Že jste o softwaru GIANT ještě neslyšeli? Možná je to tím, že se jeho název zmiňoval jen minimálně. O jeho praktické aplikaci jste však pravděpodobně slyšeli. Byl to právě tento výtvor expertů z Goddardova střediska, který metodou optické navigace dokázal navést sondu OSIRIS-REx k planetce Bennu. Vědci již mohou vzorky z této planetky studovat na Zemi, kam je sonda dopravila, ale ani na program GIANT se nezapomnělo. Vývojáři jej dále vyvíjejí, přidávají funkce a zlepšují jeho užitečnost pro jeho použití na budoucích misích – ať už robotických či pilotovaných.

Tým optické navigace na Goddardově středisku v marylandském Greenbeltu sloužil jako záloha navigačních zdrojů sondy OSIRIS-REx, která mířila k blízkozemní planetce Bennu. Mohli tak kontrolovat práci primárního navigačního týmu a prokázat funkčnost navigace podle vizuálních dat. Optická navigace může využívat údaje z kamer, lidaru, či dalších senzorů k navigaci podobně, jako to dělají lidé. Tato špičková technologie funguje tak, že například kamera pořídí snímek cílového tělesa (u sondy OSIRIS-REx to byla planetka Bennu) a software poté identifikuje povrchové útvary. Na základě analýzy snímků dokáže program poskytnout třeba přesné údaje o vzdálenosti sondy od cíle, ale také vytvořit trojrozměrnou mapu potenciálních přistávacích oblastí a s nimi spojených rizik. Kromě toho je také možné analyzovat rotující objekt a určit jeho hmotnost i těžiště. Právě to jsou kriticky důležité údaje pro misi, která má vstoupit na oběžnou dráhu kolem takového objektu.

„Palubní autonomní optická navigace je technologií, která umožňuje realizovat současné i budoucí návrhy misí,“ říká Andrew Liounis, hlavní vývojář programu GIANT s Goddardova střediska a dodává: „Snižuje množství dat, která by se musela posílat na Zemi, čímž hlavně pro menší mise snižuje náklady na komunikaci. Větším misím zase umožňuje odeslat více vědeckých dat. Dochází také ke snížení počtu lidí, kteří jsou na Zemi zapotřebí k určování oběžné dráhy a navigaci.“ Když sonda OSIRIS-REx pobývala na oběžné dráze planetky Bennu, dokázal systém GIANT identifikovat kousky, které byly vyvrženy z povrchu. Tým optické navigace využil snímky k výpočtu pohybu a hmotnosti těchto kusů, což ve výsledku pomohlo určit, že nepředstavují pro sondu žádné významné riziko.

Tento snímek zachycující výron materiálu z 19. ledna 2019 vznikl ze dvou fotek kamer NavCam. První měla krátký expoziční čas (1,4 ms) a jejím úkolem bylo zachytit dobře povrch asteroidu. Druhý snímek měl expoziční čas delší (5 sekund), aby byly lépe vidět vyvržené úlomky. Obě vrstvy prošly i dalšími úpravami jako je třeba přizpůsobení kontrastu a jasu.
Zdroj: https://www.asteroidmission.org

Od té doby Andrew Liounis a jeho kolegové stále vylepšují a rozšiřují soubor softwarových utilit a skriptů, které tvoří páteř systému GIANT. Novinky obsahují také open-sourcové verze softwaru, které jsou zveřejňovány zájemcům z řad veřejnosti. Mezi novinkami najdeme také schopnost navigace v hlubokém vesmíru podle pozorování hvězd, Slunce a objektů Sluneční soustavy. Experti nyní pracují na zeštíhleném balíčku, ketrý by měl pomoci s autonomními činnostmi v průběhu celého životního cyklu kosmické mise. „Kromě toho se těšíme, až využijeme GIANT ke zpracování dat ze sondy Cassini, na což se chystáme ve spolupráci s partnery z University of Maryland, abychom studovali interakci Saturnu s jeho měsíci,“ dodal Liounis. Další inovátoři jako třeba Alvin Yew z Goddardova střediska se snaží upravit software tak, aby mohl pomáhat roverům i lidem na povrchu Měsíce či jiných planet.

Krátce poté, co sonda OSIRIS-REx opustila planetku Bennu, tým zveřejnil upravenou open-sourcovou verzi zájemcům z řad veřejnosti. „Nosili jsme v hlavách mnoho změn, které by uživateli usnadnily práci, a o několik změn, které by zefektivnily jeho fungování,“ vzpomíná Liounis. Stážista se poté postaral o úpravu kódu tak, aby při pozemském využití využíval grafické procesory, což výrazně zlepšilo zpracování. Zjednodušená verze cGIANT spolupracuje se softwarovým balíčkem z Goddardova střediska autoNGC pro autonomní navigaci, navádění a řízení tak dobře, že může mít zásadní význam pro malé i velké mise, řekl Liounis.

Právě on a kolega Chris Gnam vytvořili rozšíření, které může sondě poskytovat údaje pro manévry podle údajů, které vyčte ze snímků hvězd, planet, planetek, či Slunce. Tradiční navigace v hlubším vesmíru využívá k určení pozice, rychlosti a vzdálenosti od země rádiové signály. Snížení závislosti misí na komunikační síti Deep Space Network umožní uvolnit cenné zdroje, o které se bude muset dělit mnoho budoucích misí, upřesnil Gnam. Vývojáři však ještě s projektem nekončí. Tým věří, že se mu podaří vyvinout plánovací pomůcky, které by řídícím týmům jednotlivých misí umožnily naplánovat letovou trajektorii a oběžnou dráhu v rámci programu GIANT, což by zjednodušilo návrh mise.

„U mise OSIRIS-REx trvalo naplánování trajektorie či oběžné dráhy až tři měsíce,“ vzpomíná Liounis a dodává: „Nyní jsme schopni tuto dobu zkrátit na přibližně týden výpočetního času.“ Jejich inovativní přístup si vysloužil trvalou podporu programu vnitřního výzkumu  vývoje Goddardova střediska, jednotlivých misí i programu NASA pro kosmickou komunikaci a navigaci. „S tím, jak se koncepty misí stávají stále složitějšími, bude se optická navigace stávat stále větší nezbytností v balíčku navigačních metod,“ uzavřel Liounis.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.sciencenews.org/sites/default/files/2018/08/main/blogposts/082418_LG_OSIRIS-REX_main.jpg
https://www.asteroidmission.org/wp-content/uploads/2019/03/Bennu-Particle-Ejection-Event-20190119.jpg