaker», agregó Lamarre. «Además, actualmente estamos trabajando en una nueva generación de algoritmos de navegación de largo alcance que predicen riesgos para la exploración del polo sur lunar con rovers que funcionan con energía solar».