Pozwól robotowi przejąć kierownicę. Autonomiczna nawigacja w przestrzeni

Śledzenie statków kosmicznych podczas przemierzania głębokiej przestrzeni kosmicznej nie jest łatwe. Do tej pory robiono to ręcznie, za pomocą operatorów sieci Deep Space Network należącej do NASA, jednego z najpotężniejszych systemów komunikacyjnych umożliwiających kontakt z sondami podczas misji międzyplanetarnych, sprawdzających dane z każdego statku kosmicznego w celu określenia jego lokalizacji w Układzie Słonecznym. W miarę jak coraz więcej statków kosmicznych zacznie odbywać apokaliptyczne podróże międzyplanetarne, system ten nie będzie już skalowalny. Dlatego inżynierowie i eksperci w dziedzinie mechaniki orbitalnej spieszą się, aby rozwiązać ten problem – a teraz zespół z Politechniki w Mediolanie opracował skuteczną technologię, która będzie znana każdemu, kto widział samochód autonomiczny.

Systemy optyczne stanowią serce większości pojazdów autonomicznych na Ziemi, a także serce systemu zidentyfikowanego przez Eleonorę Andres i jej współpracowników. Zamiast robić zdjęcia otaczającego krajobrazu, te systemy optyczne, które są bardzo czułymi kamerami, robią zdjęcia źródeł światła otaczających sondę i skupiają się na określonym typie.

Wiadomo, że te źródła światła wędrują i są również znane jako planety. Łącząc jej położenie w widzialnym układzie z dokładnym czasem obliczonym na sondzie, możliwe jest dokładne określenie, gdzie w Układzie Słonecznym znajduje się sonda. Co najważniejsze, takie obliczenia można wykonać przy stosunkowo minimalnej mocy obliczeniowej, co pozwala zautomatyzować cały proces na pokładzie, nawet na Cubesacie.

Kontrastuje to z bardziej złożonymi algorytmami, takimi jak te, które wykorzystują pulsary lub sygnały radiowe ze stacji naziemnych jako podstawę nawigacji. Wymagają one wielu obrazów (lub sygnałów radiowych) w celu obliczenia dokładnej lokalizacji, a zatem wymagają większej mocy obliczeniowej, niż można rozsądnie zapewnić Cubesatowi na obecnym poziomie rozwoju.

Używanie planet do nawigacji nie jest tak proste, jak się wydaje, a niedawny artykuł opisujący tę technologię wskazuje na różne zadania, jakie musiałby wykonać każdy taki algorytm. Wykonanie zdjęcia to dopiero początek – kolejnym krokiem będzie wiedza, które planety znajdują się na zdjęciu, a co za tym idzie, które z nich będą najbardziej przydatne w nawigacji. Wykorzystanie tych informacji do obliczenia trajektorii i prędkości jest kolejnym krokiem i wymaga doskonałego algorytmu mechaniki orbitalnej.

Po obliczeniu aktualnej pozycji, kursu i prędkości sonda musi dokonać wszelkich korekt kursu, aby mieć pewność, że pozostanie na właściwej drodze. W przypadku sześcianów może to być tak proste, jak uruchomienie kilku silników odrzutowych. Jednakże każda znacząca różnica między oczekiwaną a rzeczywistą mocą ciągu może prowadzić do znacznych rozbieżności w ostatecznej lokalizacji sondy.

Aby uwzględnić te rozbieżności i wszelkie inne problemy, które mogą pojawić się w ramach tego autonomicznego systemu kontroli, zespół w Mediolanie wdrożył model działania algorytmu podczas lotu z Ziemi na Marsa. Wykorzystując autonomiczny system nawigacji oparty wyłącznie na wizji, prototypowy lądownik obliczył swoją pozycję w odległości 2000 kilometrów i prędkość na końcu podróży z dokładnością do 0,5 kilometra na sekundę. Całkiem nieźle jak na podróż liczącą około 225 milionów kilometrów.

Jednak wdrożenie rozwiązania w krzemie to jedno, a wdrożenie go na sondzie kosmicznej Cubesate to drugie. Badania, w wyniku których powstał algorytm, są częścią trwającego programu finansowania Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, istnieje więc szansa, że ​​zespół otrzyma dodatkowe fundusze na sprzętową implementację algorytmu. Jednak w tej chwili nie jest jasne, jakie będą kolejne kroki algorytmu. Może jakiś przedsiębiorczy projektant Cubesata mógłby to wziąć i uruchomić — lub jeszcze lepiej, pozwolić, żeby działał sam.

Ucz się więcej:
Andres i in. – Niezależny od wizji algorytm nawigacji międzyplanetarnej
UT – Wkrótce każdy statek kosmiczny będzie mógł autonomicznie poruszać się po Układzie Słonecznym za pomocą pulsarów
UT – Nawigację na Księżycu można przeprowadzić po prostu patrząc na pobliskie punkty orientacyjne
UT – Roboty orbitalne cieszą się coraz większą popularnością. Przed nami jeszcze wiele wyzwań technicznych.

Główny obraz:
Wykres do obliczenia prawdopodobieństwa ustalenia położenia sondy modelowej w papierze.
Kredyt – Andres i in.