La nuova struttura RETINA migliora il collaudo della navigazione dei veicoli spaziali

Con l'avanzare delle sonde spaziali, cresce la necessità che possano navigare e operare da sole. Questo richiede metodi affidabili per testare e convalidare le tecnologie utilizzate per la loro guida e controllo. Un'area importante su cui concentrarsi è la Navigazione basata sulla visione, che utilizza telecamere per aiutare le sonde a determinare la loro posizione e orientamento mentre sono in orbita. Tuttavia, testare questi sistemi su sonde reali è complicato e costoso. Per affrontare questa sfida, è stata progettata una nuova struttura ottica chiamata Retina.

#Cos'è RETINA?

RETINA sta per Realistic Experimental facility for vision-based Navigation. È una struttura ottica costruita specificamente per simulare le condizioni che i sistemi di telecamere delle sonde spaziali incontreranno nello spazio. Questa struttura consente ai ricercatori di testare i sistemi di navigazione basati sulla visione a terra, assicurandosi che funzionino accuratamente prima di essere inviati nello spazio.

#L'importanza dei test

Prima che una sonda possa operare nello spazio, deve sottoporsi a test rigorosi a terra. Questo aiuta a garantire che la tecnologia sia pronta per le sfide delle vere missioni spaziali, che possono includere manovre complesse come l'atterraggio su corpi celesti o il servizio ai satelliti. Queste operazioni sono troppo rischiose per essere gestite da operatori umani sulla Terra a causa dei ritardi di comunicazione. Quindi, è fondamentale che le sonde operino autonomamente.

Testare i sistemi per queste operazioni autonome implica creare scenari realistici che imitino ciò che la sonda vivrà in orbita. Qui entra in gioco RETINA, in quanto fornisce un ambiente controllato per testare i sistemi di navigazione basati sulla visione.

#Navigazione basata sulla visione

La navigazione basata sulla visione utilizza telecamere per raccogliere informazioni sull'ambiente circostante della sonda. Questo metodo è preferito rispetto a sensori più complessi come il LiDAR perché le telecamere sono più leggere e non richiedono molta energia. Inoltre, gli algoritmi di elaborazione delle immagini possono estrarre informazioni dettagliate dalle immagini catturate da queste telecamere, consentendo una navigazione precisa.

La sfida è garantire che questi sistemi siano affidabili. Testarli nelle reali condizioni dello spazio non è fattibile, ed è per questo che è stata sviluppata RETINA. Simula le condizioni dello spazio in modo che i ricercatori possano capire quanto bene questi sistemi di navigazione basati sulla visione si comporteranno nelle vere missioni.

#Il design di RETINA

RETINA è progettata per accogliere vari tipi di telecamere, che hanno dimensioni e lunghezze focali diverse. La struttura utilizza un metodo di proiezione delle immagini su uno schermo in modo che somigli da vicino a come queste immagini apparirebbero nello spazio.

Durante il processo di progettazione, è stata condotta un'analisi completa per determinare i migliori componenti per la struttura. Questo ha comportato l'esame di diversi sistemi ottici e la selezione di quelli che avrebbero fornito il minor grado di distorsione e aberrazione nelle immagini.

#Performance ottica

Una caratteristica chiave di RETINA è la sua capacità di minimizzare le distorsioni ottiche e le aberrazioni, che sono problemi comuni nell'uso delle lenti. Queste distorsioni possono influenzare significativamente la qualità delle immagini catturate dalle telecamere, rendendo difficile valutare la loro performance in modo accurato.

Utilizzando software avanzati di design ottico, il team dietro RETINA è stato in grado di ottimizzare i sistemi ottici per garantire che le immagini prodotte nella struttura abbiano alta fedeltà. Ciò significa che le immagini viste dalla telecamera in RETINA imitano da vicino quelle scattate nello spazio, consentendo un test efficace degli algoritmi di navigazione basati sulla visione.

#Procedura di calibrazione

Per garantire che la struttura rappresenti accuratamente le condizioni dello spazio, è necessaria una procedura di calibrazione completa. Questo comporta l'allineamento dei componenti della struttura e la misurazione di eventuali disallineamenti o errori che potrebbero influenzare le performance.

Il processo di calibrazione utilizza vari schemi visualizzati sullo schermo, che vengono poi catturati dalle telecamere. Confrontando i risultati attesi con ciò che le telecamere catturano realmente, i ricercatori possono identificare eventuali discrepanze. Queste discrepanze vengono poi utilizzate per perfezionare la struttura, assicurando che le immagini prodotte siano il più accurate possibile.

#Applicazioni nel mondo reale

RETINA non è solo un modello teorico-ha applicazioni reali per testare varie tecnologie delle sonde spaziali. Due applicazioni specifiche evidenziano la versatilità di RETINA.

#Determinazione dell'atteggiamento

La prima applicazione riguarda l'uso di RETINA per la determinazione dell'atteggiamento, fondamentale per controllare l'orientamento di una sonda. Catturando immagini di stelle e confrontandole con un catalogo stellare memorizzato, il sistema può determinare con precisione l'orientamento della sonda nello spazio.

In questo scenario, vengono applicate tecniche di correzione subpixel per migliorare l'accuratezza delle posizioni delle stelle nelle immagini. Testare questo sistema in RETINA consente ai ricercatori di affinare l'algoritmo e assicurarsi che funzioni bene in scenari di missioni reali.

#Rilevamento dei bordi per obiettivi risolti

La seconda applicazione si concentra sul rilevamento dei bordi delle immagini di oggetti celesti risolti, come la Luna. Questo implica identificare il contorno della Luna nelle immagini catturate dalla telecamera di RETINA. Il processo include la scansione dell'immagine per trovare i bordi e raffinare i risultati di rilevamento per migliorare l'accuratezza.

Questa applicazione dimostra come RETINA possa essere utilizzata per convalidare tecniche necessarie per identificare caratteristiche negli oggetti spaziali. Testando questi algoritmi in una simulazione realistica, i ricercatori possono assicurarsi che saranno efficaci quando saranno impiegati in missioni reali.

#Conclusione

RETINA rappresenta un progresso significativo nel campo del testing delle sonde spaziali. Fornisce un ambiente affidabile e controllato per testare i sistemi di navigazione basati sulla visione, aiutando a garantire che queste tecnologie siano pronte per le sfide delle missioni spaziali. Simulando accuratamente le condizioni dello spazio e consentendo test completi degli algoritmi, RETINA svolge un ruolo cruciale nell'aumentare l'autonomia e l'affidabilità delle sonde. Questa struttura rappresenta un grande passo avanti nella preparazione per future esplorazioni spaziali, aprendo la strada a missioni più complesse e ambiziose.