Un algoritmo para solventar emergencias en naves espaciales

   MADRID, 30 Ago. (EUROPA PRESS) -

   Caltech ha desarollado un nuevo algoritmo para agilizar las funciones de emergencia de las naves espaciales para diagnosticar y responder a averías o encuentros con otros objetos en tiempo real.

   Históricamente, los ingenieros han abordado la posibilidad de falla del equipo a bordo de dos maneras principales: primero, contando con un "modo seguro" en el que la nave espacial puede causarse la menor cantidad de daño posible mientras los científicos en tierra observan los datos, hacen un diagnóstico y desarrollan una solución; y segundo, equipando a los vehículos autónomos con sistemas redundantes. Estos sistemas permiten, por ejemplo, que una nave espacial apague un propulsor defectuoso y comience a utilizar propulsores de respaldo.

   Sin embargo, pueden surgir situaciones peligrosas en el espacio sin previo aviso y con tiempo insuficiente para las comunicaciones entre el espacio y la tierra. Y aunque los sistemas redundantes han sido bastante eficaces, aumentan el gasto y el peso de las naves espaciales autónomas.

   Por eso se están realizando experimentos en el laboratorio de Soon-Jo Chung, profesor de la cátedra Bren de sistemas dinámicos y de control y científico investigador principal del JPL (Jet Propulsion Laboratory), que Caltech administra para la NASA.

   Como explica uno de los supervisores de este proyecto, Fred Hadaegh, profesor de investigación aeroespacial en Caltech y ex director de tecnología del JPL: "Tener sistemas redundantes no siempre es práctico. Significa que la nave espacial tiene que ser más grande, más pesada y más cara de lo que sería de otra manera. Por lo tanto, la idea aquí es que cuando una nave espacial se encuentra con un problema, puede averiguar qué es lo que no funciona y corregir o adaptarse a ese fallo específico".

   El laboratorio de Chung alberga, entre otras cosas, una instalación avanzada de simulación de dinámica de múltiples naves espaciales. "El simulador ocupa una gran sala con un suelo muy plano", explica James Ragan, estudiante de doctorado en los Laboratorios Aeroespaciales de Posgrado del Instituto de Tecnología de California (GALCIT) y autor principal de este estudio. "La nave espacial modelo utiliza cojinetes de aire para que se mueva por el suelo con una fricción casi nula. En reposo, parece flotar, y si la empujas en una dirección, seguirá avanzando hasta que golpee algo, que es como es la dinámica espacial".

   Ragan ha programado el simulador de la nave espacial robótica con lo que él y sus coautores llaman s-FEAST: Safe Fault Estimation via Active Sensing Tree Search (Estimación segura de fallos mediante búsqueda activa de árboles de detección). "Nuestro algoritmo s-FEAST 'sueña' rápidamente con numerosos futuros posibles que podrían resultar de las acciones que toma ahora", dice Ragan en un comunicado.

   "Como el sistema es ruidoso, estos futuros son inciertos. Hay múltiples resultados posibles, lo que conduce a un árbol de posibles futuros ramificados. Cada rama representa una forma posible en que podría suceder el futuro, en función de las cosas que controla la nave espacial (las acciones de prueba que selecciona) y también de las cosas que no controla, como las observaciones que provienen de sensores defectuosos".

   Chung agrega: "Lo innovador de nuestro método s-FEAST es que resolvemos sistemáticamente el problema del huevo y la gallina de estimar estados del vehículo, como posiciones y velocidades, e inferir fallas o degradaciones, que están intrínsecamente acopladas entre sí".

   Cuando la nave espacial detecta datos inesperados, recurre al algoritmo s-FEAST, que realiza acciones de prueba "similares a cómo se ponen a prueba cuidadosamente los músculos cuando se siente un dolor inesperado y se quiere averiguar qué es lo que duele y cómo evitar acciones que puedan lesionarlo aún más", explica Ragan.

   s-FEAST elabora simultáneamente una serie de posibles futuros y, de entre ellos, selecciona el curso de acción que parece más probable para diagnosticar qué salió mal y también para evitar el peligro. En el caso de este modelo, el peligro equivale a un curso de colisión con un asteroide.

   "La idea clave aquí es que s-FEAST no reemplaza todas las operaciones de la nave espacial. Es su respuesta de emergencia", dice Ragan. "La nave espacial recibe una señal interna de que algo está mal, por lo que s-FEAST se hace cargo de toda la potencia informática de la nave espacial para evaluar rápidamente lo que está sucediendo y tomar medidas correctivas. Una vez que se identifica y se aborda el peligro, s-FEAST devuelve el control al entorno informático ordinario de la nave espacial".

   s-FEAST también se puede utilizar de forma proactiva. Supongamos que una nave espacial autónoma está a punto de emprender una acción particularmente arriesgada o crítica para la misión; s-FEAST puede ejecutar un ciclo de pruebas para garantizar que todos los sistemas funcionan correctamente antes de esta acción.

   Chung y sus coautores prevén que el método propuesto establecerá una nueva forma de hacer que la costosa exploración espacial sea más segura y rentable.