De Starling-missie van NASA heeft een nieuwe mijlpaal bereikt op het gebied van de autonomie van ruimtevaartuigen door gebruik te maken van een nieuw systeem dat de positie van een satelliet in een baan om de aarde bepaalt aan de hand van andere objecten in de ruimte, in plaats van te vertrouwen op een navigatienetwerk. De technologiedemonstratie van FALCON (Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation) is een stap in de richting van ruimtevaartuigen die zelfstandiger kunnen opereren.
Nu NASA zich voorbereidt op meer missies buiten de baan van de aarde, kunnen technologieën zoals FALCON ondersteuning bieden aan zwermen maansatellieten, gedistribueerde wetenschappelijke missies en bemande verkenning. Traditionele satellietnavigatie is afhankelijk van GPS-signalen, maar die kunnen onbetrouwbaar of niet beschikbaar zijn in omgevingen rond de maan of in de verre ruimte. De FALCON-payload is een gezamenlijk vluchtexperiment van NASA en EraDrive, een spin-off van Stanford University. Het combineert de Era-Core-vluchtsoftware en ingebouwde algoritmen van EraDrive met de camera’s van Starling en een ingebouwde catalogus van bekende satellieten om GPS-onafhankelijke navigatie en ruimtelijk situationeel bewustzijn te ondersteunen.
“FALCON is weer een nieuw succes voor de Starling-demonstratiemissie. De resultaten van FALCON kunnen verstrekkende gevolgen hebben voor het toezicht op het ruimteverkeer in een baan om de aarde, het voorkomen van botsingen en alternatieve navigatie,” aldus Roger Hunter, programmamanager voor het Small Spacecraft and Distributed Systems-programma van de NASA bij het Ames Research Center van de NASA in Silicon Valley, Californië. “Het aantal ‘primeurs’ van Starling blijft maar groeien.” Tijdens de FALCON-demonstratie werden twee elkaar aanvullende mogelijkheden getest waarbij creatief gebruik werd gemaakt van de ingebouwde star-tracker-camera’s van Starling, standaardinstrumenten die heldere objecten in de ruimte identificeren om de oriëntatie en positie van een ruimtevaartuig te bepalen. Tijdens experimenten met positiebepaling, navigatie en tijdmeting koppelde het objecten die door de camera’s van het ruimtevaartuig werden waargenomen, waaronder andere ruimtevaartuigen en ruimtepuin, aan een catalogus van bekende ruimteobjecten die door het Amerikaanse Ministerie van Oorlog wordt bijgehouden en openbaar beschikbaar wordt gesteld. Vervolgens gebruikte FALCON de waargenomen en geverifieerde objecten als referentiepunten om de baan van Starling te bepalen.
In afzonderlijke experimenten is FALCON erin geslaagd de baanschattingen van de door de camera’s van Starling waargenomen ruimteobjecten te verfijnen. Het missieteam heeft de volledige catalogus van ongeveer 20.000 ruimteobjecten en hun voorspelde banen in het ruimtevaartuig geladen. Vervolgens heeft FALCON die gegevens gekoppeld aan de waarnemingen van andere ruimteobjecten door de camera’s van het ruimtevaartuig om de locatie van Starling, en de locaties van andere ruimteobjecten, met nog grotere nauwkeurigheid te schatten dan de huidige catalogusgegevens. Gedurende een periode van drie dagen verbeterde FALCON de bekende banen van meer dan 200 objecten zonder tussenkomst van operators op de grond. Het vermogen tot zelfstandige baanbepaling dat dankzij FALCON mogelijk is geworden, is een primeur voor ruimtevaartuigen die gebruikmaken van optische camera’s om te navigeren op basis van hun relatieve positie ten opzichte van andere objecten in de ruimte. Daarnaast leverden de experimenten met het bijwerken van de catalogus aan boord van Starling betere voorspellingen van de positie van objecten op dan die van grondstations.
Gecoördineerde netwerken van meerdere GPS-onafhankelijke satellieten zullen van cruciaal belang zijn ter ondersteuning van operaties aan het oppervlak bij toekomstige bemande verkenningen van de Maan of Mars. Voor wetenschappelijke missies is het noodzakelijk om de precieze locatie van elk ruimtevaartuig te kennen om metingen die vanaf meerdere punten in de ruimte zijn verricht op elkaar af te stemmen. En voor het beheer van het ruimteverkeer kunnen autonome navigatie en catalogusupdates de afhankelijkheid van grondnetwerken verminderen en het voorkomen van botsingen verbeteren. Het FALCON-experiment onderstreept de rol van NASA bij het stimuleren van commerciële innovatie. Wat begon als een project in het kader van de University SmallSat Technology Partnerships, groeide uit tot een start-up, EraDrive, die nu zijn Era-Core-software en bijbehorende hardware commercialiseert voor bredere toepassingen. Starling bood een platform voor praktijktests en toonde aan dat vluchtsoftware satellieten kan omvormen tot autonome navigatiesystemen.
Later dit jaar zal Starling, dat in 2023 werd gelanceerd, het FALCON-experiment uitbreiden met behulp van Era-Core, waardoor de zwerm van vier ruimtevaartuigen trackinggegevens kan delen en gezamenlijk hun posities kan verfijnen.
Bron: NASA
