تُظهر تجربة "ستارفوكس" التابعة لوكالة ناسا، والتي تُركز على تشكيل الطيران، إمكانات التنقل الذاتي لأسطول الأقمار الصناعية. تتضمن هذه التجربة أربعة أقمار صناعية صغيرة تُعرف باسم "ستارلينج"، والتي تُحدد مداراتها من خلال دمج الصور المرئية من مُتتبعات النجوم مع خوارزميات الروبوتات.
"يمكن استخدام نظام التنقل البصري هذا على أسطول من الأقمار الصناعية للتنقل حول الأرض"، قال سيمون د'أميجو، أستاذ مشارك في علوم الطيران والفضاء بجامعة ستانفورد والمدير المؤسس لمعمل ستانفورد للقاء الفضاء، لـ SpaceNews. "نظرًا لأننا لا نستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فيمكن استخدامه للطيران حول القمر أو حول المريخ بمستوى أعلى من الاستقلالية."
يتواصل مشغلو المهمة مع "ستارلينج"، الذي تم إطلاقه على متن صاروخ "إلكترون" من "روكت لاب" في يوليو 2023، ككيان واحد. تُعد "ستارفوكس" واحدة من أربع تجارب تُقيّم تقنيات الاتصالات والملاحة والاستقلالية لأسطول المستقبل. أدى نجاح "ستارلينج" إلى قيام وكالة ناسا بتمديد المهمة حتى ديسمبر 2025.
شملت اختبارات التنقل القائمة على الرؤية السابقة قمرًا صناعيًا مراقبًا واحدًا وهدفًا واحدًا، مع معرفة المراقب للموقع الأولي للهدف. أظهرت "ستارفوكس" أن أربعة أقمار صناعية يمكنها التنقل بشكل مستقل "بدون معلومات مسبقة ودون مناورات لتحسين دقة الملاحة"، كما أوضح د'أميجو.
يكمن مفتاح نجاح "ستارفوكس" في مجموعة من الخوارزميات تُسمى نظام قياس المسار المطلق والنسبى باستخدام الزوايا فقط (ARTMS). يجمع ARTMS بين خوارزميات معالجة الصور وتحديد المدار الأولي مع خوارزمية تُحسّن تقديرات حالة الأسطول بمرور الوقت.
"لقد تعلمنا ما هي الدقائق التي يمكن تحقيقها باستخدام مُتتبعات النجوم النموذجية المستخدمة في الأقمار الصناعية الصغيرة"، شارك د'أميجو. "وقد تعلمنا كيف يمكننا تحسين هذا الأداء، على سبيل المثال، من خلال تبادل هذه القياسات البصرية التي يتم التقاطها بواسطة مراقبين متعددين."
تُبادل أقمار "ستارلينج" الصناعية البيانات عبر روابط بين الأقمار الصناعية. "إذا رأى مراقبون متعددون هدفًا مشتركًا في مجال الرؤية، فإن تبادل هذه القياسات ودمجها في خوارزمياتنا يمكن أن يُحدد مدار ذلك الجسم بدقة أكبر وسرعة أكبر"، قال د'أميجو. وأضاف أن تبادل البيانات يُعزز أيضًا معرفة كل قمر صناعي بمداره الخاص.
"ستارفوكس" سلطت الضوء أيضًا على أهمية الاختبارات الدقيقة. "لقد تعلمنا أهمية الاختبارات الكاملة، التي تُجرى على الأرض قبل الرحلة، مع وجود الأجهزة في حلقة مغلقة"، صرح د'أميجو. "من أجل إنجازها في حدود الميزانية والوقت، أجرينا اختبارات فردية للوحدات وتنازلنا عن بعض الاختبارات المتكاملة التي كانت ستمنحنا الثقة الكاملة في تنفيذ التجارب."
في بداية مهمة "ستارلينج"، تعطل برنامج الطيران. عالج مهندس برمجيات في مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا هذه المشكلة من خلال تخصيص ذاكرة إضافية، باستخدام نموذج هندسي على الأرض.