Технологии

Орбитальное испытание системы автономной навигации роя спутников

16 Августа 2024
Орбитальное испытание системы автономной навигации роя спутников

В далёком, а может, и не таком далёком будущем, в космосе вместо больших и дорогих отдельных спутников будут работать команды более мелких спутников – то, что называется: «рой». Это должно обеспечить большую точность, маневренность и автономность. Над этой темой, среди прочих, работают исследователи из Лаборатории космических сближений Стэнфордского университета. Недавно они завершили первое испытание на орбите прототипа системы, способной управлять роем спутников, используя только визуальную информацию, передаваемую по беспроводной сети.

Эксперимент получил название Starling Formation-Flying Optical Experiment, или StarFOX. Исследователи управляли четырьмя малыми спутниками, работающими в тандеме, используя для расчёта их траекторий только визуальную информацию, собранную с бортовых камер. Исследователи представили свои выводы на собрании экспертов по роевым спутникам на конференции Small Satellite Conference в Логане, штат Юта.

NASA, Министерство обороны и Космические силы США стали активно изучать использование множественных активов в координации для достижения целей, которые в противном случае было бы невозможно или очень трудно достичь с помощью одного космического корабля.

Надёжная навигация роя представляет собой значительную технологическую проблему. Текущие системы полагаются на ГНСС, что требует частого контакта с наземными системами. За пределами орбиты Земли есть Deep Space Network, но она относительно медленная и не легко масштабируется для будущих начинаний. Более того, ни одна из систем не может помочь спутникам избегать того, что называют исследователи «несотрудничающими объектами», такими как космический мусор, который может вывести спутник из строя.

Рою нужна автономная навигационная система для надёжной работы. Минимизация технических требований и финансовых затрат – тоже немаловажный фактор. Камеры, используемые эксперименте, – относительно недорогие 2D-камеры, называемые звёздными трекерами, которые сегодня можно найти на любом спутнике.

По своей сути, навигация только по углам не требует дополнительного оборудования даже при использовании на небольших и недорогих космических аппаратах. А обмен визуальной информацией между членами роя обеспечивает новую распределённую оптическую навигационную возможность.

Проводимый эксперимент объединяет визуальные измерения с отдельных камер, установленных на каждом спутнике в рое. Как при работе в открытом море с секстантом, поле известных звёзд на заднем плане используется в качестве ориентира для извлечения углов пеленга к роящимся спутникам. Затем эти углы обрабатываются на борту с помощью точных физических моделей сил для оценки положения и скорости спутников относительно вращающейся планеты — в данном случае Земли, но Луна, Марс или другие планетарные объекты также подойдут.

Эксперимент использует систему измерения абсолютной и относительной траектории Space Rendezvous Lab, которая интегрирует три новых алгоритма космической робототехники. Алгоритм обработки изображений обнаруживает и отслеживает несколько целей на изображениях и вычисляет углы направления цели — углы, под которыми объекты, включая космический мусор, движутся друг к другу или отдаляются друг от друга. Затем алгоритм определения пакетной орбиты оценивает грубую орбиту каждого спутника по этим углам. И последнее, но не менее важное: алгоритм определения последовательной орбиты уточняет траектории роя с помощью обработки новых изображений с течением времени, чтобы потенциально снабжать ими автономные алгоритмы наведения, управления и предотвращения столкновений на борту.

Данные передаются по межспутниковой линии связи (или беспроводной сети). Всё это используется для расчёта надёжного абсолютного и относительного положения и скорости с замечательной степенью точности без ГНСС. В самых сложных условиях, используя всего один спутник-наблюдатель, система смогла рассчитать относительное положение — положение отдельных спутников друг относительно друга — с точностью до 0,5% от их расстояния. Когда было добавлено несколько наблюдателей, эти показатели ошибок снизились до всего лишь 0,1%.

Испытание было признано достаточно многообещающим, поэтому NASA продлило проект, теперь известный как StarFOX+, на 2025 год для дальнейшего изучения этих улучшенных возможностей и прокладывания пути для будущих технологий космической ситуационной осведомлённости и позиционирования.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~kDNlw
11.03.2025
В Экспоцентре города Москвы 22 апреля 2025 года состоится XVIII Международный навигационный форум - «Навитех-2025». Это ключевое событие в сфере использования навигационных и космических информационных технологий в России и странах ЕАЭС. В 2025 году программа форума направлена на комплексное развитие навигационной сферы, а также на интересы крупных заказчиков, производителей, интеграторов, разработчиков и поставщиков. Цель — построение прозрачного и предметного двустороннего сотрудничества.
28.02.2025
В Московском физико-техническом институте (МФТИ) создан испытательный центр, который будет заниматься тестированием спутников формата CubeSat.
21.01.2025
Ученые лаборатории космических систем и технологий Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» с помощью спутниковых сигналов навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и Beidou исследовали ледовый покров озер Иткуль и Шира в заповеднике Хакассии. В результате удалось получить информацию о толщине ледового покрова, его прочности, влажности, солености и температуры.
16.01.2025
Специалисты Центра исследования и разработки беспилотного транспорта подготовили рабочее место для аналитиков в салоне трамвая. Они тестируют базовые функции, а также установленные камеры, радары и лидары. Последние позволяют определять расстояние до объектов с точностью до двух сантиметров и обеспечивают обзор на 360 градусов.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

НАВИГАЦИОННОЕ ПРАВО. Отрасль ли или фикция?
В юридической науке и нормотворческой практике применяется широко термин «отрасль права/отрасль законодательства». Одни теоретики их отождествляют, то есть полагают синонимами. Другие, различая право и закон, полагают их различными. То есть соотносящимися как содержание и форма. Практикам-«неюристам» эта дискуссионность неинтересна. Для них важен качественный нормативный документ как инструмент повседневной деятельности. Но на деле этот кажущийся схоластическим вопрос имеет вполне земное значение, касающееся каждого из нас. Особенно ярко это проявляется в сфере навигации, когда уже поголовно все население, исключая грудничков, обладает смартфонами, а значит, потенциально все эти владельцы – «субъекты персональной навигации». О классическом транспорте и субъектах еще более 50 видов экономической деятельности говорить не приходится. Не будет преувеличением сказать, что «география» применения навигационной информации, как продукта одного конкретного вида экономической деятельности, стала самой широкой в жизнедеятельности общества, обогнав связь и энергетику.
Необходим поиск отечественных специалистов в области кибербезопасности сельского хозяйства
Перспективы реализации дорожной карты одного из направлений Национальной технологической инициативы (НТИ) в области сельского хозяйства, по просьбе журнала «Вестник ГЛОНАСС», оценил эксперт в навигационно-информационной сфере Семён Видный. В современных, быстроизменяющихся условиях особого решения требуют вопросы безопасности (направление SafeNet), тем более на таком значимом для государства агросекторе. В этом направлении на данный момент – огромное количество профессиональных участников. Но большинство из них используют иностранные наработки, что в настоящий момент и на перспективу неприемлемо. Также все профессионалы никогда не занимались этим специфическим сектором экономики – сельским хозяйством. Так что здесь придётся ещё поискать участников.