CAPSTONE da NASA conclui missão estendida de testes de tecnologias lunares

À medida que a NASA se prepara para uma presença humana sustentada na Lua, as missões exigirão cada vez mais naves espaciais que possam navegar e comunicar sem uma ligação direta à Terra.

Experimento de operações e navegação de tecnologia do sistema de posicionamento autônomo Cislunar da NASA, ou PEDRA CAPITALvalidou e aprimorou esses recursos.

Projetado para testar e validar tecnologias em órbita lunar, o CAPSTONE foi lançado em junho de 2022 e se tornou a primeira missão comercial dos EUA na Lua. A espaçonave testou operações em órbitas de três corpos ao redor da Lua, usando a gravidade combinada da Terra e da Lua para reduzir o combustível necessário para manter uma trajetória lunar estável. Tornou-se a primeira espaçonave a voar e caracterizar esta órbita para futuras missões científicas e de exploração. De propriedade e operada pela Advanced Space, a espaçonave do tamanho de micro-ondas recebeu então uma extensão de missão de 15 meses, tornando-se um ambiente de teste para comunicações avançadas, redes, navegação autônoma e tecnologias de satélite definidas por software.

Em vez de lançar um novo satélite, a Diretoria de Missão de Pesquisa e Tecnologia da NASA demonstrou que o hardware existente do CAPSTONE poderia hospedar novas aplicações após o lançamento, transformando a espaçonave em uma plataforma de demonstração de tecnologia lunar flexível e econômica. da NASA VARREDURA A Divisão (Comunicações e Navegação Espacial) agora usará os dados para demonstrar técnicas inovadoras de rede e navegação em experimentos futuros.

“Operar múltiplos experimentos simultaneamente a bordo da mesma espaçonave permite que a NASA avalie como essas tecnologias funcionam juntas em um ambiente lunar real”, disse Greg Stover, diretor da Divisão de Pesquisa Avançada e Tecnologia da Diretoria de Missão de Pesquisa e Tecnologia da NASA na sede da NASA em Washington. “Os investimentos em operações autónomas e infraestruturas de comunicações resilientes são essenciais para garantir a liderança dos EUA à medida que a atividade em torno da Lua continua a aumentar.”

Dois experimentos a bordo do CAPSTONE usaram infraestrutura definida por software para avançar em duas missões futuras essenciais: navegação autônoma e comunicações no espaço profundo. O software autônomo de Navegação, Orientação e Controle, ou autoNGC, foi projetado para permitir que uma espaçonave determine onde está, para onde está indo e como chegar onde precisa estar, sem esperar por instruções do solo. Embora partes do software já tivessem voado na órbita da Terra, CAPSTONE marcou a primeira vez que o autoNGC foi testado na Lua.

“Para realmente demonstrar que algo funciona, é preciso voá-lo”, disse Sun Hur-Diaz, investigador principal do projeto de desenvolvimento de tecnologia autoNGC no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “O ambiente real é fundamental.”

Os pesquisadores também avaliaram o desempenho do autoNGC com contato limitado com a Terra. Enquanto a NASA Rede do Espaço Profundo antenas apoiavam o voo de teste tripulado do Artemis II ao redor da Lua, a janela de comunicações do CAPSTONE caiu para apenas algumas passagens por semana.

Essas lacunas se tornaram um dos testes mais valiosos do experimento. Sem dados da Terra, o autoNGC determinou a localização do CAPSTONE usando uma câmera rastreadora de estrelas a bordo para obter imagens da Lua, da Terra e de outros corpos celestes. O sistema baseado em câmeras, conhecido como navegação óptica, às vezes superou os métodos terrestres para navegação a bordo em tempo real, avançando tecnologias para futuras missões no espaço profundo.

Juntamente com os testes de navegação autônoma, o CAPSTONE também testou rede tolerante a atrasos/interrupções (DTN), uma arquitetura de comunicações projetada para o espaço profundo. Ao contrário dos sistemas de Internet baseados na Terra, as comunicações no espaço profundo devem funcionar apesar dos longos atrasos e das frequentes lacunas de sinal. O sistema DTN aborda esses desafios armazenando informações na espaçonave quando nenhuma conexão está disponível e encaminhando-as automaticamente assim que as comunicações forem restauradas. Com essas demonstrações, CAPSTONE se tornou o primeiro a voar os mais recentes protocolos DTN além da órbita da Terra e o primeiro a executá-los no principal Flight System da NASA, uma estrutura de código aberto que pode ser implementada em qualquer espaçonave.

Numa demonstração, os engenheiros começaram a transmitir dados do CAPSTONE para a Terra, mas a ligação terminou antes da transferência ser concluída. A espaçonave armazenou os dados restantes até a próxima oportunidade de comunicação e a transmissão foi retomada automaticamente. Cada dado chegou em casa.

“Você pode imaginar um astronauta caminhando atrás de uma colina lunar ou descendo em uma cratera e perdendo temporariamente a conectividade”, disse Ben Anderson, engenheiro de sistemas da Near Space Network no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Esta tecnologia permite que os dados sejam retransmitidos automaticamente assim que as comunicações forem restauradas.”

Além de suas principais conquistas, a segunda vida do CAPSTONE como plataforma de testes definidos por software demonstrou que novas tecnologias podem ser testadas e comprovadas de maneira acessível, diretamente em seu ambiente operacional.

Após quase quatro anos de maturação tecnológica, as atividades da NASA no CAPSTONE foram concluídas em junho de 2026, enquanto a Advanced Space continuará a usar a espaçonave como plataforma de testes de desenvolvimento tecnológico.

A espaçonave CAPSTONE foi projetada e construída pela Terran Orbital e pertence e é operada pela Advanced Space. A Diretoria de Missão de Pesquisa e Tecnologia da NASA gerenciou a missão por meio do programa Small Spacecraft and Distributed Systems, baseado no Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia. Elementos do conjunto de tecnologia CAPSTONE foram apoiados pelo programa de Pesquisa de Inovação para Pequenas Empresas da NASA. As demonstrações autoNGC e DTN conduzidas durante a missão estendida do CAPSTONE foram gerenciadas pela Divisão SCaN da NASA, com sede na sede da NASA em Washington.