Kuvittele satelliitti, joka lopettaa Maalta suunnan kysymisen ja alkaa lukea taivasta kuin karttaa. Tämä on periaatteessa se, mitä Nasan Starling-tehtävä on alkanut osoittaa: satelliitit voivat paikantaa itsensä käyttämällä kiertoradalla olevia kohteita maamerkkeinä sen sijaan, että ne luottaisivat GPS:ään.
Se kuulostaa yksinkertaiselta. Se ei ole. GPS-signaalit heikkenevät tai muuttuvat epäluotettaviksi heti kun poistut matalalta Maan kiertoradalta. Kuun läheisyydessä ja kauempana perinteiset navigointiverkot tarjoavat vain vähän suojaa. Siksi insinöörit esittivät toisenlaisen kysymyksen: entä jos avaruusalus voisi käyttää kiertävien kohteiden luetteloa, kuten muita satelliitteja, hylättyä laitteistoa tai jopa romua, vertauspisteinä? Vastaus tuli kompaktissa paketissa nimeltä FALCON, lyhenne sanoista Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation.
FALCON yhdisti EraDrive-yhtiön Era-Core-lento-ohjelmiston Starlingin kameroihin ja aluksella olevaan seurattujen kohteiden luetteloon, jolloin pieni alus pystyi vertaamaan kameroidensa näkemää tunnettuihin kiertorataennusteisiin. Kun löydettiin sopiva osuma, alus laski oman sijaintinsa ja samalla tarkensi lähellä olevien kohteiden ennustettuja ratoja. Tulokset olivat vaikuttavia. Lyhyen, kolmen päivän jakson aikana järjestelmä paransi yli 200 kohteen ratojen ennusteita ilman, että maaohjaus astui väliin.
Miksi se on tärkeää? Tarkka paikannus ei ole pelkkä navigointimukavuus. Se on perustana koordinoiduille tieteellisille kampanjoille, muodostelmia ylläpitäville konstellaatioille ja kaikille miehitetyille operaatioille Maan ulkopuolella, joissa tukialusten on tiedettävä missä ne ovat ja mihin muut ovat menossa. Autonominen optinen navigointi voi myös keventää maa-asemien kuormitusta ja muuttaa satelliitit aktiivisiksi toimijoiksi avaruustrafiikin hallinnassa ja törmäysten välttämisessä.
Starlingin ratkaisu oli käytännöllinen ja elegantti. Insinöörit latasivat alukselle noin 20 000 seurattavan kohteen luettelon. Tavalliset tähtitunnistuskamerat, joiden tehtävänä on yleensä kertoa satelliitille mikä on ylös, käytettiin uudelleen tunnistamaan muita kiertoradalla olevia kohteita. Kun havaittu kohde vastasi luettelon merkintää, ohjelmisto käytti havaintoa maamerkkinä tiukentaakseen sekä satelliitin omaa sijaintiarviota että luettelon ennustetta kyseisestä kohteesta.
Ajattele sitä kuten merimiehet käyttävät majakoita: jos tunnet majakoiden sijainnit, voit määrittää sijaintisi silmämääräisesti. Mutta joskus majakoiden paikat ovat epätarkkoja. FALCON sekä navigoi että piirtää karttaa uudelleen samaan aikaan.
Satelliitit voivat nyt käyttää lähellä olevia avaruuskohteita käytännöllisinä maamerkkeinä navigoidakseen ilman GPS:ää ja päivittää samalla kiertorataluettelon tietoja omalta kiertoradaltaan.
Työ on yhteistyö NASA:n ja EraDrive-yhtiön välillä. EraDrive on Stanfordin yliopistosta syntynyt yritys, joka kaupallisti yliopistolähtöisen tutkimuksen pohjalta kehitetyn Era-Core-ohjelmiston. Starling, jota johtaa NASA:n Amesin tutkimuskeskus Piilaaksossa ja jota rahoittaa Small Spacecraft and Distributed Systems -ohjelma, tarjosi lentoympäristön, jossa ohjelmisto vietiin laboratoriosta todellisiin kiertoratoihin.
Starling laukaistiin vuonna 2023 neljän aluksen parvena. Myöhemmin tänä vuonna missio laajentaa kokeilua: satelliitit jakavat seurantatietoja keskenään ja tarkentavat keskinäisiä sijaintejaan edelleen. Tällainen tiedonvaihto voi tehdä GPS-vapaan satelliittiverkoston kestävämmäksi, mikä on erityisen hyödyllistä kuun läheisyydessä toimiville parville, hajautetuille tieteellisille alustoille tai mille tahansa tehtävälle, jossa luotettava Maasta tuleva navigointisignaali ei ole saavutettavissa.
Siitä on myös käytännön seurauksia. Paremmat aluksella tehtävät rata-arviot tarkoittavat parantuneita törmäysvaroituksia ja tarkempaa kohdistusta instrumenteille, jotka on sovitettava eri alusten välillä. Vähentämällä riippuvuutta Maassa tapahtuvasta laskennasta, missiot pystyvät reagoimaan nopeammin uhkiin tai tarttumaan tieteellisiin mahdollisuuksiin lennossa.
Starlingin saavutukset paljastavat toisenkin trendin: autonomia ei ole vain mukavuus kaukoretkeläisille, siitä on tullut operatiivinen välttämättömyys täyttyvällä kiertoradalla ja Kuuhun ja sen yli suuntautuvissa kunnianhimoissa. Koe muutti arkiset kamerat ja älykkään ohjelmiston navigointityökalupakiksi ja osoitti, että jopa pienet avaruusalukset voivat toimia älykkäinä kopilotteina.
Jos satelliitit oppivat lukemaan toisiaan maamerkkeinä, tulevien avaruustehtävien koreografia voi muuttua paljon joustavammaksi ja paljon vähemmän sidotuksi maan komentoihin. Muuttaako se tapaa, jolla suunnittelemme jokaista missiota tästä eteenpäin? Se selviää pian.
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.