NASA надсилає рій супутників на орбіту

У липні цього року NASA збирається відправити на орбіту Землі групу з чотирьох CubeSat розміром із шість одиниць (6U), щоб перевірити, чи здатні вони співпрацювати самостійно, незалежно від оновлень у реальному часі від управління польотом. Хоча така автономна співпраця може здатися людям не надто складною, ця команда буде роботизованою – складатиметься з невеликих супутників для випробування ключових технологій для майбутніх місій у глибокому космосі, де більш складні та автономні космічні апарати будуть необхідними.

Місія та формування

Після запуску CubeSats працюватимуть у двох різних формаціях, випробовуючи кілька технологій, які можуть прокласти шлях до майбутнього кооперативних роїв супутників у далекому космосі. Місія під назвою Starling триватиме щонайменше півроку. Він розташує космічний корабель на висоті приблизно 355 миль над Землею, з відстанню між ними близько 40 миль.

Значення Шпака

«Старлінг і можливості, які він надає для автономного командування та управління групами малих космічних кораблів, розширять можливості NASA для майбутніх наукових і дослідницьких місій», — сказав Роджер Хантер, програмний менеджер програми NASA з технологій малих космічних апаратів у дослідницькому центрі Еймса в Каліфорнії. Силіконова долина. «Ця місія є значним кроком вперед».

NASA відправляє групу з чотирьох CubeSat на орбіту навколо Землі, щоб перевірити, чи здатні вони співпрацювати самостійно, без оновлень у режимі реального часу від управління польотом. Хоча така автономна співпраця може здатися людям не надто складною, ця команда буде роботизованою – складатиметься з невеликих супутників для випробування ключових технологій для майбутніх місій у глибокому космосі. Авторство: Дослідницький центр Еймса NASA

Цілі та технологія зграї

Чотири основні цілі Starling включають автономне маневрування, щоб залишатися згрупованими, створення гнучкої мережі зв’язку між космічними кораблями, відстеження відносних позицій один одного та самостійне реагування на нову інформацію датчиків, ініціюючи нові дії. По суті, Starling прагне створити рій невеликих супутників, здатних функціонувати як автономне співтовариство, вміючи реагувати на навколишнє середовище та працювати як команда.

Ройові технології мають потенціал для збору наукових даних із багатьох точок космосу, створення самовідновлюваних мереж і керування системами космічних кораблів, яким не потрібен постійний контакт із Землею, щоб реагувати на зміни в навколишньому середовищі. Ці зграї також пропонують резервування, роблячи колективну систему більш стійкою до збоїв окремих космічних кораблів. Якщо один зазнає невдачі, інші можуть це компенсувати.

Шестимісячна місія NASA Starling використовуватиме групу з чотирьох CubeSat на низькій навколоземній орбіті для тестування технологій, які дозволяють космічним кораблям працювати синхронно без ресурсів із землі. Ці технології розширять можливості планування та виконання маневрів зграї, комунікаційних мереж, відносної навігації та автономної координації між космічними апаратами. Авторство: NASA/Лабораторія концептуальних зображень/Росс Волтер

Тестування нових технологій

Першою місією Starling є тестування чотирьох нових технологій. Перший, відомий як ROMEO (Onboard Reconfiguration and Orbit Maintenance Experiments), тестує програмне забезпечення, призначене для автономного планування та виконання маневрів без прямого введення оператора. У контексті Starling це дозволить супутникам літати в кластері, автономно відображаючи та виконуючи траєкторії.

Передові системи зв’язку та відстеження

Мобільна спеціальна мережа (MANET) — це система зв’язку, що складається з бездротових пристроїв, у яких дані автоматично маршрутизуються та перенаправляються залежно від умов мережі. Прикладом на Землі є сітчастий Wi-Fi, у якому кілька інтернет-маршрутизаторів розміщено по всьому дому, що дозволяє мобільним пристроям автоматично підключатися до найсильнішого сигналу. Таким же чином космічний корабель Starling має перехресні радіостанції, які забезпечують зв’язок між космічними кораблями, коли вони знаходяться в радіусі дії, з бортовим програмним забезпеченням MANET, що визначає найкращий спосіб маршрутизації трафіку через мережу супутників. Starling перевірить цю мережу, показавши, чи може система автоматично створювати та підтримувати мережу в просторі з часом.

Кожен CubeSat також має на борту власні датчики «відстеження зірок», які зазвичай використовуються, щоб супутник міг стежити за власною орієнтацією в просторі, подібно до того, як моряки використовують зірки для навігації вночі. Оскільки супутники будуть відносно близько один до одного, окрім зірок, ці датчики будуть вловлювати світло від своїх космічних кораблів і використовувати спеціальне програмне забезпечення для відстеження решти рою. Це унікальне використання звичайних датчиків космічного корабля під назвою StarFOX (Starling Formation-Flying Optical Experiment) дозволить утримувати рій разом на тлі зірок.

Розширений збір даних

Нарешті, експеримент Distributed Spacecraft Autonomy (DSA) демонструє здатність групи космічних кораблів збирати та аналізувати наукові дані на борту та спільно оптимізувати збір даних у відповідь. Супутники будуть стежити за іоносферою Землі – частиною верхніх шарів атмосфери – і якщо один виявить щось цікаве, він передаватиме повідомлення іншим супутникам, щоб спостерігати те саме явище. Здатність супутників автономно реагувати на спостереження покращить збір наукових даних для безлічі майбутніх наукових місій NASA.

Майбутня співпраця

Після завершення основної місії наступним етапом для Starling стане партнерство з групою супутників Starlink від SpaceX для тестування передових методів управління космічним трафіком між автономними космічними апаратами, якими керують різні організації. Поділяючись один з одним щодо майбутніх траєкторій, NASA і SpaceX продемонструють автоматизовану систему, яка гарантує безпечну роботу обох наборів супутників, перебуваючи на відносній близькості на низькій навколоземній орбіті.

Висновок

«Starling 1.5 стане основою для того, щоб допомогти зрозуміти правила дорожнього руху для управління космічним рухом», — сказав Хантер.

З огляду на те, що робототехніка відіграє вирішальну роль у дослідженнях як з екіпажем, так і без екіпажу, здатність керувати супутниками та космічними кораблями в мережевій, автономній та скоординованій мережі має першочергове значення для NASA. Це крок до того, щоб у майбутньому людство могло піти далі та досягти вищих наукових результатів. Джерело