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Apr 04, 2024

Un nuevo enfoque para reducir el riesgo de perder energía solar

Artículo del 20 de agosto de 2023 Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la calidad del contenido.

Característica del 20 de agosto de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

La NASA y otras agencias espaciales de todo el mundo envían periódicamente robots y vehículos automatizados al espacio para explorar planetas y otros objetos celestes de nuestro sistema solar. Estas misiones pueden mejorar enormemente nuestra comprensión del medio ambiente y los recursos en otras partes del sistema solar.

Investigadores del Instituto de Estudios Aeroespaciales de la Universidad de Toronto y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA llevaron a cabo recientemente un estudio que explora estrategias de recuperación que podrían mejorar la efectividad y el éxito de las exploraciones lunares utilizando vehículos exploradores propulsados ​​por energía solar. Su artículo, prepublicado en arXiv, presenta un nuevo enfoque que podría ayudar a los rovers propulsados ​​por energía solar a abandonar de forma segura las regiones permanentemente sombreadas de la Luna.

"En los últimos años, varias naciones han expresado interés en explorar el polo sur lunar, incluidos Estados Unidos, China, India, Rusia y otros", dijo a Phys.org Olivier Lamarre, el investigador que dirigió el estudio.

"La mayoría de ellos planean utilizar vehículos exploradores alimentados por energía solar para explorar áreas que están constantemente en la sombra (llamadas regiones permanentemente sombreadas o PSR), que sospechamos que podrían contener grandes cantidades de hielo de agua. Como se puede imaginar, entrar en una PSR ¡Con un rover alimentado por energía solar es una tarea arriesgada! Si el rover se retrasa debido a fallas, es posible que no pueda regresar a la luz del sol antes de quedarse sin energía".

Los vehículos móviles que funcionan con energía solar pueden tener numerosas ventajas en términos de eficiencia energética, pero están limitados por su dependencia de la luz solar para funcionar. Como algunas regiones de la Luna están permanentemente en la sombra, la dependencia de los rovers de la luz solar puede impedirles explorar con seguridad y luego abandonar estas áreas, provocando que se queden sin energía durante su misión.

Un objetivo clave del reciente trabajo de Lamarre y sus colegas fue cuantificar la probabilidad de perder vehículos exploradores impulsados ​​por energía solar mientras exploran estas áreas sombreadas de la Luna. Además, el equipo deseaba idear un enfoque que pudiera ayudar a maximizar la probabilidad de que los rovers propulsados ​​por energía solar completaran sus misiones de forma segura.

"En primer lugar, debemos definir qué significa que un vehículo de exploración impulsado por energía solar esté 'seguro' en el polo sur lunar", explicó Lamarre. "Para hacer esto, prestamos atención a dónde sale el rover de un PSR, a qué hora y con cuánta energía queda en sus baterías. Esto da una indicación de si el rover puede hibernar en el lugar antes del siguiente tramo de su misión ( y por lo tanto permanecer 'seguro' hasta entonces). Luego, calculamos un método de planificación transversal en línea que el rover puede seguir desde cualquier estado inicial (incluido el interior de los PSR) para maximizar su probabilidad de supervivencia".

La metodología de planificación descrita por Lamarre y sus colegas se conoce como política de recuperación, ya que es esencialmente una estrategia alternativa que permite que un rover maximice las posibilidades de alcanzar la "seguridad" (es decir, regiones donde la luz del sol lo alcanzará, recargando su batería). En su artículo, los investigadores demostraron que calcular esta política de recuperación puede ser un desafío en este contexto, ya que requiere varias aproximaciones que, si son muy incorrectas, podrían afectar la confiabilidad de las predicciones generales.

"Por ejemplo, el tiempo es una dimensión continua de nuestro espacio estatal que necesita ser discretizada", dijo Lamarre.

"Necesitamos asegurarnos de que esta aproximación/discretización no sesgue peligrosamente las predicciones sobre la probabilidad de falla. En el polo sur lunar, la iluminación solar es altamente dinámica; las montañas y cráteres cercanos pueden proyectar grandes sombras en la superficie. "Está un poco retrasado en comparación con lo que supone la política (aproximada), podría perder un período crítico de carga solar. Lo mismo es cierto si está un poco adelantado en comparación con lo que supone la política".

Como estas aproximaciones de tiempo influyen en gran medida en la confiabilidad de las políticas de recuperación de los vehículos exploradores impulsados ​​por energía solar, Lamarre y sus colegas las mantuvieron muy conservadoras. En última instancia, esto minimiza el riesgo de falla y al mismo tiempo aumenta la probabilidad de que la política permanezca segura durante las misiones del mundo real.

"Creemos que este enfoque es útil de muchas maneras", afirmó Lamarre. "En primer lugar, representa un paso hacia algoritmos de planificación de movilidad autónoma de largo alcance que tienen en cuenta (o 'razonan') proactivamente el riesgo con rovers impulsados ​​por energía solar. Además, nuestra técnica podría convertirse en una herramienta útil para los operadores humanos a medida que formulan nuevos misiones de rover en el polo sur lunar (podría usarse para la selección del lugar de aterrizaje, planificación de travesías globales y predicción de riesgos, y más), o incluso apoyar una misión en curso a través de la operación terrestre en el circuito".

En el futuro, la política de recuperación introducida por este equipo de investigadores podría aplicarse a misiones de exploración del mundo real en la Luna, para reducir el riesgo de perder rovers propulsados ​​por energía solar en regiones sombreadas. Como el reciente estudio se realizó en colaboración con el JPL de la NASA, el enfoque pronto podría probarse en varios escenarios lunares realistas.

"Hasta ahora, hemos probado nuestro enfoque utilizando datos orbitales del cráter Cabeus, pero esperamos utilizar los mapas de iluminación solar personalizados de la NASA y aplicar nuestra técnica en muchas otras áreas en el polo sur lunar que, algún día, serán visitadas por robots. o misiones tripuladas, como los cráteres Shackleton, Faustini, Nobile, Haworth y Shoemaker", añadió Lamarre. "Además, actualmente estamos trabajando en una nueva generación de algoritmos de navegación de largo alcance que predicen riesgos para la exploración del polo sur lunar con vehículos exploradores impulsados ​​por energía solar".

Más información: Olivier Lamarre et al, Políticas de recuperación para la exploración segura de regiones lunares permanentemente sombreadas por un rover de energía solar, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2307.16786

Información de la revista:arXiv

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