NASA: rój Starling nawiguje po gwiazdach i katalogu 20 000 obiektów

Misja Starling agencji NASA zaliczyła kolejny etap w rozwoju autonomii statków kosmicznych. Ładunek FALCON, czyli Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation, wyznaczył pozycję satelity na orbicie, odnosząc się do innych obiektów w przestrzeni, a nie do sieci nawigacyjnej.

Eksperyment był rozszerzeniem misji Starling, roju czterech statków kosmicznych wystrzelonego w 2023 roku. FALCON to wspólny eksperyment lotniczy NASA i firmy EraDrive, startupu założonego przez absolwentów Uniwersytetu Stanforda. Ładunek łączy oprogramowanie lotnicze Era-Core i wbudowane algorytmy firmy EraDrive z kamerami Starlinga oraz pokładowym katalogiem znanych satelitów. Zastosowany sprzęt nie był egzotyczny.

FALCON korzystał z pokładowych kamer śledzących gwiazdy. To standardowe przyrządy, które rozpoznają jasne obiekty w przestrzeni i na tej podstawie ustalają orientację oraz pozycję statku kosmicznego. W eksperymentach z pozycji, nawigacji i czasu ładunek dopasowywał obiekty zaobserwowane przez kamery, w tym inne statki kosmiczne i szczątki orbitalne, do katalogu znanych obiektów kosmicznych prowadzonego i publicznie udostępnianego przez Departament Wojny Stanów Zjednoczonych. Zweryfikowane obiekty posłużyły następnie jako punkty odniesienia do wyznaczenia orbity samego Starlinga.

W osobnych eksperymentach zespół wgrał na statek kosmiczny pełny katalog około 20 000 obiektów kosmicznych wraz z przewidywanymi orbitami. FALCON powiązał te dane z obserwacjami statku i oszacował położenie Starlinga oraz innych obiektów z większą precyzją niż obecne dane katalogowe. NASA podaje, że w ciągu trzech dni FALCON poprawił znane orbity ponad 200 obiektów bez interwencji operatorów na Ziemi.

„FALCON to kolejny sukces misji demonstracyjnej Starling. Wyniki FALCONA mogą mieć daleko idące znaczenie dla monitorowania ruchu w przestrzeni kosmicznej na orbicie, unikania kolizji i nawigacji alternatywnej” - powiedział Roger Hunter, kierownik programu Small Spacecraft and Distributed Systems w Centrum Badawczym Ames agencji NASA w Dolinie Krzemowej w Kalifornii. „Liczba »pierwszych razów« w misji Starling stale rośnie”.

Dlaczego nawigacja bez GPS ma znaczenie

Tradycyjna nawigacja satelitarna opiera się na sygnałach GPS, które mogą być zawodne lub niedostępne w środowisku księżycowym albo w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Ta luka jest powodem, dla którego NASA testuje alternatywy optyczne. Agencja twierdzi, że skoordynowane sieci wielu satelitów działających bez GPS będą miały kluczowe znaczenie dla wsparcia operacji naziemnych podczas przyszłej eksploracji Księżyca lub Marsa przez ludzi. W misjach naukowych znajomość dokładnego położenia każdego statku kosmicznego jest niezbędna do zestawienia pomiarów wykonanych z wielu punktów w przestrzeni. W zarządzaniu ruchem kosmicznym autonomiczna nawigacja i aktualizacje katalogu mogą zmniejszyć zależność od sieci naziemnych i poprawić unikanie kolizji.

NASA określa zdolność samodzielnego wyznaczania orbity jako pierwszą w historii dla statku kosmicznego, który nawiguje za pomocą kamer optycznych na podstawie względnego położenia innych obiektów w przestrzeni. Osobno eksperymenty z aktualizacją katalogu dały na pokładzie Starlinga lepsze przewidywania pozycji obiektów niż te dostarczane przez stacje naziemne. Eksperyment pokazuje też, jak projekt uniwersytecki może przekształcić się w firmę. To, co zaczęło się jako projekt University SmallSat Technology Partnerships, przekształciło się w EraDrive, która komercjalizuje teraz oprogramowanie Era-Core i powiązany sprzęt do szerszych zastosowań. Starling dostarczył platformę do testów w rzeczywistych warunkach.

Planowane są dalsze testy. Później w tym roku Starling rozszerzy eksperyment FALCON z użyciem Era-Core, co umożliwi jego rojowi czterech statków kosmicznych wymianę danych śledzenia i wspólne doprecyzowanie pozycji. Misją Starling kieruje Centrum Badawcze Ames agencji NASA, a program Small Spacecraft and Distributed Systems, działający w Ames w ramach Dyrektoriatu Misji Badawczych i Technologicznych, finansuje ją i zarządza nią.