FALCON na pokładzie Starlinga sam wyznacza orbitę bez GPS. Wkrótce zrobi to cała czwórka

Misja Starling agencji NASA zaliczyła kolejny etap w autonomiczności statków kosmicznych. Nowy system wyznaczył pozycję satelity na orbicie na podstawie innych obiektów w przestrzeni, bez opierania się na sieci nawigacyjnej. Agencja ogłosiła wynik we wpisie na blogu swojego serwisu Small Satellites z 17 sierpnia 2026 roku.

Ładunek FALCON, czyli Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation, to wspólny eksperyment lotniczy NASA i firmy EraDrive, startupu wywodzącego się ze Stanford University. Łączy on oprogramowanie pokładowe Era-Core firmy EraDrive z kamerami Starlinga i pokładowym katalogiem znanych satelitów. Pokaz sprawdził dwie możliwości. W eksperymentach z pozycją, nawigacją i czasem FALCON dopasował obiekty widziane przez kamery śledzące gwiazdy, w tym inne statki kosmiczne i śmieci orbitalne, do katalogu prowadzonego i publicznie udostępnianego przez Departament Wojny USA. Potem użył tych zweryfikowanych obiektów jako punktów odniesienia, żeby wyznaczyć własną orbitę Starlinga. W osobnych eksperymentach zespół wgrał na statek pełny katalog około 20 000 obiektów kosmicznych i ich przewidywanych orbit. FALCON powiązał te dane z obserwacjami kamer i oszacował pozycje z większą precyzją, niż dawał sam katalog. W ciągu trzech dni poprawił znane orbity ponad 200 obiektów, bez ingerencji operatorów z ziemi.

Samodzielne wyznaczenie orbity to pierwszy taki przypadek, gdy statek kosmiczny nawiguje kamerami optycznymi na podstawie względnego położenia innych obiektów w przestrzeni, podaje NASA. Eksperymenty z aktualizacją katalogu dały lepsze przewidywania pozycji obiektów na pokładzie Starlinga niż te dostarczane przez stacje naziemne.

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

Dlaczego to ma znaczenie? GPS działa dobrze na niskiej orbicie okołoziemskiej, gdzie krążą zarówno Swift, jak i Starling, ale planiści misji nie mogą na niego liczyć w okolicach Księżyca ani dalej. NASA przedstawia FALCONA jako podstawę dla księżycowych rojów satelitów, rozproszonych misji naukowych i eksploracji załogowej. W takich misjach każdy statek musi wiedzieć, gdzie jest, żeby pomiary z wielu punktów dało się ze sobą złożyć.

Starling wystartował w 2023 roku. Jeszcze w tym roku misja rozszerzy eksperyment FALCON z użyciem Era-Core, co pozwoli czterem statkom roju wymieniać dane o położeniu i wspólnie dopracowywać swoje pozycje. Agencja opisuje to jako następny krok: jeden satelita nawigujący po katalogu to pokaz, cztery satelity sprawdzające się nawzajem są bliżej działającej konstelacji. Eksperyment pokazuje też rolę NASA we wspieraniu innowacji komercyjnych. Projekt, który zaczął się w ramach University SmallSat Technology Partnerships, przekształcił się w firmę EraDrive, która komercjalizuje teraz swoje oprogramowanie Era-Core i powiązany sprzęt do szerszych zastosowań. Starling dał tej firmie platformę do testów w realnych warunkach.

Misją Starling kieruje NASA Ames Research Center. Program Small Spacecraft and Distributed Systems, mieszczący się w Ames i działający w ramach Research and Technology Mission Directorate, finansuje go i zarządza nim.

Tymczasem misja ratunkowa dla starszego satelity się nie udała

Wynik Starlinga pojawia się w miesiącu, w którym NASA musiała też odpisać eksperyment zupełnie innego rodzaju. NASA i Katalyst Space Technologies ogłosiły w środę 19 sierpnia, że rezygnują z misji robotycznej, która miała uratować teleskop promieniowania gamma Swift przed wypadnięciem z orbity, jak podały Ars Technica i NBC News.

Satelita ratunkowy o nazwie Link wystartował 3 lipca na rakiecie Pegasus XL firmy Northrop Grumman. Miał dolecieć do należącego do NASA Neil Gehrels Swift Observatory, chwycić go trzema ramionami robotycznymi i podnieść jego orbitę na tyle wysoko, żeby uniknąć wejścia w atmosferę. Link ma rozmiar mniej więcej lodówki, dwa panele słoneczne i trzy silniki elektryczne na ksenon.

Misja Swift wystartowała w 2004 roku i miała trwać dwa lata, ale astronomowie nadal polegają na niej przy wykrywaniu i badaniu rozbłysków promieniowania gamma. Obserwatorium nie ma silników do utrzymywania orbity, więc ratunek był jedynym sposobem, żeby przedłużyć jego pracę.

NASA przyznała firmie Katalyst kontrakt na 30 000 000 dolarów niecały rok przed startem. Agencja twierdziła, że misja ratunkowa musi wystartować do tego lata, żeby dotrzeć do Swifta, zanim ten spadnie w atmosferę. Ars Technica podała, że Katalyst zbudował statek w dziewięć miesięcy, a taki termin wymusił trudne kompromisy. Scientific American napisał, że Katalyst miał tylko dziewięć miesięcy na zaprojektowanie, zbudowanie i wystrzelenie Linka.

Problemy zaczęły się pod koniec lipca. NASA podała 28 lipca, że systemy kontroli orientacji Linka zawiodły, przez co statek zaczął się obracać, a łączność stała się sporadyczna. NBC News podał, że statek obracał się z prędkością około 9 stopni na sekundę; kierownicy misji odpalili silniki, żeby w tym miesiącu obrót spowolnić. Ars Technica poinformowała, że dwa z trzech kół reakcyjnych satelity przestały działać, a problemy dotyczyły też silników na zimny gaz, używanych do precyzyjniejszego celowania.

W poście na LinkedInie Katalyst napisał, że firma i NASA zgodziły się, że z powodu trwających problemów z kontrolą statku „misja nie obejmie przechwycenia i podniesienia orbity Neil Gehrels Swift Observatory agencji NASA”.

„Katalyst zaprojektował, zbudował i wystrzelił eksperymentalny statek kosmiczny, żeby zmierzyć się z ambitną misją w bardzo krótkim terminie” - powiedział prezes firmy Ghonhee Lee. „Podjęliśmy to ryzykowne wyzwanie i jesteśmy dumni z kamieni milowych, które po drodze osiągnęliśmy. Nauczyliśmy się już bardzo dużo, a teraz naszym zadaniem jest zamienić te lekcje w coś trwałego, budując powtarzalny scenariusz dla przyszłych operacji zbliżania i serwisowania satelitów”.

Administrator NASA Jared Isaacman przyznał, że wynik nie jest taki, na jaki liczono. „To nie jest wynik, do którego zmierzaliśmy, ale nie zmienia to faktu, że warto było tę misję podjąć” - powiedział w oświadczeniu. „Zespół działał z niezwykłą szybkością, żeby dać Swiftowi szansę na więcej nauki i rozwinąć zdolności, których Ameryka będzie potrzebować przy serwisowaniu satelitów w przyszłości”.

Shawn Domagal-Goldman, dyrektor wydziału astrofizyki NASA, nazwał misję „pierwszą taką próbą, opracowaną w bezprecedensowym tempie wymuszonym przez aktywność Słońca”. NBC News podał, że kłopoty Swifta zaczęły się w 2024 roku, w okresie silnej aktywności słonecznej. Wszystkie satelity na niskiej orbicie tracą wysokość przez opór atmosfery, a gdy Słońce jest aktywne, podgrzewa atmosferę, zwiększając opór i przyspieszając spadek orbity.

Link wciąż działa. Katalyst zapowiedział, że spróbuje wykorzystać resztki możliwości statku, co może jeszcze pozwolić mu zbliżyć się do Swifta na tyle, żeby pokazać system nawigacji w bezpośredniej bliskości. Firma jest jedną z kilku amerykańskich spółek pracujących nad serwisowaniem satelitów, czyli zdolnością, która mogłaby w przyszłości pozwolić na tankowanie, naprawy albo modernizację satelitów. Czujniki zbliżania i ramiona robotyczne to technologie, które mają znaczenie dla tych przyszłych misji.

Bez podniesienia orbity Swift ma wejść w atmosferę jeszcze w tym roku. Ars Technica podała koszt obserwatorium na 500 000 000 dolarów. Scientific American napisał, że obserwatorium wstrzymało już pracę przed próbą ratunkową, zostawiając lukę w obserwacjach wysokoenergetycznych.