Миссия NASA Starling, состоящая из четырех малых спутников на низкой околоземной орбите, испытала принцип навигации, при котором другие спутники используются в качестве подвижных ориентиров. В перспективе эта технология должна позволить космическим аппаратам определять свое положение и прокладывать маршрут даже при отсутствии GPS.
Трехлетний технологический эксперимент, срок завершения которого первоначально истекал в этом году, будет продлен как минимум до 2028 года. NASA намерено максимально использовать возможности бортовой системы FALCON, созданной совместно с промышленным партнером EraDrive. Название FALCON расшифровывается как Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation — «быстрая автономная оптическая навигация по каталогу для аппаратов, потерявшихся в космосе».
«По мере того как NASA готовится к новым миссиям за пределами околоземной орбиты, такие технологии, как FALCON, могут поддержать группировки лунных спутников, распределенные научные миссии и пилотируемые исследования», — отметили представители агентства.
Хотя NASA рассматривает прежде всего гражданские применения технологии, альтернативные GPS-системы активно изучает и Министерство обороны США. Военные опасаются, что ограниченное количество навигационных спутников может стать уязвимым перед потенциальными противниками. В начале этого года подразделения Космических сил США SpaceWERX и Space Systems Command совместно запустили инициативу по поиску новых решений в области определения местоположения, навигации и точного времени в космосе.
Однако FALCON решает несколько иную задачу — проблему огромных расстояний. Спутники на околоземной орбите имеют относительно простой доступ к специально созданным навигационным ориентирам, таким как GPS. Но по мере удаления от Земли таких ориентиров становится все меньше. И это не абстрактная проблема: NASA планирует вновь отправить астронавтов на поверхность Луны уже в 2028 году в рамках миссии «Артемида IV», одновременно развивая более масштабные планы по созданию лунной базы.
Луна и окружающее ее пространство вызывают большой интерес и у промышленности, и у военных. Одной из ключевых задач становится понимание того, как ориентироваться в этой новой среде.
Но прежде чем испытывать новую систему непосредственно у Луны, NASA хочет получить больше данных на околоземной орбите. Для этого агентство сотрудничает с EraDrive — компанией, занимающейся автономной навигацией космических аппаратов и возникшей на базе исследовательской группы Стэнфордского университета. Она предоставила для FALCON бортовое программное обеспечение и алгоритмы.
Эксперимент использует данные с камер спутников Starling, а также бортовой каталог, в котором содержатся сведения о тысячах известных спутников и других космических объектов.
Миссия не просто отрабатывает «навигацию, независимую от GPS». Она одновременно демонстрирует возможности контроля космической обстановки (Space Situational Awareness, SSA) — то есть способность космического аппарата отслеживать и понимать, что происходит вокруг него, включая положение других спутников.
Некоторые современные аппараты уже используют SSA для автоматического уклонения от потенциально опасных объектов и космического мусора на низкой околоземной орбите. В частности, подобными возможностями оснащаются широкополосные спутники Starlink компании SpaceX.
За первые три года работы FALCON достигла двух важных результатов.
Спутники использовали свои камеры для наблюдения за другими аппаратами и космическими объектами, а затем сопоставляли полученную информацию с данными бортовой базы. В ней содержатся сведения примерно о 20 000 объектах, собранные из общедоступных записей Министерства обороны США.
«Затем FALCON использовала наблюдаемые и подтвержденные объекты в качестве ориентиров для определения орбиты Starling», — сообщило NASA.
Наблюдения FALCON на орбите также помогли специалистам миссии лучше определить траектории 200 отдельных объектов, уточнив данные об их орбитах, содержащиеся в каталоге Министерства обороны. На всю эту работу потребовалось всего три дня, причем она выполнялась полностью автономно — без участия операторов на Земле.
«Возможность самостоятельно определять собственную орбиту, реализованная благодаря FALCON, стала первой в своем роде для космических аппаратов, использующих оптические камеры и способных ориентироваться по своему относительному положению относительно других объектов в космосе», — заявили в NASA.
Отдельные эксперименты по обновлению каталога также показали, что бортовая система Starling способна прогнозировать положение космических объектов точнее, чем данные, предоставляемые наземными станциями.
В дальнейшем NASA рассчитывает перенести полученный опыт на лунные и марсианские миссии. Там автономная навигация может пригодиться не только для научных задач — например, повышения точности измерений, проводимых космическими аппаратами, — но и для организации безопасного движения между планетами.
Автор: Дмитрий Скрипач