Às vezes, o brainstorming funciona. Em 2019, a National Science Foundation (NSF) dos Estados Unidos realizou o CubeSat Ideas Lab, uma festa que reuniu alguns dos melhores designers de CubeSat do mundo. Um resultado dessa festa é a missão Virtual Super-Resolution Optics with Reconfigurable Swarms, ou VISORS. Com lançamento previsto para outubro, esta missão será uma prova de conceito para muitas tecnologias de enxame em CubeSats. Esperançosamente, ela também capturará uma imagem bastante impressionante da coroa solar.
VISORS foi formalmente definido em um artigo em 2022, com a contribuição de especialistas de nove instituições acadêmicas diferentes, um laboratório da NASA e um laboratório privado. O conceito de operações (ou ConOps no artigo) é fácil o suficiente – voe dois CubeSats 6U separados em formação e tire uma foto ultravioleta extrema do Sol.
A pergunta óbvia é: por que você precisa de dois CubeSats para fazer isso? Uma única nave espacial poderia fazer o trabalho, mas o objetivo científico das missões VISORS é tirar uma imagem em uma resolução muito alta em um comprimento de onda ultravioleta extremo muito específico. Para fazer isso, a missão precisaria de um diâmetro de espelho óptico de cerca de 40 m.
Isso está além da capacidade atual da humanidade de caber em uma carenagem de foguete e decolar para o espaço. Então, VISORS na verdade consistirá em duas espaçonaves. Uma, conhecida como Detector Spacecraft (DSC), abrigará um detector ultravioleta, e uma, conhecida como Optics Spacecraft (OSC), atuará como um sistema óptico que imita as características de um espelho de 40 m de diâmetro.
No entanto, o segredo da missão VISORS está na coordenação entre o DSC e o OSC. Eles voarão em formação um com o outro, a cerca de 40 m de distância, com o OSC colocado entre o Sol e o DSC. A luz de uma região específica da coroa solar passará por uma peneira de fótons no OSC e será direcionada para o detector do DSC a 40 m de distância, criando efetivamente o efeito de um espelho de 40 m de largura sem a necessidade de uma superfície contínua.
O único problema é que esse tipo de alinhamento coordenado entre CubeSats nunca foi feito antes. Então, realmente, a missão VISORS poderia ser vista como uma missão de demonstração de tecnologia para formação de enxames de CubeSats em vez de uma missão de heliofísica. A declaração de missão no artigo ConOps afirma que a missão será considerada bem-sucedida se capturar uma imagem de dez segundos ao longo de uma duração de missão primária de seis meses.
Dez segundos de quase 16 milhões podem não parecer muito, mas mostram a dificuldade de fazer com que os CubeSats se alinhem corretamente no momento certo. Para fazer isso, pesquisadores do Space Rendezvous Laboratory em Stanford criaram um novo software de Orientação, Navegação e Controle (GNC) baseado em um conceito familiar a qualquer engenheiro de controle — uma máquina de estado.
Em software, uma máquina de estados é definida por várias variáveis que mudarão o comportamento do software com base nos valores dessas variáveis. No caso do VISORS, haverá cinco estados diferentes. Standby é bastante autoexplicativo – espere em sua órbita atual por mais instruções. Transfer é uma tentativa de entrar em formação para permitir que o sistema capture uma imagem. Science é quando a missão tentará capturar aquela imagem de dez segundos. Mas se algo der errado, ela também tem dois estados de recuperação – o modo Safe é bastante padrão para todas as espaçonaves, mas o modo Escape é exclusivo para o VISORS. Isso moveria uma das espaçonaves para fora do caminho da outra, e a colisão entre as duas é um dos principais riscos da arquitetura da missão e uma das coisas que o algoritmo GNC foi projetado para evitar.
O desenvolvimento desse software parece estar em andamento, embora a data de lançamento planejada para a missão esteja a apenas três meses de distância. Se tudo correr bem e o VISORS for implantado com sucesso e tirar pelo menos uma foto, essa prova de conceito em breve permitirá muito mais missões de enxame de CubeSat. Pode até inspirar mais Idea Labs de brainstorming bem-sucedidos.
Saber mais:
Lightsey e outros – CONCEITO DE OPERAÇÕES PARA A MISSÃO VISORS: UM TELESCÓPIO VOADOR DE FORMAÇÃO DE DOIS SATÉLITES CUBESAT
UT – O que um enxame de sondas pode nos ensinar sobre Proxima Centauri B
UT – Pequena nave espacial de enxame pode estabelecer comunicações com Proxima Centauri
UT – Um par de CubeSats usando radar de penetração no solo pode mapear o interior de asteroides próximos à Terra
Imagem principal:
Representação artística da nave espacial VISOR voando em formação.
Crédito – Simone D’Amico