La NASA et d’autres agences spatiales du monde entier envoient périodiquement des robots et des véhicules automatisés dans l’espace pour explorer les planètes et autres objets célestes de notre système solaire. Ces missions peuvent grandement améliorer notre compréhension de l’environnement et des ressources dans d’autres parties du système solaire.
Des chercheurs de l’Institut d’études aérospatiales de l’Université de Toronto et du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA ont récemment mené une étude explorant les stratégies de récupération qui pourraient améliorer l’efficacité et le succès des explorations lunaires à l’aide de rovers à énergie solaire. Leur article, prépublié sur arXivintroduit une nouvelle approche qui pourrait aider les rovers à énergie solaire à quitter en toute sécurité les régions ombragées en permanence sur la lune.
« Ces dernières années, plusieurs nations ont manifesté leur intérêt pour l’exploration du pôle sud lunaire, notamment les États-Unis, la Chine, l’Inde, la Russie et d’autres », a déclaré Olivier Lamarre, le chercheur qui a dirigé l’étude, à Phys.org.
« La plupart d’entre eux prévoient d’utiliser des rovers à énergie solaire pour explorer des zones qui sont constamment à l’ombre (appelées régions ombragées en permanence, ou PSR), que nous soupçonnons de contenir de grandes quantités de glace d’eau. Comme on peut l’imaginer, entrer dans un PSR avec un rover à énergie solaire est une entreprise risquée ! Si le rover est retardé par des défauts, il peut ne pas être en mesure de revenir à la lumière du soleil avant de manquer d’énergie.
Les rovers à énergie solaire peuvent présenter de nombreux avantages en termes d’efficacité énergétique, mais ils sont limités par leur dépendance à la lumière du soleil pour fonctionner. Comme certaines régions de la lune sont en permanence dans l’ombre, la dépendance des rovers à la lumière du soleil peut les empêcher d’explorer en toute sécurité puis de quitter ces zones, les obligeant à manquer d’énergie pendant leur mission.
Un objectif clé des travaux récents de Lamarre et de ses collègues était de quantifier la probabilité de perdre des rovers à énergie solaire alors qu’ils explorent ces zones ombragées sur la lune. De plus, l’équipe souhaitait concevoir une approche qui pourrait aider à maximiser la probabilité que les rovers solaires accomplissent leurs missions en toute sécurité.
« Tout d’abord, nous devons définir ce que cela signifie pour un rover à énergie solaire d’être » en sécurité « au pôle sud lunaire », a expliqué Lamarre. « Pour ce faire, nous prêtons attention à l’endroit où le rover sort d’un PSR, à quelle heure et avec la quantité d’énergie restante dans ses batteries. Cela donne une indication pour savoir si le rover peut hiberner sur place avant la prochaine étape de sa mission ( et ainsi, rester « en sécurité » jusque-là). Ensuite, nous calculons une méthode de planification de cheminement en ligne que le rover peut suivre à partir de n’importe quel état de départ (y compris à l’intérieur des PSR) pour maximiser sa probabilité de survie. »
La méthodologie de planification décrite par Lamarre et ses collègues est appelée politique de récupération, car il s’agit essentiellement d’une stratégie de secours qui permet à un rover de maximiser les chances d’atteindre la « sécurité » (c’est-à-dire les régions où la lumière du soleil l’atteindra, rechargeant son batterie). Dans leur article, les chercheurs ont montré que le calcul de cette politique de récupération peut être difficile dans ce contexte, car il nécessite plusieurs approximations qui, si elles sont très incorrectes, peuvent affecter la fiabilité des prévisions globales.
« Par exemple, le temps est une dimension continue de notre espace d’état qui doit être discrétisée », a déclaré Lamarre.
« Nous devons nous assurer que cette approximation/discrétisation ne fausse pas dangereusement les prédictions sur la probabilité d’échec. Au pôle sud lunaire, l’illumination solaire est très dynamique ; les montagnes et les cratères à proximité peuvent projeter de grandes ombres sur la surface. Si le rover est un peu en retard par rapport à ce que la politique (approximative) suppose, il pourrait manquer une période de charge solaire critique. Il en va de même si c’est un peu en avance sur le calendrier par rapport à ce que la politique suppose.
Comme ces approximations temporelles influencent grandement la fiabilité des politiques de récupération des rovers à énergie solaire, Lamarre et ses collègues les ont gardées très conservatrices. Cela minimise finalement le risque d’échec, tout en augmentant la probabilité que la politique reste sûre pendant les missions du monde réel.
« Nous pensons que cette approche est utile à bien des égards », a déclaré Lamarre. « Tout d’abord, cela représente une étape vers des algorithmes de planification de la mobilité autonome à longue portée qui prennent en compte (ou « raisonnent » de manière proactive) le risque avec les rovers à énergie solaire. De plus, notre technique pourrait devenir un outil utile pour les opérateurs humains lorsqu’ils formulent de nouveaux missions de rover au pôle sud lunaire (il pourrait être utilisé pour la sélection du site d’atterrissage, la planification globale de la traversée et la prévision des risques, et plus encore), ou même soutenir une mission en cours à travers le sol dans l’opération de boucle.
À l’avenir, la politique de récupération introduite par cette équipe de chercheurs pourrait être appliquée à des missions d’exploration du monde réel sur la Lune, afin de réduire le risque de perdre des rovers à énergie solaire dans des régions ombragées. Comme la récente étude a été menée en collaboration avec le JPL de la NASA, l’approche pourrait bientôt être testée dans divers scénarios lunaires réalistes.
« Jusqu’à présent, nous avons testé notre approche en utilisant les données orbitales du cratère Cabeus, mais nous espérons utiliser les cartes d’illumination solaire personnalisées de la NASA et appliquer notre technique dans de nombreuses autres zones du pôle sud lunaire qui, un jour, seront visitées par des robots. ou des missions avec équipage, telles que Shackleton, Faustini, Nobile, Haworth et Shoemaker Craters », a ajouté Lamarre. « De plus, nous travaillons actuellement sur une nouvelle génération d’algorithmes de navigation à longue portée prédictifs des risques pour l’exploration du pôle sud lunaire avec des rovers à énergie solaire. »
Plus d’information:
Olivier Lamarre et al, Politiques de récupération pour une exploration sûre des régions lunaires ombragées en permanence par un rover à énergie solaire, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2307.16786
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