Algún día, en lugar de grandes y costosos satélites espaciales individuales, equipos de pequeños satélites (conocidos por los científicos como “enjambres”) trabajarán de forma cooperativa, lo que permitirá una mayor precisión, agilidad y autonomía. Los científicos que trabajan para hacer realidad estos equipos incluyen investigadores del Space Rendezvous Lab de la Universidad de Stanford, que recientemente navegaron por un enjambre de satélites utilizando únicamente información visual compartida a través de una red inalámbrica. Completaron la primera prueba en órbita de un sistema prototipo capaz de hacerlo. .
“Este es un artículo histórico y la culminación de 11 años de esfuerzo de mi laboratorio, que fue fundado con el objetivo de superar el estado actual del arte y la práctica en autonomía distribuida en el espacio”, dijo Simon D. Amico, profesor asociado. de aeronáutica. y astronauta y autor principal del estudio. “Starling es la primera demostración de un enjambre autónomo de satélites”.
La prueba se conoce como Experimento óptico de vuelo en formación Starling, o StarFOX. En él, el equipo navegó con éxito por cuatro pequeños satélites que operaban utilizando únicamente información visual recopilada por cámaras a bordo para calcular su velocidad (u órbita). Los investigadores presentaron los resultados de la prueba inicial de StarFOX en una reunión de expertos en satélites enjambres en la Conferencia de Pequeños Satélites en Logan, Utah.
Todos los ángulos
D’Amico describió el desafío que ha impulsado a su equipo durante más de una década. “Nuestro equipo ha estado abogando por un sistema espacial distribuido desde el comienzo del laboratorio. Ahora es la corriente principal. La NASA, el Departamento de Defensa, la Fuerza Espacial de EE. UU., todos han valorado múltiples activos para cumplir los objetivos. Han entendido que de otra manera sería imposible o muy difícil de lograr con una nave espacial”, afirmó. “Los beneficios incluyen mayor precisión, cobertura, flexibilidad, solidez y propósitos potencialmente nuevos que aún no se han imaginado”.
La navegación colaborativa presenta desafíos técnicos considerables. Los sistemas actuales se basan en el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), que requiere comunicaciones frecuentes con los sistemas terrestres. Más allá de la órbita terrestre, existe una red de espacio profundo, pero es relativamente lenta y no fácilmente escalable para proyectos futuros. Además, ninguno de los sistemas puede ayudar a los satélites a evitar lo que D’Amico llama “objetos que no cooperan”, como los desechos espaciales, que podrían dejar a un satélite fuera de servicio.
D’Amico dijo que la multitud necesita un sistema de navegación autónomo que permita una gran autonomía y robustez. De manera similar, estos sistemas se vuelven más atractivos debido a los mínimos requisitos técnicos y costos financieros de las pequeñas cámaras y otros equipos actuales. Las cámaras utilizadas en la prueba StarFOX son cámaras 2D probadas y relativamente económicas llamadas rastreadores de estrellas que se encuentran en cualquier satélite en la actualidad.
“En esencia, la navegación sólo en ángulo no requiere hardware adicional, incluso cuando se utiliza en naves espaciales pequeñas y económicas”, dijo D’Amico. “Y el intercambio de información visual entre los miembros de la multitud proporciona una nueva capacidad de navegación visual distribuida”.
Está escrito en las estrellas.
StarFOX combina mediciones visuales de cámaras individuales montadas en cada satélite en un enjambre. Como el viejo marinero que navegaba en alta mar con un sextante, el conocido campo de estrellas del fondo se utiliza como referencia para deducir el ángulo de orientación de los satélites abarrotados. Estos ángulos luego son procesados por modelos de fuerza a bordo basados en la física para estimar la posición y la velocidad de los satélites en relación con el planeta en órbita; en este caso, también lo harán la Tierra, pero no la Luna, u otros objetos planetarios. trabajar. .
StarFOX Space Rendezvous Lab utiliza únicamente el sistema de medición de trayectoria absoluta y relativa (ARTMS, para abreviar) que integra tres nuevos algoritmos de robótica espacial para ángulos. Un algoritmo de procesamiento de imágenes detecta y rastrea múltiples objetivos en las imágenes y calcula los ángulos de orientación del objetivo: los ángulos en los que los objetos, incluidos los desechos espaciales, se acercan o se alejan entre sí. Luego, el algoritmo de determinación de la órbita por lotes estima la órbita aproximada de cada satélite desde estos ángulos. Por último, pero no menos importante, el algoritmo de determinación secuencial de la órbita mejora la velocidad del enjambre al procesar nuevas imágenes a lo largo del tiempo para proporcionar potencialmente algoritmos autónomos de guía, control y prevención de colisiones a bordo.
Los datos se comparten a través de un enlace de comunicación entre satélites (o red inalámbrica). Todo esto se utiliza para calcular una posición y velocidad absoluta y relativa notablemente robustas sin GNSS. En las condiciones más difíciles, utilizando solo un satélite de observación, StarFOX pudo calcular la posición relativa (la posición de los satélites individuales entre sí) con una precisión del 0,5% de su distancia. Cuando se incluyeron varios observadores, esa tasa de error se redujo a sólo el 0,1%.
La prueba Starling se consideró lo suficientemente prometedora como para que la NASA lanzara el proyecto, ahora conocido como StarFOX+, para explorar más a fondo estas capacidades mejoradas y allanar el camino para futuras tecnologías de posicionamiento y conocimiento de la situación espacial que se ampliará hasta 2025.
