Lors de sa mission sur la Lune, le vaisseau spatial Orion de la NASA est conçu pour utiliser le réseau spatial proche et le réseau spatial profond de la NASA pour naviguer. Mais si l’engin perd la communication avec le sol ou les réseaux, les équipages peuvent utiliser un système de navigation autonome de secours appelé Navigation optique (OpNav). Ce système analyse les images de la Lune ou de la Terre prises depuis le vaisseau spatial pour déterminer sa position par rapport à l’un ou l’autre de ces deux corps.
Une enquête actuellement en cours à bord de la Station spatiale internationale aide les développeurs d’OpNav à affiner le système pour s’assurer que les équipages rentrent chez eux en toute sécurité. L’enquête Moon Imagery utilise des photographies de la Lune prises depuis la station spatiale pour calibrer le logiciel du système.
« La station spatiale nous offre une plate-forme pour collecter des images de la Lune sans interférence de l’atmosphère terrestre », explique Steve Lockhart, chercheur principal au Johnson Space Center de la NASA à Houston. « Nous pouvons obtenir des images assez décentes du sol, en particulier lorsque la Lune est presque pleine et haute dans le ciel. Le défi consiste à obtenir des images claires de la Lune dans ses phases très fines. Parce qu’elle est alors proche du Soleil, le ciel est seulement assez sombre pour obtenir des images lorsque la Lune est proche de l’horizon, et alors vous regardez à travers beaucoup d’atmosphère. »
L’enquête utilise deux caméras montées sur une plaque et décalées d’environ 20 degrés l’une de l’autre. La plaque est installée dans la coupole de la station, un module d’observation à sept fenêtres, et les caméras pointent l’une des fenêtres qui a du verre pur pour la vue la plus claire. Une caméra capture des images des étoiles et l’autre prend des photos de vues spécifiques de la Lune. Chaque vue spécifique n’est disponible qu’une fois par mois pendant une courte fenêtre de quatre minutes. Le logiciel utilise ensuite des algorithmes pour analyser ces images et déterminer la position de l’engin dans l’espace.
« Nous savons où se trouve la station spatiale à tout moment et où elle se trouvait lorsqu’une photo particulière a été prise en fonction de l’heure à laquelle elle a été prise », explique Lockhart. « L’algorithme nous dit où il pense que la station se trouve et nous pouvons le comparer à l’emplacement réel connu pour juger de la précision de notre système. »
Le système est automatisé, ajoute-t-il. L’équipage de la station spatiale ordonne simplement à l’appareil photo de pointer vers la Terre ou la Lune, selon la cible la plus appropriée à ce moment-là, pour prendre une série de photos pendant environ une heure.
Les membres de l’équipage ont maintenant mené quatre séries d’enquêtes, photographiant un cycle complet de 29 jours des phases de la Lune.
Les images de la dernière série en mai ont capturé différentes expositions, de très sous-exposées à très surexposées. Les chercheurs prévoient d’analyser ces images pour voir si elles peuvent être utilisées pour déterminer la distance et le relèvement de la station spatiale et, à partir de là, l’emplacement d’un vaisseau spatial, comme la position d’Orion entre la Lune et la Terre.
Cette course a également capturé un croissant de lune très mince, l’une des conditions les plus difficiles pour les algorithmes de traitement d’image du système. L’équipe peut améliorer les futures versions de l’algorithme en fonction de la façon dont le système gère cette étape difficile de la Lune, l’un des nombreux objectifs de la prochaine mission Artemis I.
Lors des manœuvres de correction de trajectoire, la caméra OpNav montée à l’extérieur d’Orion prendra des images répétées de la Lune et de la Terre pendant environ deux heures. Ces multiples images devraient garantir des mesures précises de l’emplacement d’Orion au cas où le système de navigation de secours serait nécessaire. Connaître avec précision l’emplacement d’un vaisseau spatial est essentiel pour le guider en toute sécurité vers sa rentrée dans l’atmosphère terrestre.
La capacité de communication et de navigation est l’une des technologies clés dont les humains ont besoin pour explorer plus loin dans l’espace. Orion est le vaisseau spatial de nouvelle génération de la NASA, capable de transporter des humains en orbite terrestre basse et au-delà, y compris vers la Lune. Lockhart dit que les sociétés commerciales d’exploration spatiale ont également manifesté leur intérêt pour le système de navigation autonome.
L’enquête Moon Imagery est un exemple de la façon dont la station spatiale fournit aux chercheurs une plate-forme pour jeter les bases de technologies et de démonstrations qui rapprochent l’humanité de l’exploration de l’espace lointain.