После десяти месяцев пребывания на орбите рой космических аппаратов Starling успешно выполнил основные задачи своей основной миссии, продемонстрировав значительные достижения в возможностях роевых конфигураций.
Рои спутников могут в один прекрасный день быть использованы для исследования дальнего космоса. Автономная сеть космических аппаратов сможет самостоятельно ориентироваться, управлять научными экспериментами и совершать маневры, реагируя на изменения окружающей среды, не испытывая при этом значительных задержек связи между роем и Землей.
«Успех первой миссии Starling представляет собой знаковое достижение в развитии автономных сетей малых космических аппаратов», — сказал Роджер Хантер, руководитель программы NASA по технологиям малых космических аппаратов в Исследовательском центре NASA имени Эймса в Силиконовой долине Калифорнии. «Команда очень успешно справляется с поставленными задачами и адаптируется к трудностям».
Совместная работа
Эксперимент Distributed Spacecraft Autonomy (DSA), проведенный на борту Starling, продемонстрировал способность роя космических аппаратов оптимизировать сбор данных по всему рою. CubeSats анализировали ионосферу Земли, выявляя интересные явления и достигая консенсуса между каждым спутником по подходу к анализу.
Благодаря распределению работы по наблюдению между роем, каждый космический аппарат может «разделить нагрузку» и наблюдать различные данные или работать вместе для проведения более глубокого анализа, снижая нагрузку на человека и поддерживая работу космических аппаратов без необходимости получения новых команд с Земли.
Успех эксперимента означает, что Starling — это первый рой, который автономно распределяет информацию и оперативные данные между космическими аппаратами для составления планов более эффективной работы и первая демонстрация полностью распределенной бортовой системы рассуждений, способной быстро реагировать на изменения в научных наблюдениях.
Связь через рой
Рою космических аппаратов необходима сеть для связи между собой. Эксперимент Mobile Ad-hoc Network (MANET) автоматически создал сеть в космосе, что позволило рою передавать команды и данные между собой и на Землю, а также совместно обмениваться информацией о других экспериментах.
Команда успешно выполнила все задачи эксперимента MANET, в том числе продемонстрировала маршрутизацию команд и данных на одном из космических аппаратов, испытывающих проблемы со связью между космосом и Землей, что является ценным преимуществом совместной работы роя космических аппаратов.
«Успех MANET демонстрирует устойчивость роя», — сказал Говард Кэннон, руководитель проекта Starling в NASA Эймс. Например, когда на одном из космических аппаратов роя отказало радио, мы «подгрузили» его с другого направления, отправив команды, обновления программного обеспечения и другую важную информацию на космический аппарат с другого участника роя».
Автономная навигация роя
Навигация и работа по отношению друг к другу и к планете — важная часть формирования роя космических аппаратов. В эксперименте Starling Formation-Flying Optical Experiment, или StarFOX, используются звездные трекеры, позволяющие распознать товарища по рою, другой спутник или космический мусор в фоновом звездном поле, а затем оценить положение и скорость каждого космического аппарата.
Эксперимент является первой в истории опубликованной демонстрацией такого типа навигации роя, включая возможность одновременного отслеживания нескольких членов роя и обмена наблюдениями между космическими аппаратами, что повышает точность определения орбиты каждого члена роя.
Ближе к концу миссии рой был маневрирован в пассивный эллипс безопасности, и в этой формации команда StarFOX смогла достичь новаторской вехи, продемонстрировав способность автономно оценивать орбиты роя, используя только межспутниковые измерения со звездных трекеров космических аппаратов.
Управление маневрами роя
Возможность планировать и выполнять маневры при минимальном вмешательстве человека — важная часть разработки больших спутниковых роев. Автономное управление траекториями и маневрами сотен или тысяч космических аппаратов экономит время и снижает сложность.
Система Reconfiguration and Orbit Maintenance Experiments Onboard (ROMEO) тестирует бортовое планирование и выполнение маневров, оценивая орбиту космического аппарата и планируя маневр к новой желаемой орбите.
Команда экспериментаторов успешно продемонстрировала способность системы определять и планировать изменение орбиты и работает над усовершенствованием системы, чтобы уменьшить расход топлива и продемонстрировать выполнение маневров. Команда продолжит адаптировать и развивать систему в течение всего периода продления миссии Starling.
Роем вместе
Теперь, когда основные задачи Starling выполнены, команда приступит к расширению миссии, известной как Starling 1.5, в рамках которой будет проведено тестирование координации космического трафика в партнерстве с созвездием Starlink компании SpaceX, которое также обладает возможностями автономного маневрирования. В рамках проекта будет изучено, как созвездия, управляемые разными пользователями, могут обмениваться информацией через наземный центр, чтобы избежать потенциальных столкновений.
«Партнерство Starling со SpaceX — это следующий шаг в управлении крупными сетями космических аппаратов и понимании того, как две автономно маневрирующие системы могут безопасно работать вблизи друг друга. Поскольку количество действующих космических аппаратов увеличивается с каждым годом, мы должны научиться управлять орбитальным трафиком», — сказал Хантер.
Программа NASA «Технологии малых космических аппаратов», базирующаяся в Эймсе и входящая в Управление космических технологий NASA (STMD), финансирует и управляет миссией Starling. Компания Blue Canyon Technologies разработала и изготовила космические автобусы и обеспечивает оперативную поддержку миссии. Компания Rocket Lab USA, Inc. предоставила услуги по запуску и интеграции. Партнерами, поддерживающими эксперименты с полезной нагрузкой Starling, являются Лаборатория космического рандеву Стэнфордского университета в Стэнфорде, Калифорния, York Space Systems (ранее Emergent Space Technologies) из Денвера, Колорадо, CesiumAstro из Остина, Техас, L3Harris Technologies, Inc. из Мельбурна, Флорида. Финансовую поддержку эксперименту DSA оказала программа NASA Game Changing Development в рамках STMD. Партнерами, поддерживающими продление миссии Starling, являются компания SpaceX из Хоторна, штат Калифорния, программа NASA по анализу рисков при оценке стыковки (CARA) и Министерство торговли. SpaceX управляет спутниковой группировкой Starlink и наземной системой предотвращения столкновений.