A Espaçonave Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) da NASA excedeu em muito a duração da missão planejada, revelando que a Lua guarda surpresas: depa³sitos de gelo que poderiam ser usados ​​para apoiar a exploração lunar futura, os lugares mais frios do sistema solar em regiaµes permanentemente sombreadas nos pa³los lunares , e que éum mundo ativo que estãoencolhendo, gerando terremotos e mudando diante de nossos olhos. LRO mapeou asuperfÍcie em detalhes requintados, retornando milhões de imagens de uma paisagem lunar totalmente bela e pavimentando o caminho para futuras missaµes humanas sob o programa Artemis da NASA.

Na primavera de 2018, a Miniature Inertial Measurement Unit (MIMU), um sensor crítico usado para ajudar a apontar os instrumentos da Espaçonave, foi desligada para preservar sua vida restante após apresentar sinais de decla­nio devido ao envelhecimento natural no ambiente hostil do Espaço. O MIMU écomo um veloca­metro. Ele mede a velocidade de rotação do LRO. Sem ele, o LRO foi forçado a confiar apenas nos dados de rastreadores de estrelas - ca¢meras de va­deo com software de processamento de imagem que infere a orientação com base em mapas de estrelas - para apontar e reorientar a Espaçonave. "Isso limitou a capacidade de reorientar (matar) a Espaçonave para fins cienta­ficos", disse Julie Halverson, engenheira de sistemas lider em operações de missaµes em ciências espaciais no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

"Reorientar a Espaçonave para obter dados de visão lateral évalioso para os cientistas, pois nos permite medir como a luz reflete na Lua de forma diferente, dependendo da visão do instrumento", disse Noah Petro, Cientista do Projeto para LRO da NASA Goddard. "Isso échamado de fotometria dasuperfÍcie. Além disso, a ca¢mera tira imagens de visão lateral para construir imagens 3-D dasuperfÍcie e para coletar as vistas em perspectiva da Lua que ajudam a desemaranhar as relações geola³gicas." Para fazer o LRO girar novamente, os engenheiros da NASA desenvolveram um novo algoritmo que pode estimar a velocidade de rotação do LRO ao fundir medições do rastreador de estrelas com outras informações disponí­veis no computador de voo do LRO.

Para que o novo veloca­metro da LRO funcione corretamente, os rastreadores de estrelas precisam manter uma visão desobstrua­da das estrelas, que pode ser bloqueada pela Terra ou Lua, ou pelo brilho do sol. Caso contra¡rio, éimpossí­vel determinar a orientação ou estimar a velocidade de rotação da Espaçonave. Garantir que os rastreadores de estrelas estejam sempre desobstrua­dos durante as manobras cienta­ficas tornou muitas observações cienta­ficas que poderiam ser facilmente feitas com o MIMU impossa­veis de serem realizadas sem ele. Para recuperar essas oportunidades perdidas, Goddard, o Engineering Safety Center (NESC) da NASA e a Naval Postgraduate School (NPS) em Monterey, Califa³rnia, se uniram mais uma vez em sua longa história de pesquisa cooperativa para desenvolver rapidamente uma coleção de manãtodos novos e revoluciona¡rios para permitir que o LRO continue explorando a Lua em sua capacidade máxima.

"O algoritmo que desenvolvemos para LRO échamado Fast Maneuvering ou 'FastMan' e funciona em conjunto com o controlador baseado em star-tracker da LRO", disse Mark Karpenko, professor associado de pesquisa da NPS e lider do projeto FastMan. "As manobras desviam naturalmente de objetos brilhantes, assim como evitar obsta¡culos em um carro que dirige sozinho." Um algoritmo de computador éum conjunto de instruções para processar dados. Karpenko foi capaz de construir o FastMan usando ferramentas de software baseadas nas mesmas ferramentas usadas anteriormente por uma equipe da NASA-NPS para reorientar a Estação Espacial Internacional combinando forças do ambiente espacial com seus girosca³pios em vez de queimar combusta­vel disparando seus propulsores . Esta "Manobra Zero Propelente" ésemelhante a uma manobra de virada usada na vela.

"O Lunar Reconnaissance Orbiter passa por frequentesmudanças especiais ao orbitar a Lua e nossa capacidade de agendar essasmudanças élimitada pelo tempo que leva para realiza¡-las", disse John Keller, cientista de projeto adjunto para LRO da NASA Goddard. Com o FastMan, LRO foi capaz de realizar quase 200 giros adicionais que não poderiam ter sido realizados de outra forma.

"Na verdade, a maioria das melhorias de desempenho que alcana§amos atéagora foram usando os resultados do FastMan para criar o que chamamos de manobra de 'ta¡xi'", disse Karpenko. Como o FastMan completo exigiamudanças no software de voo do LRO, Karpenko projetou a manobra do ta¡xi para atingir a maioria dos objetivos do FastMan, sem exigir modificações no software de voo. "Infelizmente, atéque pudanãssemos atualizar o software de va´o, eu tinha que estar por dentro", disse Karpenko. A manobra FastMan completa étotalmente auta´noma.

A primeira reviravolta do FastMan foi conduzida em a³rbita no final de julho de 2020 e permitiu que a Ca¢mera LRO, um dos sete instrumentos cienta­ficos da LRO, obtivesse uma imagem lateral da cratera Triesnecker 25 por cento mais rápido do que uma rotação de ta¡xi teria permitido. Com esses novos algoritmos, o LRO énovamente capaz de olhar rapidamente para o lado, e a Espaçonave estãoem boas condições, com todos os instrumentos ainda coletando dados. “A LRO estãoagora no 11º ano do que originalmente era esperado ser uma missão de dois anos”, disse Petro. "Monitoramos regularmente todos os sistemas LRO em busca de sinais de degradação ou alteração. O combusta­vel pode ser nosso fator limitante da taxa, as estimativas atuais nos colocam em termos de pelo menos mais cinco anos de combusta­vel a bordo, se não mais."

Em 2010, NPS, NESC e Goddard fizeram parceria para implementar as primeiras manobras de reorientação de tempo ma­nimo já realizadas em a³rbita. Este trabalho inovador foi feito como uma demonstração de voo de fim de vida na Espaçonave TRACE. Hoje, a comunidade cienta­fica lunar éa beneficia¡ria deste trabalho pioneiro. "Os algoritmos girata³rios desenvolvidos pelo NPS já permitiram que o LRO coletasse mais ciaªncia", explicou Neil Dennehy, pesquisador tanãcnico da NASA para orientação, navegação e controle. "Espero que no futuro nossos parceiros da indústria também sejam capazes de alavancar essa tecnologia."