Problemet med GPS ute i verdensrommet

De fleste tenker ikke over dette: når vi snakker om at satellitter «navigerer», stoler de som regel på GPS-signaler fra… andre satellitter. Det fungerer fint når du er nær jorda. Men dra til månen, og plutselig befinner du deg i et navigasjonsmessig svart hull. GPS-signaler rekker rett og slett ikke så langt. De blir dessuten temmelig upålitelige allerede et par hundre kilometer over hodene våre.

Dette er en stor utfordring etter hvert som NASA (og mange andre rombyråer og selskaper) begynner å tenke alvorlig på månebane, Mars-ferder og svermer av satellitter som skal jobbe sammen rundt andre planeter. Du kan ikke akkurat svinge inn på en bensinstasjon og spørre om veien når du driver rundt i det tomme rommet.

Så NASA gjorde det NASA pleier å gjøre — de fant en elegant løsning som egentlig hadde ligget rett foran øynene på dem hele tiden.

Søppelet ditt er mitt navigasjonssystem

Starling-oppdraget — en liten gruppe på fire bitte små satellitter som ble skutt opp i 2023 — demonstrerte nylig noe ganske imponerende. Systemet deres, FALCON (et navn som står for en ganske tungvint frase: Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation), kan fastslå nøyaktig hvor romfartøyet befinner seg ved å se på andre objekter som flyter rundt i nærheten.

Tenk deg det slik: hvis du er i et mørkt rom og ikke kan se veggene, men du kan se en del glødende gjenstander rundt deg, kan du regne ut omtrent hvor du er basert på hvor disse gjenstandene er i forhold til hverandre. Det er i bunn og grunn hva FALCON gjør. Bare at «det mørke rommet» er verdensrommet, og «de glødende gjenstandene» inkluderer aktive satellitter, døde satellitter, rakettdeler og generelt romsøppel.

Systemet bruker romfartøyets stjernekameraer — som vanligvis bare er der for å hjelpe satellitten med å finne ut hvilken vei den peker — men kjører dem på en helt ny måte. I stedet for bare å se på stjerner, identifiserer FALCON alle objekter den kan se, sjekker dem mot en offentlig katalog over kjente romobjekter (ja, det finnes faktisk en katalog over romsøppel der ute), og bruker disse bekreftede objektene som referansepunkter for å beregne sin egen posisjon.

200 objekter på tre dager — og flere kommer

Her blir det virkelig interessant. Under testing identifiserte og sporet FALCON objekter som Starling sine kameraer fanget opp. Den sammenlignet det den så med katalogdataene, og brukte deretter disse observasjonene til ikke bare å finne ut sin egen posisjon, men også til å forbedre baneobservasjonene for objektene den sporet.

På bare tre dager, uten noen innspill fra bakkekontrollen, raffinerte FALCON banene til mer enn 200 ulike objekter. Og det beste? De resulterende beregningene var faktisk mer nøyaktige enn de opprinnelige katalogdataene. Satellitten lærte rett og slett systemet noe nytt om omgivelsene.

Det føles som hentet rett ut av science fiction. Vi har nå romfartøyer som i praksis kan gjøre sin egen astronomilekser og komme tilbake med bedre svar enn det vi hadde før.

Hvorfor dette betyr noe for framtida

Jeg er genuint begeistret over dette av noen få grunner.

Tenk først på romtrafikkstyring. Vi har tusenvis av aktive satellitter der oppe nå, og det tallet vokser fort. Å kunne spore objekter uten å være fullstendig avhengige av bakkebaserte radarnettverk ville gjort kollisjonsunngåelse mye mer robust. Hvis satellitter kan se hverandre og dele den informasjonen, er det en fordel for alle.

Dernest, og kanskje enda mer spennende: dette er akkurat den typen teknologi vi kommer til å trenge for de ambisiøse Lunar Gateway-planene og fremtidige Mars-ferder. Når du prøver å koordinere flere romfartøy rundt månen, kan du ikke stadig ringe hjem for å finne ut hvor alle er. Laten alene ville gjort sanntidsveiledning umulig. Men hvis satellittene dine kan navigere selv? Da snur du hele spillet.

Starling-teamet planlegger å ta dette enda lenger senere i år. De fire romfartøyene skal dele sporingsobservasjonene sine med hverandre og kombinere dataene for å raffinere posisjoner sammen. Tenk deg en liten satellittkonstellasjon der alle jobber sammen for å kartlegge nabolaget sitt i sanntid. Ganske kult, ikke sant?

Fra Stanford-laben til verdensrommet

Jeg elsker at dette startet som et universitetsforskningsprosjekt. EraDrive, selskapet som nå kommersialiserer teknologien, vokste fram fra Stanford University gjennom NASAs SmallSat-partnerskapsprogrammer. Slik bør romteknologi utvikle seg — ta gode ideer fra forskere, gi dem et virkelig miljø der de kan bevise seg selv, og hvis de fungerer, hjelp dem videre til det bredere markedet.

Vi kommer til å trenge mye mer smart programvare som dette etter hvert som rommet blir mer overfylt. GPS kommer ikke til månen med det første, så vi like gjerne lære opp satellittene våre til å finne ut av ting selv.

Og ærlig talt? Hvis disse små romfartøyene kan navigere ved å bruke tilfeldige biter av romsøppel som sine veileder, kanskje det er en livsvisdom der — om å gjøre det beste ut av det som er rundt deg.