A missão bem-sucedida de Starling demonstra o potencial dos enxames de satélites na navegação e operações autônomas, abrindo caminho para uma coordenação avançada do tráfego espacial. Crédito: Blue Canyon Technologies/NASA
O enxame de naves espaciais Starling completou a sua missão principal, apresentando avanços na operação e navegação autónoma de satélites, preparando o terreno para a futura gestão colaborativa do tráfego espacial com EspaçoX.
Após dez meses em órbita, o enxame de naves espaciais Starling demonstrou com sucesso os principais objectivos da sua missão primária, representando conquistas significativas na capacidade das configurações de enxame.
Enxames de satélites poderão um dia ser usados na exploração do espaço profundo. Uma rede autônoma de espaçonaves poderia navegar sozinha, gerenciar experimentos científicos e executar manobras para responder às mudanças ambientais sem o fardo de atrasos significativos nas comunicações entre o enxame e a Terra.
“O sucesso da missão inicial de Starling representa um marco histórico no desenvolvimento de redes autônomas de pequenas espaçonaves”, disse Roger Hunter, gerente de programa para NASAdo programa Small Spacecraft Technology do Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia. “A equipe tem tido muito sucesso em alcançar nossos objetivos e se adaptar diante dos desafios.”
Compartilhando o Trabalho
O experimento Distributed Spacecraft Autonomy (DSA), realizado a bordo do Starling, demonstrou a capacidade do enxame de espaçonaves de otimizar a coleta de dados em todo o enxame. Os CubeSats analisaram a ionosfera da Terra identificando fenômenos interessantes e alcançando um consenso entre cada satélite sobre uma abordagem de análise.
Ao partilhar o trabalho de observação através de um enxame, cada nave espacial pode “partilhar a carga” e observar diferentes dados ou trabalhar em conjunto para fornecer análises mais profundas, reduzindo a carga de trabalho humana e mantendo a nave espacial a funcionar sem a necessidade de novos comandos enviados do solo.
O sucesso da experiência significa que Starling é o primeiro enxame a distribuir autonomamente informações e dados operacionais entre naves espaciais para gerar planos para trabalhar de forma mais eficiente, e a primeira demonstração de um sistema de raciocínio a bordo totalmente distribuído, capaz de reagir rapidamente a mudanças nas observações científicas.
As quatro naves espaciais CubeSate que compõem o enxame Starling demonstraram sucesso em operações autônomas, completando todos os principais objetivos da missão. Crédito: NASA
Comunicação através do enxame
Um enxame de espaçonaves precisa de uma rede para se comunicar entre si. O experimento Mobile Ad-hoc Network (MANET) estabeleceu automaticamente uma rede no espaço, permitindo ao enxame retransmitir comandos e transferir dados entre si e o solo, bem como compartilhar informações sobre outros experimentos de forma cooperativa.
A equipe completou com sucesso todos os objetivos do experimento MANET, incluindo a demonstração de comandos de roteamento e dados para uma das espaçonaves que estava tendo problemas com as comunicações espaço-solo, um benefício valioso de um enxame cooperativo de espaçonaves.
“O sucesso do MANET demonstra a robustez de um enxame”, disse Howard Cannon, gerente do projeto Starling na NASA Ames. “Por exemplo, quando o rádio caiu em uma espaçonave do enxame, nós ‘carregamos lateralmente’ a espaçonave de outra direção, enviando comandos, atualizações de software e outras informações vitais para a espaçonave de outro membro do enxame.”
Navegação autônoma por enxame
Navegar e operar em relação uns aos outros e ao planeta é uma parte importante da formação de um enxame de espaçonaves. Starling Formation-Flying Optical Experiment, ou StarFOX, usa rastreadores de estrelas para reconhecer um membro do enxame, outro satélite ou detritos espaciais do campo de fundo de estrelas e, em seguida, estimar a posição e velocidade de cada espaçonave.
A experiência é a primeira demonstração publicada deste tipo de navegação de enxame, incluindo a capacidade de rastrear múltiplos membros de um enxame simultaneamente e a capacidade de partilhar observações entre as naves espaciais, melhorando precisão ao determinar a órbita de cada membro do enxame.
Perto do final das operações da missão, o enxame foi manobrado para uma elipse de segurança passiva e, nesta formação, a equipe StarFOX conseguiu atingir um marco inovador, demonstrando a capacidade de estimar autonomamente as órbitas do enxame usando apenas medições inter-satélites do rastreadores de estrelas de naves espaciais.
Gerenciando Manobras de Enxame
A capacidade de planejar e executar manobras com o mínimo de intervenção humana é uma parte importante do desenvolvimento de enxames de satélites maiores. Gerenciar as trajetórias e manobras de centenas ou milhares de espaçonaves de forma autônoma economiza tempo e reduz a complexidade.
O sistema Reconfiguration and Orbit Maintenance Experiments Onboard (ROMEO) testa o planejamento e execução de manobras a bordo, estimando a órbita da espaçonave e planejando uma manobra para uma nova órbita desejada.
A equipe experimental demonstrou com sucesso a capacidade do sistema de determinar e planejar uma mudança na órbita e está trabalhando para refinar o sistema para reduzir o uso de propelente e demonstrar a execução das manobras. A equipe continuará a adaptar e desenvolver o sistema durante toda a extensão da missão de Starling.
Enxameando Juntos
Agora que os objetivos primários da missão Starling estão concluídos, a equipe embarcará em uma extensão da missão conhecida como Starling 1.5, testando a coordenação do tráfego espacial em parceria com a constelação Starlink da SpaceX, que também possui capacidades de manobra autônoma. O projeto irá explorar como constelações operadas por diferentes utilizadores podem partilhar informações através de um hub terrestre para evitar potenciais colisões.
“A parceria de Starling com a SpaceX é o próximo passo na operação de grandes redes de espaçonaves e na compreensão de como dois sistemas de manobra autônoma podem operar com segurança próximos um do outro. À medida que o número de naves espaciais operacionais aumenta a cada ano, devemos aprender como gerir o tráfego orbital”, disse Hunter.
O programa Small Spacecraft Technology da NASA, com sede em Ames e dentro da Diretoria de Missões de Tecnologia Espacial (STMD) da NASA, financia e gerencia a missão Starling. A Blue Canyon Technologies projetou e fabricou os ônibus espaciais e está fornecendo suporte às operações da missão. Rocket Lab USA, Inc. forneceu serviços de lançamento e integração. Os parceiros que apoiam os experimentos de carga útil de Starling incluem o Space Rendezvous Lab da Universidade de Stanford em Stanford, Califórnia, York Space Systems (anteriormente Emergent Space Technologies) de Denver, Colorado, CesiumAstro de Austin, Texas, L3Harris Technologies, Inc., de Melbourne, Flórida. O apoio financeiro para o experimento DSA foi fornecido pelo programa Game Changing Development da NASA dentro do STMD. Os parceiros que apoiam a extensão da missão de Starling incluem a SpaceX de Hawthorne, Califórnia, o programa Conjunction Assessment Risk Analysis (CARA) da NASA e o Departamento de Comércio. A SpaceX gerencia a constelação de satélites Starlink e o sistema terrestre de prevenção de colisões.
