ناسا ناوبری ماهواره‌ها بدون GPS را آزمایش کرد

ناسا در یک آزمایش جدید نشان داده است که ماهواره‌ها می‌توانند بدون اتکا به GPS با استفاده از اجرام موجود در فضا به‌عنوان نقاط مرجع موقعیت خود را تعیین کنند؛ روشی که می‌تواند راه را برای توسعه فضاپیما‌های مستقل‌تر و ماموریت‌های آینده در اطراف ماه و اعماق فضا هموار کند.

به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، این فناوری که در قالب ماموریت Starling ناسا آزمایش شده و FALCON نام دارد امکان تعیین موقعیت یک فضاپیما را با استفاده از مشاهدات نوری و مقایسه آنها با اطلاعات موجود درباره اجرام فضایی فراهم می‌کند.

ناوبری در فضا بدون وابستگی به GPS

بسیاری از ماهواره‌ها در مدار زمین از سامانه‌های موقعیت‌یابی مانند GPS برای تعیین موقعیت و زمان استفاده می‌کنند، اما با فاصله گرفتن فضاپیما از زمین، سیگنال‌های GPS به‌تدریج ضعیف‌تر می‌شوند و در ماموریت‌هایی مانند عملیات در اطراف ماه یا اعماق فضا دیگر نمی‌توان مانند مدار پایین زمین به این سیگنال‌ها تکیه کرد.

فناوری FALCON با هدف کاهش این وابستگی توسعه یافته است. این فناوری حاصل همکاری ناسا و شرکت EraDrive است؛ شرکتی که از دانشگاه استنفورد منشعب شده است.

در این سامانه نرم‌افزار پروازی Era-Core و الگوریتم‌های تعبیه‌شده شرکت EraDrive با دوربین‌ها و تجهیزات ردیابی ستاره‌ای فضاپیمای Starling ترکیب شده‌اند. این ترکیب به فضاپیما اجازه می‌دهد از اطلاعات مشاهده‌شده توسط دوربین‌های خود برای تعیین موقعیت استفاده کند.

راجر هانتر، مدیر برنامه Small Spacecraft and Distributed Systems در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در کالیفرنیا درباره این دستاورد گفت نتایج FALCON می‌تواند پیامد‌های گسترده‌ای برای پایش ترافیک فضایی جلوگیری از برخورد و توسعه روش‌های جایگزین ناوبری داشته باشد.

استفاده از ماهواره‌ها و زباله‌های فضایی به‌عنوان نشانه

یکی از بخش‌های اصلی آزمایش FALCON استفاده متفاوت از دوربین‌های Star Tracker فضاپیما بود. این دوربین‌ها به‌طور معمول برای شناسایی اجرام درخشان، به‌ویژه ستاره‌ها و تعیین جهت‌گیری فضاپیما استفاده می‌شوند، اما در آزمایش جدید، FALCON از همین تجهیزات برای شناسایی اجرام دیگری در اطراف فضاپیما نیز استفاده کرد.

در آزمایش‌های مربوط به موقعیت‌یابی، ناوبری و زمان‌سنجی، دوربین‌های Starling اجرامی مانند ماهواره‌های دیگر و زباله‌های فضایی را مشاهده کردند. سپس این مشاهدات با یک فهرست از اجرام فضایی شناخته‌شده مقایسه شد.

پس از شناسایی و تایید این اجرام FALCON توانست از آنها به‌عنوان نقاط مرجع استفاده کند و موقعیت مداری فضاپیمای Starling را محاسبه کند.

به بیان ساده فضاپیما می‌تواند به جای دریافت مستقیم اطلاعات موقعیت از یک سامانه ناوبری زمینی آنچه را دوربین‌هایش از محیط اطراف مشاهده می‌کنند با اطلاعات از پیش موجود مقایسه کند و از این طریق موقعیت خود را تخمین بزند.

ثبت و اصلاح موقعیت بیش از ۲۰۰ جرم فضایی

FALCON تنها برای تعیین موقعیت خود Starling به کار نرفت. این سامانه قابلیت دیگری نیز برای بهبود اطلاعات مربوط به مدار اجرام مشاهده‌شده نشان داد.

گروه ماموریت اطلاعات مربوط به حدود ۲۰ هزار جرم فضایی و مدار‌های پیش‌بینی‌شده آنها را در اختیار فضاپیما قرار داد FALCON سپس پیش‌بینی‌های موجود در این فهرست را با مشاهدات واقعی دوربین‌های Starling مقایسه کرد.

این مقایسه به سامانه اجازه داد موقعیت Starling و همچنین موقعیت اجرام مشاهده‌شده را با دقت بیشتری نسبت به داده‌های موجود در فهرست اولیه تخمین بزند.

بر اساس نتایج اعلام‌شده FALCON طی یک دوره سه‌روزه توانست مدار بیش از ۲۰۰ جرم فضایی را بدون دخالت اپراتور‌های زمینی بهبود دهد.

این قابلیت از آن جهت اهمیت دارد که به‌روزرسانی اطلاعات مداری معمولا به داده‌های جمع‌آوری‌شده و پردازش‌شده در سامانه‌های زمینی وابسته است. در روش جدید بخشی از این پردازش می‌تواند مستقیما روی فضاپیما انجام شود.

گامی به سوی ناوبری نوری خودکار

ناسا اعلام کرده است که قابلیت تعیین مدار خودکار FALCON یک دستاورد نخستین برای ناوبری فضاپیما با استفاده از دوربین‌های نوری و موقعیت نسبی اجرام دیگر در فضا محسوب می‌شود.

در بخش دیگری از این آزمایش نیز مشخص شد که به‌روزرسانی فهرست اجرام به‌صورت درون‌ماهواره‌ای می‌تواند پیش‌بینی‌های دقیق‌تری درباره موقعیت اجرام ایجاد کند.

اهمیت این فناوری تنها به تعیین موقعیت یک ماهواره محدود نمی‌شود. در ماموریت‌هایی که چند فضاپیما باید به‌صورت همزمان فعالیت کنند دانستن موقعیت دقیق هر فضاپیما و اجرام اطراف آن برای هماهنگی عملیات اهمیت زیادی دارد.

این موضوع به‌ویژه در مأموریت‌های آینده به ماه اهمیت پیدا می‌کند؛ جایی که ممکن است گروهی از ماهواره‌ها یا فضاپیما‌ها برای پشتیبانی از فعالیت‌های سطح ماه با یکدیگر همکاری کنند.

در ماموریت‌های علمی نیز تعیین دقیق موقعیت فضاپیما‌ها اهمیت دارد زیرا پژوهشگران باید بدانند اندازه‌گیری‌های مختلف در چه موقعیتی در فضا انجام شده‌اند تا بتوانند داده‌های جمع‌آوری‌شده از نقاط مختلف را با یکدیگر مقایسه کنند.

کمک به مدیریت ترافیک فضایی و جلوگیری از برخورد

افزایش تعداد ماهواره‌ها و اجرام مصنوعی در مدار زمین، مدیریت ترافیک فضایی و جلوگیری از برخورد را به یکی از چالش‌های مهم فعالیت‌های فضایی تبدیل کرده است.

در چنین شرایطی توانایی فضاپیما برای شناسایی اجرام اطراف، تخمین موقعیت آنها و به‌روزرسانی اطلاعات مداری می‌تواند به تصمیم‌گیری سریع‌تر کمک کند.

FALCON می‌تواند در این زمینه وابستگی به ارتباط دائمی با شبکه‌های زمینی را کاهش دهد. فضاپیما با استفاده از دوربین‌ها و اطلاعات ذخیره‌شده می‌تواند بخشی از فرایند شناسایی و موقعیت‌یابی اجرام را به‌صورت خودکار انجام دهد.

این قابلیت همچنین می‌تواند در شرایطی که ارتباط فضاپیما با زمین محدود یا با تأخیر همراه است اهمیت بیشتری پیدا کند.

Starling؛ آزمایشگاه پروازی برای فضاپیما‌های خودمختار

فناوری FALCON در ابتدا در قالب یک پروژه همکاری فناوری برای ماهواره‌های کوچک دانشگاهی توسعه یافت و در ادامه با شکل‌گیری شرکت EraDrive به سمت تجاری‌سازی حرکت کرد.

شرکت EraDrive اکنون نرم‌افزار Era-Core و سخت‌افزار‌های مرتبط با آن را برای استفاده‌های گسترده‌تر توسعه می‌دهد.

ماموریت Starling نیز بستری واقعی در فضا برای آزمایش این فناوری فراهم کرده است؛ آزمایشی که نشان می‌دهد نرم‌افزار‌های پیشرفته پروازی می‌توانند بخشی از وظایف سنتی وابسته به سامانه‌های زمینی را به خود فضاپیما منتقل کنند.

Starling در سال ۲۰۲۳ به فضا پرتاب شد و شامل چهار فضاپیماست که برای آزمایش فناوری‌های مرتبط با عملکرد خودمختار و همکاری گروهی در فضا طراحی شده‌اند.

مرحله بعد؛ همکاری چهار ماهواره با یکدیگر

ناسا قصد دارد در ادامه آزمایش FALCON را با استفاده از نرم‌افزار Era-Core گسترش دهد. در مرحله بعد چهار فضاپیمای تشکیل‌دهنده منظومه Starling اطلاعات مربوط به اجرام فضایی را با یکدیگر به اشتراک خواهند گذاشت.

هدف این آزمایش آن است که فضاپیما‌ها با ترکیب اطلاعات ردیابی خود، موقعیت یکدیگر و اجرام اطراف را با دقت بیشتری تعیین کنند.
چنین رویکردی می‌تواند زمینه‌ساز توسعه منظومه‌هایی از ماهواره‌های خودمختار باشد که بدون وابستگی دائمی به زیرساخت‌های زمینی بتوانند موقعیت خود را تعیین کنند، اطلاعات محیط اطراف را به اشتراک بگذارند و برای انجام ماموریت‌های مشترک با یکدیگر هماهنگ شوند.

آزمایش FALCON نشان می‌دهد آینده ناوبری فضایی الزاما به دریافت سیگنال از یک سامانه موقعیت‌یابی زمینی وابسته نخواهد بود. ترکیب دوربین‌های نوری، فهرست‌های مداری و الگوریتم‌های خودکار می‌تواند به فضاپیما‌ها امکان دهد از خود محیط فضایی برای تعیین موقعیت استفاده کنند؛ قابلیتی که برای ماموریت‌های پیچیده‌تر در مدار زمین، اطراف ماه و در نهایت اعماق فضا اهمیت خواهد داشت.

انتهای پیام/