فناوری مسیریابی ماهوارهای که در مدار زمین فعالیت میکند، عمدتاً بر اساس سیگنالهای GPS عمل میکند. اگرچه در مسافتهای دورتر از زمین، مانند اطراف ماه یا در عمق فضا، این سیگنالها به شدت ضعیف و غیرقابل اعتماد میشوند. به همین دلیل، نیاز به راهکارهای جایگزین برای ناوبری اپتیکال بیش از پیش احساس میشود. هماکنون، مأموریت استارلینگ ناسا با ساختاری نوین، اقدام به ارتقاء استقلال فضاپیماها از GPS کرده است.
چگونه FALCON در زمینه ناوبری فضایی تحولی ایجاد کرد؟
مأموریت استارلینگ ناسا موفق به آزمایش یک سیستم نوین ناوبری فضایی شده که توانایی تعیین موقعیت مداری یک ماهواره را با اتکا به سایر اجرام فضایی به عنوان نقاط مرجع دارد. این فناوری که با نام FALCON (یا Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation) شناخته میشود، به وسیله ناسا و شرکت EraDrive توسعه یافته و به منظور افزایش استقلال فضاپیماها طراحی شده است.
فناوری FALCON ترکیبی از نرمافزار پرواز Era-Core از شرکت EraDrive و دوربینهای فضانوردی استارلینگ میباشد که یک کاتالوگ داخلی از ماهوارههای شناختهشده را شامل میشود. این ابزارها در همکاری با یکدیگر، ناوبری فضایی بدون GPS را امکانپذیر میسازند و به فضاپیما این امکان را میدهند که فعالیتها و اجرام اطراف را به دقت دنبال کند. راجر هانتر، مدیر برنامه فضاپیماهای کوچک و سیستمهای توزیعشده ناسا در مرکز تحقیقات ایمز، این موفقیت را یک گام دیگر برای مأموریت استارلینگ دانسته و بر عواقب مفیدی که برای نظارت بر ترافیک فضایی، جلوگیری از برخوردها و ارائه ناوبری جایگزین دارد، تأکید کرده است.
این سامانه ناوبری با استفاده از دوربینهای ردیاب ستارهای (Star Tracker) موجود در ماهواره استارلینگ، قادر به شناسایی اجرام مشاهدهشده (از جمله دیگر فضاپیماها و زبالههای فضایی) است و آنها را با کاتالوگ عمومی اجرام فضایی مقایسه میکند. پس از تأیید و شناسایی این اجرام، FALCON از آنها به عنوان نقاط مرجع برای محاسبه مدار استارلینگ استفاده میکند. در آزمایشهای مجزایی که به منظور بهبود تخمینهای مداری اجرام انجام شد، کنترلکنندگان مأموریت کاتالوگی شامل تقریباً ۲۰,۰۰۰ جرم فضایی و مدارهای پیشبینیشده آنها را روی استارلینگ بارگذاری کردند. FALCON با تکیه بر دادههای دوربینهای خود، نه تنها موقعیت استارلینگ را محاسبه کرد، بلکه مکانهای تخمینی دیگر اجرام فضایی را نیز با دقت بیشتری تعیین نمود و نتایج این محاسبات نیز فراتر از اطلاعات موجود در کاتالوگها بود. این سیستم در مدت فقط ۳ روز، مدارهای شناختهشده بیش از ۲۰۰ جرم فضایی را به صورت کاملاً خودمختار بهبود بخشید.
گامی به سوی آیندهای خودمختار در فضا
توانایی FALCON در تعیین مستقل مدار خود، یک دستاورد استثنائی برای فضاپیماهایی است که از دوربینهای اپتیکال برای ناوبری بر اساس موقعیت نسبی خود نسبت به سایر اجرام فضایی استفاده میکنند. این قابلیتها برای شبکههای آتی ماهوارهای که از GPS مستقل عمل میکنند، اهمیت زیادی خواهند داشت. سیستمهای ماهوارهای همراستا میتوانند نقش حیاتی در حمایت از فعالیتهای انسانی در سطح ماه یا مریخ ایفا نمایند.
دقت بالای موقعیتیابی فضاپیما برای مأموریتهای علمی توزیعشده از اهمیت بالایی برخوردار است، جایی که اندازهگیریهای جمعآوری شده از مکانهای متعدد در فضا باید به طور دقیق تطبیق داده شوند. برای مدیریت ترافیک فضایی، استفاده از ناوبری خودمختار و بهروزرسانی کاتالوگ داخلی میتواند وابستگی به شبکههای ردیابی زمینی را کاهش داده و به بهبود جلوگیری از برخوردها کمک کند. مأموریت استارلینگ که در سال ۲۰۲۳ پرتاب شد، در نظر دارد که در اواخر امسال آزمایش FALCON را گسترش دهد و چهار فضاپیمای آن اطلاعات ردیابی را بین یکدیگر به اشتراک گذاشته و از این دادههای ترکیبی برای بهبود موقعیتهای خود به صورت جمعی بهرهبرداری کنند.