NASA заменила GPS космическим мусором

Вокруг Земли на орбите находится более 20 тысяч искусственных объектов: работающие спутники, отработавшие ступени ракет и фрагменты космического мусора. Обычно их считают помехой, угрозой для действующих аппаратов. Однако NASA решило превратить этот хаос в навигационную систему.

Агентство применило технологию Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation в рамках миссии Starling. Разработка позволяет космическому аппарату определять собственное положение на орбите без использования сигналов GPS — вместо этого он смотрит по сторонам и узнаёт ориентиры.

Как спутник находит дорогу без спутниковой навигации

Обычные спутники полагаются на сигналы GPS — как и смартфон в руках человека. Но у космоса есть ограничение: чем дальше аппарат от Земли, тем слабее и ненадёжнее становится GPS-сигнал. У лунной орбиты и в глубоком космосе он может вообще отсутствовать.

FALCON решает эту проблему иначе. Спутник использует бортовые камеры — те же, что обычно служат для ориентации по звёздам. Но вместо звёзд система ищет другие объекты: спутники и обломки космического мусора. Затем она сверяет увиденное с электронным каталогом, где описаны орбиты примерно 20 тысяч известных объектов.

Когда система идентифицирует объект и знает его расчётное положение, она использует его как точку отсчёта, чтобы вычислить, где находится сам аппарат. Представьте, что вы заблудились в незнакомом городе, но узнали на горизонте башню — и у вас есть карта, где она отмечена. Так же работает FALCON, только «город» — это околоземная орбита, а «башни» движутся со скоростью 28 тысяч километров в час.

Три дня и 200 уточнённых орбит

Результаты эксперимента впечатляют. В ходе трёхдневного тестирования система улучшила данные об орбитах более чем 200 космических объектов. И всё это — без вмешательства операторов с Земли. Более того, расчёты, выполненные бортовым компьютером, оказались точнее, чем данные в исходном каталоге, загруженном с Земли.

Это первое в истории успешное определение собственной орбиты спутником с помощью оптических камер и ориентации на другие космические объекты. Старший разработчик системы Роджер Хантер из Исследовательского центра NASA имени Эймса назвал этот результат «ещё одним успехом демонстрационной миссии Starling».

Двойная польза: и навигация, и безопасность

Технология решает сразу две задачи. Первая — автономная навигация. Спутники смогут работать без постоянной связи с Землёй, что критически важно для будущих миссий к Луне и Марсу, где задержка сигнала делает управление с Земли сложным и неоперативным.

Вторая — безопасность орбитального движения. Чем точнее известны траектории всех объектов, тем меньше риск столкновений. Спутник, способный самостоятельно уточнять орбиты соседей, становится элементом системы контроля космического трафика. А это означает снижение нагрузки на наземные службы и меньшую зависимость от их инфраструктуры.

От студенческого проекта до коммерческой разработки

Технология FALCON создана в сотрудничестве NASA и компании EraDrive, которая выросла из стартапа выпускников Стэнфордского университета. Изначально это был проект в рамках программы NASA по партнёрству с университетами. Теперь EraDrive коммерциализирует своё программное обеспечение Era-Core, которое стало основой системы.

Миссия Starling, запущенная в 2023 году, продолжает работать. До конца года NASA планирует расширить эксперимент: четыре аппарата Starling будут обмениваться данными между собой и совместно уточнять свои координаты. Такой подход может лечь в основу будущих спутниковых группировок у Луны, где аппаратам придётся действовать согласованно и без постоянной поддержки с Земли.

Источник: sciencedaily