NASAs Starling navigiert einen Satelliten mit Sternkameras und einem Katalog von 20.000 Objekten

Die NASA-Mission Starling hat einen weiteren Schritt zur Autonomie von Raumfahrzeugen erreicht. Die Behörde teilte mit, dass die Nutzlast FALCON die Position eines Satelliten im Orbit bestimmte. FALCON steht für Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation. Als Referenz dienten ihr andere Objekte im Weltraum, nicht ein Navigationsnetz.

Die Demonstration war eine Erweiterung von Starling, einem Schwarm aus vier Raumfahrzeugen, der 2023 gestartet wurde. FALCON ist ein gemeinsames Flugexperiment von NASA und EraDrive, einem aus der Stanford University ausgegründeten Start-up. Das Experiment kombiniert die Flugsoftware Era-Core und eingebettete Algorithmen von EraDrive mit den Kameras von Starling und einem Bordkatalog bekannter Satelliten. So beschreibt es die NASA. Die eingesetzte Hardware war nicht exotisch.

FALCON nutzte die Sternkameras von Starling. Diese Standardinstrumente erkennen helle Objekte im Weltraum und leiten daraus Lage und Position eines Raumfahrzeugs ab. In Experimenten zu Position, Navigation und Zeitabgleich glich die Nutzlast die von ihren Kameras beobachteten Objekte mit einem Katalog bekannter Weltraumobjekte ab. Zu den Beobachtungen zählten andere Raumfahrzeuge und Weltraumschrott. Der Katalog wird vom U.S. Department of War gepflegt und öffentlich bereitgestellt. Die bestätigten Objekte dienten dann als Referenzpunkte, um Starlings eigene Umlaufbahn zu bestimmen.

In separaten Experimenten lud das Team den vollständigen Katalog von rund 20.000 Weltraumobjekten samt ihren vorhergesagten Bahnen auf das Raumfahrzeug. FALCON verknüpfte diese Daten mit den Beobachtungen des Raumfahrzeugs. So schätzte die Nutzlast Starlings Position und die Positionen anderer Objekte genauer als die aktuellen Katalogdaten. Während eines Zeitraums von drei Tagen verbesserte FALCON laut NASA die bekannten Bahnen von mehr als 200 Objekten, ohne dass Bediener am Boden eingreifen mussten.

"FALCON ist ein weiterer Erfolg für die Demonstrationsmission Starling. Die Ergebnisse von FALCON können weitreichende Folgen für die Überwachung des Weltraumverkehrs im Orbit, die Kollisionsvermeidung und alternative Navigation haben", sagte Roger Hunter, Programmmanager für das Programm Small Spacecraft and Distributed Systems der NASA am Ames Research Center der NASA im Silicon Valley in Kalifornien. "Die Zahl der Premieren von Starling wächst immer weiter."

Warum Navigation ohne GPS zählt

Herkömmliche Satellitennavigation hängt von GPS-Signalen ab, die in der Mondumgebung oder im tiefen Weltraum unzuverlässig oder nicht verfügbar sein können. Diese Lücke ist der Grund, warum die NASA optische Alternativen testet. Nach Angaben der Behörde werden koordinierte Netze mehrerer GPS-freier Satelliten entscheidend sein, um Oberflächenoperationen für die künftige bemannte Erkundung des Mondes oder des Mars zu unterstützen. Bei wissenschaftlichen Missionen ist die genaue Position jedes Raumfahrzeugs nötig, um Messungen von mehreren Punkten im Weltraum aufeinander abzustimmen. Für das Weltraumverkehrsmanagement können autonome Navigation und Katalogaktualisierungen die Abhängigkeit von Bodennetzen verringern und die Kollisionsvermeidung verbessern.

Die NASA bezeichnet die Fähigkeit zur Selbstbestimmung der eigenen Umlaufbahn als Premiere für ein Raumfahrzeug, das mit optischen Kameras navigiert und dabei deren relative Position zu anderen Objekten im Weltraum nutzt. Die Katalogaktualisierungsexperimente lieferten an Bord von Starling bessere Vorhersagen der Objektpositionen als die von Bodenstationen gelieferten Daten. Das Experiment zeigt zudem, wie aus einem Universitätsprojekt ein Unternehmen werden kann. Aus einem Projekt der University SmallSat Technology Partnerships wurde EraDrive. Das Unternehmen vermarktet seine Software Era-Core und zugehörige Hardware inzwischen für breitere Anwendungen. Starling lieferte die Plattform für den Test in der Praxis.

Weitere Tests sind geplant. Noch in diesem Jahr wird Starling das FALCON-Experiment mit Era-Core erweitern. Dann kann sein Schwarm aus vier Raumfahrzeugen Trackingdaten teilen und ihre Positionen gemeinsam verfeinern. Das Ames Research Center der NASA leitet die Mission Starling. Das Programm Small Spacecraft and Distributed Systems der Behörde mit Sitz in Ames innerhalb der Research and Technology Mission Directorate finanziert und verwaltet sie.