НАСА успешно протестировало систему, позволяющую спутникам осуществлять навигацию без GPS, используя другие космические аппараты и обломки в качестве ориентиров на орбите. Всего за три дня FALCON также полностью автономно улучшил известные орбиты более чем 200 космических объектов.
Миссия НАСА «Старлинг» достигла еще одной важной вехи в автономных космических полетах, продемонстрировав систему, способную определять орбитальное положение спутника, используя в качестве опорных точек другие объекты в космосе, а не полагаясь на внешнюю навигационную сеть.
Технология, получившая название FALCON (Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation), призвана помочь космическим аппаратам работать с большей независимостью. Такие возможности могут стать все более важными по мере того, как НАСА будет реализовывать миссии на больших расстояниях от Земли, включая запуск лунных спутниковых роев, распределенные научные миссии и будущие пилотируемые исследования.
Навигация в космосе без GPS
Спутники вблизи Земли обычно используют GPS для навигации, но эти сигналы могут быть слабыми, ненадежными или недоступными вблизи Луны и в дальнем космосе. FALCON предлагает альтернативу, позволяя космическим аппаратам определять свое местоположение, используя данные, которые они могут наблюдать вокруг себя.
Полезная нагрузка FALCON — это совместный летный эксперимент, разработанный НАСА и компанией EraDrive, стартапом, возникшим на базе Стэнфордского университета. Система сочетает в себе программное обеспечение Era-Core и встроенные алгоритмы EraDrive с камерами Starling и бортовым каталогом известных спутников. Вместе эти инструменты обеспечивают навигацию, не зависящую от GPS, а также помогают космическому аппарату отслеживать активность и объекты в окружающей среде.
«FALCON — это еще один успех демонстрационной миссии Starling. Результаты FALCON могут иметь далеко идущие последствия для мониторинга космического движения на орбите, предотвращения столкновений и альтернативной навигации», — сказал Роджер Хантер, руководитель программы малых космических аппаратов и распределенных систем НАСА в исследовательском центре Эймс в Силиконовой долине Калифорнии. «Количество „первых“ достижений Starling продолжает расти».
Использование спутников и обломков в качестве ориентиров
В ходе демонстрации FALCON были оценены две взаимосвязанные возможности, реализованные с помощью бортовых камер звездного слежения Starling. Эти камеры являются стандартными приборами космических аппаратов, которые обнаруживают яркие объекты в космосе и помогают определить ориентацию и положение космического аппарата.
В ходе экспериментов по определению местоположения, навигации и синхронизации FALCON идентифицировал объекты, замеченные камерами Starling, включая другие космические аппараты и орбитальный мусор, и сравнил их с общедоступным каталогом известных космических объектов, который ведет Министерство обороны США. После идентификации и проверки наблюдаемых объектов FALCON использовал их в качестве опорных точек для расчета орбиты Starling.
В рамках отдельной серии экспериментов проверялось, может ли космический аппарат улучшить оценку орбит наблюдаемых объектов. Специалисты по управлению полетом загрузили на Starling каталог, содержащий приблизительно 20 000 космических объектов и их прогнозируемые орбиты.
Затем FALCON сравнил информацию из каталога с наблюдениями, собранными камерами Starling. Используя эти измерения, он рассчитал положение Starling, а также уточнил предполагаемое местоположение других объектов в космосе. Полученные оценки оказались даже точнее, чем существующие данные каталога.
В течение трех дней ракета-носитель FALCON улучшила известные орбиты более чем 200 объектов без какого-либо вмешательства со стороны операторов на Земле.
Впервые в области автономной оптической навигации
Способность FALCON определять собственную орбиту является первым подобным достижением для космического аппарата, использующего оптические камеры для навигации на основе своего положения относительно других объектов в космосе. В отдельных тестах по обновлению каталога Starling также выдавал более точные бортовые прогнозы положения объектов, чем те, которые предоставлялись наземными станциями.
Эти возможности могут быть особенно ценны для будущих сетей спутников, работающих без GPS. Скоординированные спутниковые системы могут сыграть важную роль в поддержке деятельности человека на поверхности Луны или Марса.
Точное позиционирование космического аппарата также имеет важное значение для распределенных научных миссий, где измерения, собранные из нескольких точек в космосе, должны быть точно выровнены. Для управления космическим движением автономная навигация и обновление бортовых каталогов могут снизить зависимость от наземных сетей слежения, одновременно улучшив предотвращение столкновений.
От университетских исследований к коммерческим технологиям
Эксперимент FALCON также демонстрирует роль НАСА в содействии развитию университетских исследований в коммерческие технологии. Работа началась как проект в рамках программы партнерства университетов в области технологий малых спутников, а затем переросла в компанию EraDrive, которая сейчас коммерциализирует свое программное обеспечение Era-Core и соответствующее оборудование для более широкого использования.
Starling предоставил возможность протестировать технологию в реальных условиях на орбите, продемонстрировав, как передовое программное обеспечение для управления полетом может позволить спутникам функционировать в качестве все более автономных навигаторов.
В конце этого года космический аппарат Starling, запуск которого запланирован на 2023 год, расширит эксперимент FALCON, используя технологию Era-Core. Четыре космических аппарата миссии будут обмениваться информацией о своих местоположениях и использовать эти объединенные наблюдения для уточнения своего положения.
