Una Luna llena vista desde la estación espacial. La investigación Imágenes de la Luna utilizó fotos de diversas etapas de la Luna tomadas desde posiciones conocidas de la órbita terrestre baja para refinar los algoritmos ópticos de navegación para Orion.
Crédito de la imagen: NASA

En su misión a la Luna, la nave espacial Orion de la NASA está diseñada para usar la Red del Espacio Cercano y la Red del Espacio Profundo de la NASA para navegar. Pero si la nave pierde la comunicación con tierra o las redes, las tripulaciones pueden utilizar un sistema de navegación autónomo de respaldo conocido como Navegación óptica (abreviado OpNav en inglés). Este sistema analiza imágenes de la Luna o la Tierra tomadas desde la nave espacial para determinar su posición en relación con cualquiera de esos dos cuerpos.

Una investigación actualmente en curso a bordo de la Estación Espacial Internacional está ayudando a los desarrolladores de OpNav a ajustar el sistema para garantizar que las tripulaciones regresen a casa de manera segura. La investigación Imágenes de la Luna (Moon Imagery) utiliza fotografías de la Luna tomadas desde la estación espacial para calibrar el software del sistema.

"La estación espacial nos da una plataforma para recopilar imágenes de la Luna sin interferencias de la atmósfera de la Tierra", dice el investigador principal Steve Lockhart en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. “Podemos obtener imágenes bastante decentes del suelo, especialmente cuando la Luna está casi llena y alta en el cielo. El desafío es obtener imágenes claras de la Luna en sus fases muy delgadas. Debido a que en ese momento está cerca del Sol, el cielo solo está lo suficientemente oscuro como para obtener imágenes cuando la Luna está cerca del horizonte, y entonces estás mirando a través de una gran cantidad de atmósfera".

La investigación utiliza dos cámaras montadas en una placa y separadas unos 20 grados entre sí. La placa se instala en la cúpula de la estación, un módulo de observación de siete ventanas, y las cámaras señalan una de las ventanas que tiene vidrio puro para una vista más clara. Una cámara captura imágenes de las estrellas y la otra toma fotos de vistas específicas de la Luna. Cada vista específica está disponible solo una vez al mes durante cuatro minutos. El software entonces utiliza algoritmos para analizar estas imágenes y determinar la posición de la nave en el espacio.

"Sabemos dónde está la estación espacial en todo momento y dónde estaba cuando se tomó una foto en particular según el momento en que se la tomó", dice Lockhart. "El algoritmo nos dice dónde piensa que está la estación y podemos compararlo con la ubicación real conocida para juzgar la precisión de nuestro sistema".

Esta imagen es un compuesto de muchas imágenes individuales capturadas durante una sesión para Imágenes de la Luna, con la Luna trazando un arco a través del campo de visión de la cámara. Una imagen superpuesta tomada a medida que el Sol comenzó a iluminar la atmósfera indica la localización de la Tierra en relación al rastro de la Luna. Una imagen agrandada de la Luna también fue agregada. 
Crédito de la imagen: NASA/Steve Lockhart

El sistema está automatizado, añade. La tripulación de la estación espacial simplemente ordena a la cámara apuntar a la Tierra o la Luna, el objetivo más adecuado en ese momento, para tomar una serie de fotos durante una hora más o menos.

Los miembros de la tripulación han ejecutado cuatro pruebas para la investigación, fotografiando todo un ciclo de 29 días de las fases de la Luna.

Las imágenes de la última prueba en mayo capturaron diferentes grados de exposición, desde muy subexpuestas hasta muy sobreexpuestas. Los investigadores planean analizar estas imágenes para ver si se pueden utilizar para determinar el alcance y el rumbo desde la estación espacial y, a partir de ahí, la ubicación de una nave espacial, como la posición de Orion entre la Luna y la Tierra.

Esa prueba también capturó una Luna creciente muy delgada, una de las condiciones más desafiantes para los algoritmos de procesamiento de imágenes del sistema. El equipo puede mejorar las versiones futuras del algoritmo basándose en cómo el sistema maneja esta etapa desafiante de la Luna, uno de varios objetivos para la próxima misión Artemis I.

Durante las maniobras de corrección de la trayectoria, la cámara fotográfica de OpNav montada en el exterior de Orion tomará las imágenes repetidas de la Luna y de la Tierra por unas dos horas. Estas imágenes múltiples deben asegurar las medidas exactas de localización de Orion en caso de que sea necesario el sistema de navegación de reserva. Conocer de forma exacta la localización de una nave espacial es fundamental en el momento de redirigirla con seguridad en la atmósfera de la Tierra.

Las capacidades de comunicación y navegación son una de las tecnologías clave necesarias para que los humanos exploren el espacio profundo. Orion es la nave espacial de última generación de la NASA, capaz de transportar humanos a la órbita baja de la Tierra y más allá, incluso a la Luna. Lockhart dice que las compañías de exploración comercial del espacio también han demostrado interés en el sistema de navegación autónomo. 

La investigación Imágenes de la Luna es un ejemplo de cómo la estación espacial provee a los investigadores una plataforma para sentar las bases para tecnologías y demostraciones que acerquen a la humanidad a la exploración del espacio profundo.

El astronauta de la Agencia Espacial Canadiense David Saint-Jacques sostiene el ensamblaje de la cámara para la investigación Imágenes de la Luna en la cúpula de la estación espacial.
Crédito de la imagen: NASA

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Por Melissa Gaskill
Oficina de Investigación del Programa de la Estación Espacial Internacional, Centro Espacial Johnson

Traducción al español: Universidad Nacional de Mar del Plata Mar del Plata, Argentina

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