GPS nie działa w kosmosie. I co teraz?
Pewna rzecz, o której mało kto myśli: kiedy mówimy, że satelity się "nawigują", to tak naprawdę korzystają z sygnałów GPS od... innych satelitów. Na niskiej orbicie wokół Ziemi to świetnie działa. Ale wystarczy polecieć na Księżyc i nagle wpadasz w pustkę nawigacyjną. Sygnały GPS tam nie docierają, a już kilkaset kilometrów nad głową zaczynają się poważne problemy.
Dlaczego to istotne? Bo NASA — a także dziesiątki innych agencji i firm — zaczyna poważnie planować misje wokół Księżyca, loty na Marsa i całe roje satelitów krążących wokół innych planet. Nie wyskoczysz na stację benzynową, żeby spytać o drogę, gdy dryfujesz w próżni.
NASA zrobiła więc to, co NASA robi najlepiej — znalazła eleganckie rozwiązanie, które było cały czas przed nosem.
Śmieci, które pomagają
Misja Starling — niewielka konstelacja czterech maleńkich satelitów wystrzelonych w 2023 roku — właśnie pokazała coś naprawdę ciekawego. Ich system o nazwie FALCON (Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation — ta nazwa brzmi jak ze streszczenia pracy doktorskiej) potrafi określić dokładnie pozycję pojazdu, obserwując inne obiekty dryfujące w pobliżu.
Wyobraź sobie to tak: jesteś w ciemnym pokoju i nie widzisz ścian, ale za to widzisz kilka świecących przedmiotów wokół siebie. Na podstawie ich wzajemnego położenia możesz mniej więcej określić, gdzie się znajdujesz. FALCON działa na podobnej zasadzie, z tą różnicą że "ciemny pokój" to przestrzeń kosmiczna, a "świecące przedmioty" to czynne satelity, martwe satelity, fragmenty rakiet i ogólnie rozumiany śmieci kosmiczne.
System wykorzystuje kamery śledzące gwiazdy — te standardowo pomagają satelicie określić, w którą stronę jest zwrócony. FALCON jednak wykorzystuje je inaczej. Zamiast patrzeć tylko na gwiazdy, identyfikuje każdy widoczny obiekt, sprawdza go w publicznym katalogu znanych obiektów kosmicznych (tak, istnieje coś takiego jak spis kosmicznych śmieci), a następnie używa potwierdzonych obiektów jako punktów odniesienia do obliczenia własnej pozycji.
Dwiescie obiektów w trzy dni — i ciągle rośnie
A teraz zaczyna się najciekawsze. Podczas testów FALCON zidentyfikował i śledził obiekty widoczne dla kamer Starling. Porównywał to, co widział, z danymi katalogowymi, a potem wykorzystywał te obserwacje nie tylko do określenia własnej lokalizacji, ale też do poprawienia prognoz orbitalnych dla śledzonych obiektów.
W ciągu zaledwie trzech dni, bez żadnej pomocy z Ziemi, FALCON dopracował orbity ponad dwustu różnych obiektów. I co najważniejsze — otrzymane wyniki były dokładniejsze niż oryginalne dane katalogowe. Satelita w zasadzie nauczył system czegoś nowego o otoczeniu.
Z perspektywy lajka to brzmi jak fragment filmu sci-fi. Mamy pojazdy kosmiczne, które potrafią same przeprowadzać obserwacje astronomiczne i zwracają lepsze odpowiedzi niż te, które mieliśmy wcześniej.
Dlaczego to ma znaczenie
Widzę tu kilka powodów do ekscytacji.
Po pierwsze, zarządzanie ruchem kosmicznym. Mamy teraz tysiące aktywnych satelitów na orbicie i ta liczba szybko rośnie. Możliwość śledzenia obiektów bez całkowitego polegania na naziemnych sieciach radarowych sprawiłaby, że unikanie kolizji byłoby o wiele skuteczniejsze. Jeśli satelity mogą się widzieć nawzajem i dzielić się informacjami — wszyscy na tym korzystają.
Po drugie, i może nawet ciekawsze, to dokładnie ta technologia, której będziemy potrzebować przy planach budowy Gateway wokół Księżyca i przyszłych misjach na Marsa. Gdy próbujesz koordynować wiele pojazdów krążących wokół Księżyca, nie możesz non-stop dzwonić do domu, żeby ustalić, gdzie kto jest. Sam opóźnienie sygnału wyklucza jakiekolwiek sterowanie w czasie rzeczywistym. Ale jeśli satelity potrafią nawigować same? To zmienia całą grę.
Zespół Starling zamierza pójść jeszcze dalej. Cztery pojazdy będą dzielić się obserwacjami między sobą, łącząc dane i wspólnie precyzując pozycje. Wyobraźcie sobie małą konstelację satelitów, która wspólnie mapuje własne sąsiedztwo w czasie rzeczywistym. Całkiem niezłe, prawda?
Z laboratorium uniwersyteckiego w kosmos
Podoba mi się, że to zaczęło się jako projekt badawczy na uczelni. EraDrive — firma, która teraz komercjalizuje tę technologię — wyrosła ze Stanford University dzięki programom partnerskim NASA dla małych satelitów. Tak właśnie powinna wyglądać ewolucja technologii kosmicznych: bierzemy dobre pomysły od badaczy, dajemy im realne środowisko do sprawdzenia, a jeśli zadziała — pomagamy dotrzeć na szerszy rynek.
Będziemy potrzebować o wiele więcej takiego sprytnego oprogramowania, bo kosmos robi się coraz gęściej. GPS na Księżyc nie dotrze w najbliższej przyszłości, więc równie dobrze możemy nauczyć nasze satelity, żeby radziły sobie same.
A jeśli zastanowić się głębiej — jeśli te małe pojazdy potrafią nawigować używając przypadkowych śmieci kosmicznych jako przewodników, to może jest w tym jakaś lekcja o tym, jak wykorzystać to, co mamy wokół siebie.