Проблемът с GPS в космоса

Ето нещо, за което малко хора се замислят: когато говорим за навигация на спътници, те обикновено разчитат на GPS сигнали от... други спътници. Докато си близо до Земята, всичко е наред. Но щом тръгнеш към Луната — попадаш в навигационна бездна. GPS сигналите просто не стигат толкова далеч. Стават ненадеждни дори на няколко стотин километра над главите ни.

Това не е малка работа. NASA и много други агенции вече сериозно планират лунни орбити, мисии до Марс, рояци от спътници около други планети. Не можеш да спреш на бензиностанция за указания, докато се носиш през празнотата.

Затова NASA направи това, което NASA умее най-добре — намери елегантно решение, скрито на видно място.

Твоят боклук е моята навигационна система

Мисията Starling — малка групичка от четири миниатюрни спътника, изстреляни през 2023 година — току-що показа нещо наистина впечатляващо. Тяхната система FALCON (което е съкращение на дълго име: Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation) може да определи точното местоположение на кораба, като гледа други обекти наоколо.

Представи си го така: стоиш в тъмна стая, не виждаш стените, но виждаш няколко светещи предмета около себе си. Можеш да разбереш къде си, според това как тези предмети са разположени един спрямо друг. Точно това прави FALCON, само дето "тъмната стая" е космосът, а "светещите предмети" включват активни спътници, изключителни спътници, ракетни степени и какво ли още не се носи наоколо.

Системата използва камерите за проследяване на звезди — обикновено те помагат на спътника да разбере накъде е насочен. Но FALCON ги кара да работят по съвсем нов начин. Вместо да гледат само звезди, идентифицират всеки видим обект, сверяват го с публичен каталог на известни обекти в космоса (да, има си цял каталог на космическия боклук) и използват потвърдените обекти като ориентири за изчисляване на собственото си положение.

200 обекта за 3 дни — и продължава

Става още по-интересно. По време на тестовете FALCON идентифицира и проследява обекти, засечени от камерите на Starling. Сравнява какво вижда с данните от каталога и след това използва тези наблюдения, за да определи не само собственото си местоположение, но и да подобри орбиталните прогнози за наблюдаваните обекти.

Само за три дни, без никаква намеса от наземния контрол, FALCON прецизира орбитите на повече от 200 различни обекта. И най-хубавото — получените оценки се оказаха по-точни от първоначалните данни в каталога. Спътникът по същество научи системата на нещо ново за заобикалящата го среда.

Това ми звучи като научна фантастика. Имаме космически апарати, които могат да си правят собствени астрономически изчисления и да се връщат с по-добри отговори от това, което сме знаели преди.

Защо е важно за бъдещето

Имам няколко причини да съм развълнуван.

Първо, помислете за управлението на космическия трафик. Вече имаме хиляди активни спътници горе и броят им расте бързо. Да можем да проследяваме обекти, без да разчитаме изцяло на наземни радарни мрежи, би направило избягването на сблъсъци много по-надеждно. Ако спътниците се виждат един друг и си споделят информация — всички печелят.

Второ, и може би по-вълнуващото — това е точно технологията, от която ще се нуждаем за амбициозните планове около лунната станция и бъдещите мисии до Марс. Когато се опитваш да координираш няколко кораба около Луната, не можеш непрекъснато да се обаждаш вкъщи, за да разбереш къде са всички. Само заради забавянето на сигнала реалновременното насочване става невъзможно. Но ако спътниците се навигират сами? Това променя правилата на играта.

Екипът на Starling планира да изкара нещата още по-далеч тази година. Четирите кораба ще си споделят наблюденията един на друг, комбинирайки данните си, за да прецизират позициите заедно. Представете си малка групичка спътници, които заедно картографират собствената си околност в реално време. Страхотно, нали?

От лабораторията в Станфорд до открития космос

обичам, че всичко е започнало като университетски изследователски проект. EraDrive — компанията, която вече търгува с технологията — се е родила в Станфорд чрез програмите за партньорство на NASA с малки спътници. Точно така трябва да се развива космическата технология — вземаш добри идеи от изследователи, даваш им реална среда да се докажат, и ако проработят — помагаш им да стигнат до пазара.

Ще ни трябват още много такива умни софтуерни решения, докато космосът става все по-зает. GPS няма да стигне до Луната скоро, така че по-добре да научим спътниците да се оправят сами.

И честно казано? Ако тези малки апарати могат да се ориентират с помощта на парчета космически боклук като водачи, може би има и житейска поука тук — да се възползваш максимално от това, което имаш на разположение.