Un experimento de vuelo en formación de la NASA, StarFOX, muestra el potencial de la navegación autónoma para enjambres de satélites. Este experimento involucra cuatro CubeSats, conocidos colectivamente como Starling, que calculan sus órbitas combinando imágenes visuales de rastreadores de estrellas con algoritmos robóticos.
"Un sistema de navegación visual en un enjambre de satélites se puede usar para navegar alrededor de la Tierra", dijo Simone D’Amico, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Stanford y director fundador del Laboratorio de Encuentros Espaciales de Stanford, a SpaceNews. "Como no usamos GPS, se puede usar para volar alrededor de la luna o alrededor de Marte con un mayor nivel de autonomía."
Los operadores de la misión se comunican con Starling, lanzado en un Rocket Lab Electron en julio de 2023, como una sola entidad. StarFOX es uno de los cuatro experimentos que evalúan las tecnologías de comunicaciones, navegación y autonomía para futuros enjambres. El éxito de Starling ha llevado a la NASA a extender la misión hasta diciembre de 2025.
Las pruebas de navegación anteriores basadas en la visión involucraban un satélite observador y un objetivo, con el observador conociendo la ubicación inicial del objetivo. StarFOX ha demostrado que cuatro satélites pueden navegar de forma autónoma "sin información previa y sin maniobras para mejorar la precisión de la navegación", explicó D’Amico.
La clave del éxito de StarFOX radica en un conjunto de algoritmos llamados Sistema de Medición de Trayectorias Absolutas y Relativas solo con ángulos (ARTMS). ARTMS combina algoritmos de procesamiento de imágenes y determinación inicial de la órbita con un algoritmo que refina las estimaciones del estado del enjambre con el tiempo.
"Hemos aprendido qué precisiones se pueden lograr utilizando rastreadores de estrellas típicos utilizados en pequeños satélites", compartió D’Amico. "Y hemos aprendido cómo podemos mejorar ese rendimiento, por ejemplo, intercambiando estas mediciones visuales que son tomadas por múltiples observadores."
Los satélites Starling intercambian datos a través de enlaces intersatelitales. "Si varios observadores ven un objetivo común en el campo de visión, intercambiar estas mediciones y fusionarlas en nuestros algoritmos puede determinar con mayor precisión y rapidez la órbita de ese objeto", dijo D’Amico. Agregó que el intercambio de datos también mejora el conocimiento de cada satélite sobre su propia órbita.
StarFOX también destacó la importancia de las pruebas rigurosas. "Aprendimos la importancia de las pruebas completas, de hardware en el bucle, realizadas en tierra antes del vuelo", declaró D’Amico. "Para que se ajustara a las limitaciones del presupuesto y el tiempo, realizamos pruebas unitarias individuales y sacrificamos algunas de las pruebas integradas que nos habrían dado la confianza total en la ejecución de los experimentos."
Al principio de la misión Starling, el software de vuelo se bloqueó. Un ingeniero de software del Centro de Investigación Ames de la NASA abordó el problema asignando memoria adicional, utilizando un modelo de ingeniería en tierra.