Как миссий на низкую околоземную орбиту становятся все более частыми, координации движения остается одним из ключевых элементов эффективной работы в космосе. Различных спутниковых операторов, использующих автономные системы должны работать вместе и управлять растущей нагрузкой. НАСА Скворец космический корабль swarm недавно протестировал координацию с компанией SpaceX Starlink constellation, продемонстрировав потенциальное решение для улучшения координации космического движения.
В рамках программы«Технологии малых космических аппаратов»в Исследовательском центре Эймса НАСА в Кремниевой долине в Калифорнии миссия Starling изначально была направлена на демонстрацию автономного планирования и выполнения орбитальных манёвров с помощью четырёх малых космических аппаратов. После достижения основных целей миссия Starling расширилась и стала называться Starling 1.5 — эксперимент по демонстрации манёвров между роем Starling и спутниками Starlink компании SpaceX, которые также автономно маневрируют.
Координация на Низкой Околоземной орбите
Современные системы координации космического движения отслеживают траектории космических аппаратов и объектов в космосе и предупреждают операторов на Земле о потенциальных сближениях, которые происходят, когда два объекта сближаются на расстояние, превышающее допустимое для оператора, по своим орбитальным траекториям. Операторы космических аппаратов могут запросить уведомление при различных вероятностях столкновения, часто от 1 к 10 000 до 1 к 1 000 000 или ниже.
Для предотвращения столкновений между спутниками операторам требуется ручная координация посредством звонков или электронной почты на Земле. Оператор может получить уведомление по ряду причин, в том числе из-за недавнего маневрирования своего спутника, наличия поблизости космического мусора или корректировки орбиты другим спутником.
Как только оператор узнает о потенциальном сближении, он должен начать работать вместе с другими операторами, чтобы снизить вероятность столкновения. Это может привести к длительным переговорам или переписке по электронной почте между наземными оперативными группами, у которых разные подходы к безопасным операциям. Это также означает, что на планирование и выполнение манёвров может уйти несколько дней. Такие сроки могут быть неприемлемы для миссий, требующих быстрой корректировки для сбора важных данных.
«Иногда мы совершаем манёвр, который, как мы выясняем, не был необходим, если бы мы подождали, прежде чем принимать решение. Иногда нельзя ждать три дня, чтобы изменить положение и провести наблюдение. Возможность реагировать в течение нескольких часов может сделать возможными новые спутниковые наблюдения», — сказал Натан Бенц, руководитель проекта Starling 1.5 в НАСА Эймс.
Улучшение координации для автономного маневрирования
Первым шагом в улучшении координации стала разработка надёжного способа передачи информации о манёврах между операторами. «Обычно SpaceX берёт на себя ответственность за то, чтобы уступить дорогу, когда другой оператор делится информацией о прогнозируемой траектории», — сказал Бенц.
SpaceX и NASA совместно разработали сервис для отслеживания сближений, который затем внедрила компания SpaceX. Операторы спутников могут быстро отправлять траектории и получать данные о сближениях, а затем брать на себя ответственность за маневры, чтобы избежать потенциального сближения.
«Для этого эксперимента Starling НАСА взял на себя ответственность за перемещение с помощью службы сканирования, успешно протестировал работу нашей системы, а затем автономно спланировал и выполнил маневр для спутника Starling НАСА, разрешив сближение со спутником Starlink», — сказал Бенц.
В рамках эксперимента Starling 1.5 НАСА агентство помогло проверить работу системы Starlink от SpaceX. Управление космической торговли при Министерстве торговли США также сотрудничало со SpaceX, чтобы понять и оценить работу системы Starlink.
Более быстрое реагирование на изменения на Земле
Время, необходимое для планирования манёвров в современных условиях орбитального движения, ограничивает количество спутников, которыми может управлять оператор, и его способность собирать данные или обслуживать клиентов.
«Полностью автоматизированная система, которая является гибкой и адаптируемой к разным спутниковым группировкам, идеально подходит для среды с несколькими спутниковыми операторами, у каждого из которых свои критерии снижения рисков столкновений», — сказала Лори Ньюман, руководитель программы NASA по анализу рисков сближения в штаб-квартире агентства в Вашингтоне.
Сокращение времени, необходимого для планирования манёвров, может открыть новый класс миссий, в которых возможна быстрая реакция на изменения в космосе или на поверхности Земли. Спутники, способные быстрее перемещаться, могли бы корректировать своё орбитальное положение, чтобы заснять стихийное бедствие с высоты или отреагировать на интересные наблюдения одного из участников роя, переместившись для более тщательного изучения.
«Благодаря улучшенному доступу и использованию низкой околоземной орбиты, а также необходимости в более совершенной системе координации космического движения, Starling 1.5 предоставляет критически важные данные. Starling 1.5 — это результат успешного сотрудничества между НАСА, Министерством торговли и SpaceX, которые совершенствуют технологии для решения таких задач, — сказал Роджер Хантер, руководитель программы Small Spacecraft Technology. — Мы с нетерпением ждём продолжительного воздействия технологий Starling, поскольку они продолжают демонстрировать прогресс в координации, сотрудничестве и автономности космических аппаратов».
НАСА Эймс руководит проектом Starling. Программа НАСА по малым космическим аппаратам в рамках Управления космических технологий финансирует и управляет миссией Starling.