Navigare nello spazio
La navigazione dei veicoli spaziali viene eseguita principalmente dal suolo, dove stazioni di localizzazione consentono di raccogliere ed elaborare le informazioni sulla distanza e la velocità ai fini della determinazione dell’orbita. La navigazione terrestre, che offre risultati estremamente accurati, rappresenta un metodo costoso che richiede contatti continui, nonché tempi prolungati per la trasmissione dei dati al veicolo spaziale. Di conseguenza, il sistema si rivela inadatto per esplorazioni spaziali approfondite nell’ambito delle quali sono necessarie azioni immediate (ad esempio, durante la fase di atterraggio). Nel caso di missioni di esplorazione spaziale durante le quali vengono condotti a destinazione veicoli robotici che inviano campioni sulla Terra, anche la massa da lanciare e da inviare in orbita rappresenta un aspetto di importanza cruciale. Il progetto SINPLEX (“Small integrated navigator for planetary exploration”), finanziato dall’UE, si prefigge l’obiettivo di ridurre in modo significativo la massa del sottosistema di navigazione. I ricercatori di SINPLEX hanno ideato un sistema di navigazione autonomo, leggero e integrato, costituito da un localizzatore stellare, un altimetro laser, una videocamera, un sistema di misurazione inerziale e un computer di bordo. La miniaturizzazione delle componenti hardware dei sensori e la fusione dei dati all’interno di un filtro di Kalman hanno consentito di ridurre la massa mantenendo nel contempo prestazioni elevate. Per la creazione di un alloggiamento di alluminio estremamente compatto per i sensori, è stata prevista una combinazione di sistemi di stampa 3D e tecniche di microfusione. Enormi risparmi in termini di massa e un elevato livello di integrazione funzionale delle componenti hardware dei sensori rientrano tra i principali vantaggi offerti dalla tecnologia. Il modello di volo, che presenta una massa inferiore a 6 kg, è stato progettato per consentire ai veicoli spaziali di atterrare su un asteroide o una luna oppure di afferrare un contenitore dei campioni in orbita. Un modello del sistema SINPLEX su telaio grande è stato sottoposto a intense attività di testing allo scopo di caratterizzare la risposta del singolo sensore, nonché il suo effetto sulle prestazioni complessive del sistema. Sono state quindi condotte prove hardware-in-the-loop finalizzate alla valutazione delle prestazioni del sistema in termini di navigazione con traiettorie di volo nello spazio esemplari e alla dimostrazione della relativa applicabilità nell’ambito della navigazione autonoma. Dai risultati dei test è emerso che la tecnologia SINPLEX potrebbe rivelarsi un potente sistema di navigazione in grado di garantire drastiche riduzioni della massa rispetto a una suite di componenti commerciali disponibili sul mercato con prestazioni simili. Sono già in corso numerosi interventi di potenziamento delle prestazioni del sistema che ci consentiranno di farci largo nello spazio.
Parole chiave
Veicolo spaziale, sistema di navigazione, esplorazione spaziale, esplorazione planetaria, filtro di Kalman