NASA Starling Swarm впроваджує автономні космічні подорожі

Рій космічних кораблів Starling завершив свою основну місію, продемонструвавши досягнення в автономній роботі супутників і навігації, заклавши основу для майбутнього спільного управління космічним трафіком із SpaceX. Після десяти місяців на орбіті рій космічного корабля Starling успішно продемонстрував ключові цілі своєї основної місії, що представляє значні досягнення в можливостях конфігурації рою.

Рої супутників одного разу можуть бути використані для дослідження далекого космосу. Автономна мережа космічних кораблів могла б самостійно керувати, керувати науковими експериментами та виконувати маневри, щоб реагувати на зміни навколишнього середовища без тягаря значних затримок зв’язку між роєм і Землею.

«Успіх початкової місії Старлінга є знаковим досягненням у розвитку автономних мереж малих космічних кораблів», — сказав Роджер Хантер, менеджер програми NASA з технології малих космічних апаратів у Дослідницькому центрі Еймса NASA в Кремнієвій долині Каліфорнії. «Команда дуже успішно досягла наших цілей і адаптувалася до викликів».

Спільне використання роботи

Експеримент розподіленої автономності космічного корабля (DSA), проведений на борту Starling, продемонстрував здатність рою космічного корабля оптимізувати збір даних у групі. CubeSats проаналізували іоносферу Землі, виявивши цікаві явища та досягнувши консенсусу між кожним супутником щодо підходу до аналізу.

Поділяючи спостережну роботу в групі, кожен космічний корабель може «розподіляти навантаження» та спостерігати за різними даними або працювати разом, щоб забезпечити більш глибокий аналіз, зменшивши робоче навантаження на людей і зберігаючи роботу космічного корабля без необхідності надсилання нових команд із землі.

Успіх експерименту означає, що Starling є першою групою, яка автономно розподіляє інформацію та дані про операції між космічними кораблями для створення планів більш ефективної роботи, а також першою демонстрацією повністю розподіленої бортової системи міркування, здатної швидко реагувати на зміни в наукових спостереженнях.

Спілкування в групі

Рою космічних кораблів потрібна мережа, щоб спілкуватися один з одним. Експеримент Mobile Ad-hoc Network (MANET) автоматично встановив мережу в космосі, дозволяючи групі передавати команди та передавати дані між собою та землею, а також спільно ділитися інформацією про інші експерименти.

Команда успішно виконала всі цілі експерименту MANET, включаючи демонстрацію команд маршрутизації та даних для одного з космічних кораблів, який мав проблеми зі зв’язком між космосом і землею, що є цінною перевагою кооперативної групи космічних апаратів.

«Успіх MANET демонструє міцність рою», — сказав Говард Кеннон, керівник проекту Starling у NASA Ames. «Наприклад, коли радіозв’язок одного космічного корабля зійнявся, ми «завантажили» космічний корабель з іншого напрямку, надсилаючи команди, оновлення програмного забезпечення та іншу важливу інформацію на космічний корабель від іншого члена зграї».

Автономна ройна навігація

Навігація та робота по відношенню один до одного та планети є важливою частиною формування рою космічних кораблів. Оптичний експеримент Starling Formation-Flying Optical Experiment, або StarFOX, використовує засоби відстеження зірок, щоб розпізнати іншого члена зграї, інший супутник або космічне сміття на тлі зірок, а потім оцінити положення та швидкість кожного космічного корабля.

Експеримент є першою в історії опублікованою демонстрацією такого типу навігації зграї, включаючи можливість відстежувати декілька членів зграї одночасно та можливість обмінюватися спостереженнями між космічними кораблями, підвищуючи точність при визначенні орбіти кожного члена зграї.

Ближче до завершення операцій місії рій був переведений у еліпс пасивної безпеки, і в цій формі команда StarFOX змогла досягти революційної віхи, продемонструвавши здатність автономно оцінювати орбіти рою, використовуючи лише міжсупутникові вимірювання з зоряні трекери космічних кораблів.

Керування ройовими маневрами

Здатність планувати та виконувати маневри з мінімальним втручанням людини є важливою частиною розробки більших роїв супутників. Автономне керування траєкторіями та маневрами сотень або тисяч космічних апаратів економить час і зменшує складність.

Бортова система експериментів з реконфігурації та обслуговування орбіти (ROMEO) перевіряє планування та виконання бортових маневрів шляхом оцінки орбіти космічного корабля та планування маневру на нову бажану орбіту.

Експериментальна група успішно продемонструвала здатність системи визначати та планувати зміну орбіти та працює над удосконаленням системи, щоб зменшити використання палива та продемонструвати виконання маневрів. Команда продовжуватиме адаптувати та розвивати систему під час розширення місії Starling.

Роїться разом

Тепер, коли основні цілі місії Starling виконані, команда приступить до розширення місії, відомого як Starling 1.5, тестування координації космічного руху в партнерстві з групою Starlink від SpaceX, яка також має можливості автономного маневрування. Проєкт досліджуватиме, як угруповання, якими керують різні користувачі, можуть обмінюватися інформацією через наземний центр, щоб уникнути можливих зіткнень.

«Партнерство Starling із SpaceX — це наступний крок в управлінні великими мережами космічних кораблів і розумінні того, як дві автономно маневруючі системи можуть безпечно працювати поблизу одна від одної. Оскільки кількість діючих космічних апаратів збільшується щороку, ми повинні навчитися керувати орбітальним трафіком», — сказав Хантер.