المشكلة مع نظام GPS في الفضاء

شيء ما，多数人 مايفكرون فيه: لما نتكلم عن الأقمار الصناعية "ملاحة"، غالباً تعتمد على إشارات GPS من... أقمار ثانية! النظام يشتغل ممتاز قريب من الأرض، لكن روح للمريخ وجوه، وصرت في منطقة ميتة ملاحية. إشارات GPS ما توصل لهال بعيد، وحتى فوق راسك ب сотни километров تصير غير reliable.

هذا الموضوع مهم جداً NASA (وكثير من وكالات الفضاء والشركات) تبدأ تفكر جديا بالمدار القمري، رحلات المريخ، وأسراب أقمار صناعية تشتغل مع بعض حوالی الكواكب الثانية. ما تقدر تدخل محطة وقود وتطلب اتجاهات وانت طايش في الفراغ.

فـ NASA سوت اللي تسويه دایماً — لقت حل أنيق مخفي قدام عيوننا.

نفاياتك هي نظام الملاحة عندي

مهمة Starling — اربعة أقمار صناعية صغيرة اطلقت سنة 2023 — شاركت شي يخليك تفكر. نظامهم FALCON (اختصار لشي اسمه شوي: Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation) يقدر يحدد وين بالتحديد الاقمار الصناعية عن طريق ما يشوفه من اجسام ثانية عائمة حوالیه.

فكر فيها كذا: لو كنت في غرفة مظلمة وما تشوف الجدران، بس تشوف كم جسم متوهج حوالیك، ممكن تعرف وينك بالتقريب من موقع تلك الاجسام بالنسبة لبعضها. هذا بالضبط اللي يسويه FALCON، غير ان "الغرفة المظلمة" هي الفضاء، و"الاجسام المتوهجة" تشمل أقمار صناعية عاملة، أقمار ميتة، اجسام صواريخ، وفلوس فضائي عام.

النظام يستخدم كاميرات تعقب النجوم اللي بالمركبة الفضائية — وهذه كانت عاد تساعد القمر الصناعي يعرف وين "وجهه" — يشغلها بطريقة مختلفة كلياً. بدل ما بس ينظر للنجوم، FALCON يحدد أي شي يشوفه، يقارنه بفهرس عام لاجسام فضائية معروفة (ايوه، فهرس موجود فعلاً للفضايات)، ويستخدم تلك الاجسام المؤكدة كنقاط مرجعية يحسب منها مكانه هو.

200 جسم في 3 ايام — والعدد يتصاعد

وهنا الموضوع يصير أكثر اثارة. اثناء الاختبار، FALCON حدد وتتبع اجسام رصدتها كاميرات Starling. قارن اللي يشوفه مع بيانات الفهرس، ثم استخدم تلك الرصدات يحدد مكانه هو، وأيضاً يحسن التوقعات المدارية للاجسام اللي يتتبعها.

خلال ثلاث ايام فقط، بدون أي مدخلات من المتحكمين على الارض، FALCON حسّن مدارات أكثر من 200 جسم مختلف. وجالس؟ التقديرات الناتجة كانت فعلاً أدق من بيانات الفهرس الاصلية. الاقمار الصناعية علّم النظام شي جديد عن محيطه.

هالشعور ينتمي لفيلم خيال علمي. عندنا مركبات فضائية الحين تقدر تسوي واجبها الفلكي لحالها وترجع باجوبة أفضل مما كان عندنا قبل.

ليه هذا مهم للمستقبل

أنا متحمس لهال الشي من عدة أسباب.

أولاً، فكر في ادارة حركة المرور الفضائية. عندنا آلاف الاقمار الصناعية النشطة الحين، والعدد يكبر بسرعه. القدرة على تتبع الاجسام بدون الاعتماد الكامل على شبكات الرادار الارضية يخلي تجنب التصادمات أقوى بكثير. لو الاقمار الصناعية تقدر تشوف بعضها وتشارك المعلومات، الكل يستفيد.

ثانياً، وربنا أكثر اثارة، هذا بالضبط النوع من التكنولوجيا اللي نحتاجه لتلك الخطط الطموحة للبوابة القمرية ورحلات المريخ المستقبلية. لما تحاول تنسق مركبات فضائية متعددة حوالی القمر، ما تقدر تتصل بالبيت كل شوي عشان تعرف وين الكل. التأخير لحاله يخلي التوجيه الفوري مستحيل. لكن لو اقمارك تقدر تلاقي طريقها لحالها؟ هالشي يغير اللعبة كلها.

فريق Starling يخطط ياخذ الموضوع أبعد بكثر هذا السنة. المركبات الاربع ستشارك رصداتها مع بعض، تدمج بياناتهم عشان يحسّنوا المواقعcollectively. تخيل كوكبة صغيرة من الاقمار الصناعية تشتغل مع بعض لتسحب خريطة حيهم بالزمن الحقيقي. حلو صح؟

من مختبر ستانفورد للفضاء الخارجي

أحب ان هالشي بدأ كمشروع بحث جامعي. EraDrive، الشركة اللي تسوي تجاري هالتقنية، طلعت من جامعة ستانفورد من خلال برامج NASA's SmallSat partnership. هذا بالضبط كيف المفروض تتطور تقنية الفضاء — خذ افكار حلوة من الباحثين، اعطهم بيئة حقيقية يثبتون فيها انفسهم، واذا نجحوا، ساعدهم يوصلون لسوق اوسع.

سنحتاج لمزيد من البرمجيات الذكية زي كذا والفضاء يصير ازدحم. GPS ماراح يجي للقمر قريب، فخلونا نعلّم اقمارنا الصناعية تحل مشاكلها لحالها.

وبصراحة؟ لو هالمركبات الصغيرة تقدر تلاقي طريقها باستخدام فلوس فضائية عشوائية كدلائل، ممكن فيه درس بالحياة عن استغلال اللي حولك بأفضل شكل.