Algún día, en lugar de grandes y costosos satélites espaciales individuales, equipos de satélites más pequeños, conocidos por los científicos como "enjambre", trabajarán en colaboración, lo que permitirá mayor precisión, agilidad y autonomía.Entre los científicos que trabajan para hacer realidad estos equipos se encuentran investigadores del Space Rendezvous Lab de la Universidad de Stanford, que recientemente completaron la primera prueba en órbita de un sistema prototipo capaz de navegar un enjambre de satélites utilizando únicamente información visual compartida a través de una red inalámbrica..

"Es un artículo histórico y la culminación de 11 años de esfuerzo de mi laboratorio, que fue fundado con el objetivo de superar el estado actual del arte y la práctica en autonomía distribuida en el espacio", dijo Simone D'Amico, profesora asociada de aeronáutica.y astronáutica y autor principal deel estudio, publicado en elarXivservidor de preimpresión."Starling es la primera demostración jamás realizada de un enjambre autónomo de satélites".

La prueba se conoce como Experimento óptico de vuelo en formación Starling, o StarFOX.En él, el equipo navegó con éxito por cuatro pequeños satélites que trabajaban en conjunto utilizando únicamente información visual recopilada por las cámaras a bordo para calcular sus trayectorias (u órbitas).Los investigadores presentaron sus hallazgos de la prueba inicial de StarFOX en una reunión de enjambresatéliteexpertos en la Conferencia de Pequeños Satélites en Logan, Utah.Las cuatro naves espaciales pululan durante la integración y pruebas en NASA Ames.

Todos los ángulos

D'Amico describió el desafío como uno que ha impulsado a su equipo durante más de una década."Nuestro equipo ha estado abogando por sistemas espaciales distribuidos desde el inicio del laboratorio. Ahora se ha convertido en algo común. La NASA, el Departamento de Defensa, la Fuerza Espacial de los EE. UU., todos han comprendido el valor de múltiples activos en coordinación para lograr objetivos que de otro modo no serían posibles.sería imposible o muy difícil de lograr con una sola nave espacial", afirmó."Las ventajas incluyen mayor precisión, cobertura, flexibilidad, solidez y objetivos potencialmente nuevos que aún no se han imaginado".

La navegación robusta del enjambre presenta un desafío tecnológico considerable.Los sistemas actuales se basan en el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), lo que requiere un contacto frecuente con los sistemas terrestres.Más allá de la órbita de la Tierra, existe la Red del Espacio Profundo, pero es relativamente lenta y no es fácilmente escalable para proyectos futuros.Es más, ninguno de los sistemas puede ayudar a los satélites a evitar lo que D'Amico llama "objetos no cooperativos", como los desechos espaciales que podrían dejar fuera de servicio a un satélite.

El enjambre necesita un sistema de navegación autónomo que permita un alto grado de autonomía y robustez, afirmó D'Amico.Estos sistemas también se vuelven más atractivos debido a los mínimos requisitos técnicos y costos financieros de las cámaras miniaturizadas y otro hardware actual.Las cámaras utilizadas en la prueba StarFOX son cámaras 2D probadas y relativamente económicas llamadas rastreadores de estrellas que se encuentran actualmente en cualquier satélite.

"En esencia, la navegación sólo en ángulos no requiere hardware adicional, incluso cuando se utiliza en naves espaciales pequeñas y económicas", dijo D'Amico."Y el intercambio de información visual entre los miembros del enjambre proporciona una nueva capacidad de navegación óptica distribuida".

Escrito en las estrellas

StarFOX combina mediciones visuales de cámaras individuales montadas en cada satélite en un enjambre.Similar a un marinero de antaño navegando por elalta marCon un sextante, el campo de estrellas conocidas en el fondo se utiliza como referencia para extraer los ángulos de orientación hacia los satélites que pululan.Luego, estos ángulos se procesan a bordo mediante modelos de fuerza precisos basados ​​en la física para estimar la posición y la velocidad de los satélites con respecto al planeta orbitado;en este caso, la Tierra, pero la Luna, Marte u otros objetos planetarios también funcionarían.

StarFOX emplea el sistema de medición de trayectoria absoluta y relativa de ángulos exclusivos del Space Rendezvous Lab, ARTMS, para abreviar, que integra tres nuevos algoritmos de robótica espacial.Un algoritmo de procesamiento de imágenes detecta y rastrea múltiples objetivos en imágenes y calcula los ángulos de orientación del objetivo: los ángulos en los que los objetos, incluidosespacioescombros, se acercan o se alejan uno del otro.Luego, el algoritmo de determinación de órbita por lotes estima la órbita aproximada de cada satélite desde estos ángulos.Por último, pero no menos importante, el algoritmo de determinación de órbita secuencial refina las trayectorias de enjambre con el procesamiento de nuevas imágenes a lo largo del tiempo para alimentar potencialmente algoritmos autónomos de guía, control y prevención de colisiones a bordo.