Los equipos del centro de operaciones de la misión ESOC de la ESA en Alemania recientemente sometieron a prueba el software de navegación autónoma de la misión Juice, que en abril de 2031 pasará cerca de Calisto, la luna de Júpiter, ofreciendo a los científicos una tentadora visión de este misterioso mundo alienígena plagado de cráteres.
Puede parecer lejano, pero en el mundo de las operaciones de naves espaciales, nunca es demasiado pronto para empezar a prepararse. Para esa prueba se utilizó una maqueta de Juice como si ya estuviera en Calisto.
La luna Calisto es la segunda en cuanto al tamaño de las lunas de Júpiter (la más grande es Ganímedes) y la tercera más grande en el sistema solar. Es más grande que la Luna de la Tierra, pero más pequeña que el planeta Mercurio. Calisto tiene aproximadamente un 40% de hielo y 60% de roca/hierro.
Cuando Juice llegue a Calisto, el gran retraso en la comunicación entre la Tierra y el sistema de Júpiter significará que no puede permitirse el lujo de esperar una respuesta del control de la misión si algo sale mal. Si bien se tiene una buena idea de dónde estará Calisto en abril de 2031, no se sabe su posición con suficiente precisión como para garantizar que la trayectoria de Juice lo llevará a través del campo gravitacional de Calisto exactamente de la manera correcta para alinearlo perfectamente y lograr una alta precisión en mediciones científicas.
En el tiempo que lleva enviar y recibir mensajes entre Júpiter y la Tierra, la dirección en la que Juice apunta sus instrumentos de detección remota podría desviarse tanto de su rumbo que la ciencia podría pasar desapercibida y los objetivos clave de la misión podrían verse afectados. Incluso una pequeña discrepancia podría ser terrible para la ciencia, ya que algunos de los instrumentos de Juice deben apuntar a regiones específicas de Calisto dentro de una pequeña fracción de grado para poder realizar sus mediciones.
«Necesitamos que Juice sea capaz de reaccionar con sus propios ‘ojos’ y su propio ‘cerebro'», afirma Ignacio Tanco, director de operaciones de vuelo de Juice. “Cuando Calisto aparece en el campo de visión de su cámara de navegación, necesita poder identificar características importantes en la superficie de la luna, rotar para apuntar sus instrumentos hacia ellas y luego continuar girando para mantenerlas a la vista mientras pasa volando”.
El equipo de Juice utilizó su maqueta de ingeniería para probar el software de navegación autónomo que mantendrá a Juice en el sistema Júpiter. Lo ‘engañaron’ haciéndole creer que estaba en Calisto proyectando una serie de imágenes de la luna en su fiel réplica de la cámara de navegación de la nave espacial para ver cómo respondería.
Estas imágenes de alta resolución, generadas por un modelo de computadora, mostraban a Calisto en la orientación y fase exactas en que la verá Juice cuando llegue dentro de siete años.
«No fue tan sencillo como preparar imágenes con antelación y reproducir un vídeo delante de la cámara de navegación», afirma Giulio Pinzan, ingeniero de operaciones de naves espaciales de la ESA, que supervisó la actividad.
“El software de navegación tuvo que reaccionar a estas imágenes. Si notaba que se estaba acercando a Calisto en el ángulo equivocado o mirando ligeramente en la dirección equivocada, tenía que intentar corregir estos errores sin nuestra ayuda”.
“Eso significaba que la vista de Calisto tenía que reaccionar a las acciones de la nave espacial en tiempo real. Efectivamente, conectamos un casco de realidad virtual inmersivo a la cámara de Juice y dejamos que se moviera de forma independiente dentro de este espacio virtual”.
Los equipos de la ESA y del fabricante de Juice, Airbus, asignaron tres días para la prueba de sobrevuelo de Calisto. Los operadores de naves espaciales, científicos e ingenieros mecánicos, eléctricos y de software esperaban pasar días encontrando y resolviendo problemas antes de lograr finalmente un sobrevuelo limpio en el que Juice reaccionara exactamente como querían.
Para hacer esta prueba aún más desafiante, no tenían acceso a una de las herramientas más importantes del conjunto de herramientas de operaciones de la nave espacial. Por lo general, antes de ejecutar una prueba compleja como esta en el modelo de ingeniería física de la nave espacial, primero se ejecuta en un simulador de software completamente digital de la nave espacial que no tiene partes físicas.
Aquí es donde se encuentran y resuelven la mayoría de los problemas, y las pruebas solo se ejecutan en el modelo de ingeniería física cuando los operadores ya tienen una buena idea de qué esperar. “Pero este escenario es tan complejo que actualmente es imposible simularlo con el software de simulación Juice”, afirma Giulio Pinzan. «Estábamos volando hacia esta prueba completamente a ciegas».
Sin embargo, a pesar de sus expectativas, el equipo tuvo éxito en el primer intento del primer día. El software de navegación de Juice se centró en las regiones correctas de Calisto, mantuvo sus instrumentos apuntando directamente a ellas y mantuvo de forma segura la trayectoria correcta mientras navegaba a través del exigente sobrevuelo.
«Realmente tenemos que elogiar a nuestro equipo de Flight Dynamics, en particular», dice Pinzan. “Sus cálculos matemáticos fueron acertados y nos permitieron realizar un sobrevuelo limpio en el primer intento a pesar de la falta de experiencia que normalmente obtendrían al experimentar con el simulador de software. Fue asombroso, de verdad. Nos sorprendieron incluso a nosotros”.
«El equipo de Airbus también hizo un trabajo extraordinario al configurar el modelo de ingeniería a tiempo para la prueba, al mismo tiempo que nos proporcionó todos los detalles que necesitábamos para operar correctamente el sistema de navegación autónomo».
