Експеримент NASA з формування польоту, StarFOX, демонструє потенціал автономної навігації для супутників-ройів. Цей експеримент включає чотири кубсати, відомі як Starling, які розраховують свої орбіти, поєднуючи візуальні зображення від зіркових трекерів з алгоритмами робототехніки.
"Така система візуальної навігації на рої супутників може використовуватися для навігації навколо Землі", - сказав Сімон Д'Аміко, доцент кафедри аеронавтики та астронавтики Стенфордського університету та засновник директора Лабораторії космічного зближення Стенфорда, SpaceNews. "Оскільки ми не використовуємо GPS, його можна використовувати для польотів навколо Місяця або навколо Марса з підвищеним рівнем автономності".
Оператори місії спілкуються з Starling, запущеним на Rocket Lab Electron у липні 2023 року, як з одним цілим. StarFOX - це один з чотирьох експериментів, що оцінюють технології зв'язку, навігації та автономності для майбутніх роїв. Успіх Starling призвів до того, що NASA продовжило місію до грудня 2025 року.
Попередні випробування візуальної навігації включали один супутник-спостерігач і одну ціль, причому спостерігач знав початкове розташування цілі. StarFOX продемонстрував, що чотири супутники можуть самостійно орієнтуватися "без попередньої інформації та без маневрів для підвищення точності навігації", - пояснив Д'Аміко.
Ключ до успіху StarFOX полягає в наборі алгоритмів, які називаються кутово-лише системою вимірювання абсолютної та відносної траєкторії (ARTMS). ARTMS поєднує алгоритми обробки зображень та початкового визначення орбіти з алгоритмом, який уточнює оцінки стану рою з часом.
"Ми дізналися, яка точність досяжна за допомогою типових зіркових трекерів, що використовуються на малих супутниках", - поділився Д'Аміко. "І ми дізналися, як ми можемо покращити цю продуктивність, наприклад, шляхом обміну цими візуальними вимірюваннями, які отримують кілька спостерігачів".
Супутники Starling обмінюються даними за допомогою міжсупутникових каналів зв'язку. "Якщо кілька спостерігачів бачать спільну ціль в полі зору, обмін цими вимірюваннями та їх об'єднання в наших алгоритмах може більш точно та швидко визначити орбіту цього об'єкта", - сказав Д'Аміко. Він додав, що обмін даними також покращує знання кожного супутника про власну орбіту.
StarFOX також підкреслив важливість ретельного тестування. "Ми дізналися про важливість повного тестування з використанням апаратних засобів у циклі, яке проводиться на землі до польоту", - заявив Д'Аміко. "Щоб вкластися в рамки бюджету та часу, ми проводили окремі модульні тести та приносили в жертву деякі інтегровані тести, які дали б нам повну впевненість у виконанні експериментів".
На початку місії Starling програмне забезпечення польоту вийшло з ладу. Інженер-програміст дослідницького центру NASA Ames вирішив проблему, виділивши додаткову пам'ять за допомогою інженерної моделі на землі.