La mission réussie de Starling démontre le potentiel des essaims de satellites dans la navigation et les opérations autonomes, ouvrant la voie à une coordination avancée du trafic spatial. Crédit : Blue Canyon Technologies/NASA
L'essaim de vaisseaux spatiaux Starling a achevé sa mission principale, présentant des percées dans le fonctionnement et la navigation autonomes des satellites, ouvrant la voie à une future gestion collaborative du trafic spatial avec EspaceX.
Après dix mois en orbite, l'essaim de vaisseaux spatiaux Starling a démontré avec succès les objectifs clés de sa mission principale, ce qui représente des avancées significatives dans la capacité des configurations en essaim.
Des essaims de satellites pourraient un jour être utilisés dans l’exploration de l’espace lointain. Un réseau autonome de vaisseaux spatiaux pourrait naviguer automatiquement, gérer des expériences scientifiques et exécuter des manœuvres pour répondre aux changements environnementaux sans avoir à supporter des retards de communication importants entre l'essaim et la Terre.
« Le succès de la mission initiale de Starling représente une réalisation historique dans le développement de réseaux autonomes de petits engins spatiaux », a déclaré Roger Hunter, responsable du programme pour NASAdu programme Small Spacecraft Technology du centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley en Californie. « L’équipe a très bien réussi à atteindre nos objectifs et à s’adapter face aux défis. »
Partager le travail
L'expérience DSA (Distributed Spacecraft Autonomy), menée à bord de Starling, a démontré la capacité de l'essaim de vaisseaux spatiaux à optimiser la collecte de données à travers l'essaim. Les CubeSats ont analysé l'ionosphère terrestre en identifiant des phénomènes intéressants et en parvenant à un consensus entre chaque satellite sur une approche d'analyse.
En partageant le travail d'observation au sein d'un essaim, chaque vaisseau spatial peut « partager la charge » et observer différentes données ou travailler ensemble pour fournir une analyse plus approfondie, réduisant ainsi la charge de travail humaine et permettant au vaisseau spatial de fonctionner sans avoir besoin de nouvelles commandes envoyées depuis le sol.
Le succès de l'expérience signifie que Starling est le premier essaim à distribuer de manière autonome des informations et des données opérationnelles entre les engins spatiaux afin de générer des plans pour fonctionner plus efficacement, et la première démonstration d'un système de raisonnement embarqué entièrement distribué capable de réagir rapidement aux changements dans les observations scientifiques.
Les quatre vaisseaux spatiaux CubeSate qui composent l'essaim Starling ont démontré leur succès dans leurs opérations autonomes, atteignant tous les objectifs clés de la mission. Crédit : NASA
Communiquer à travers l’essaim
Un essaim de vaisseaux spatiaux a besoin d’un réseau pour communiquer entre eux. L'expérience Mobile Ad-hoc Network (MANET) a automatiquement établi un réseau dans l'espace, permettant à l'essaim de relayer des commandes et de transférer des données entre eux et le sol, ainsi que de partager des informations sur d'autres expériences en coopération.
L’équipe a atteint avec succès tous les objectifs de l’expérience MANET, notamment la démonstration du routage des commandes et des données vers l’un des vaisseaux spatiaux ayant des problèmes de communication espace-sol, un avantage précieux d’un essaim de vaisseaux spatiaux coopératifs.
« Le succès de MANET démontre la robustesse d'un essaim », a déclaré Howard Cannon, chef de projet Starling à la NASA Ames. « Par exemple, lorsque la radio d'un essaim de vaisseaux spatiaux est tombée en panne, nous avons « chargé latéralement » le vaisseau spatial depuis une autre direction, envoyant des commandes, des mises à jour logicielles et d'autres informations vitales au vaisseau spatial depuis un autre membre de l'essaim. »
Navigation en essaim autonome
Naviguer et opérer en relation les uns avec les autres et avec la planète est un élément important de la formation d’un essaim de vaisseaux spatiaux. Starling Formation-Flying Optical Experiment, ou StarFOX, utilise des traqueurs d'étoiles pour reconnaître un autre membre de l'essaim, un autre satellite ou des débris spatiaux à partir du champ d'étoiles de fond, puis estimer la position et la vitesse de chaque vaisseau spatial.
L'expérience est la toute première démonstration publiée de ce type de navigation en essaim, y compris la capacité de suivre simultanément plusieurs membres d'un essaim et la capacité de partager des observations entre les vaisseaux spatiaux, améliorant ainsi précision lors de la détermination de l'orbite de chaque membre de l'essaim.
Vers la fin des opérations de la mission, l'essaim a été manœuvré dans une ellipse de sécurité passive, et dans cette formation, l'équipe StarFOX a pu franchir une étape révolutionnaire, démontrant la capacité d'estimer de manière autonome les orbites de l'essaim en utilisant uniquement des mesures inter-satellites du satellite. traqueurs d'étoiles de vaisseaux spatiaux.
Gérer les manœuvres d’essaim
La capacité de planifier et d’exécuter des manœuvres avec une intervention humaine minimale est un élément important du développement d’essaims de satellites plus importants. La gestion autonome des trajectoires et des manœuvres de centaines ou de milliers d’engins spatiaux permet de gagner du temps et de réduire la complexité.
Le système ROMEO (Reconfiguration and Orbit Maintenance Experiments Onboard) teste la planification et l'exécution des manœuvres à bord en estimant l'orbite du vaisseau spatial et en planifiant une manœuvre vers une nouvelle orbite souhaitée.
L'équipe d'expérimentation a démontré avec succès la capacité du système à déterminer et planifier un changement d'orbite et travaille à affiner le système pour réduire l'utilisation de propulseur et démontrer l'exécution des manœuvres. L'équipe continuera d'adapter et de développer le système tout au long de la prolongation de la mission de Starling.
Grouiller ensemble
Maintenant que les principaux objectifs de la mission Starling sont atteints, l'équipe va se lancer dans une extension de mission connue sous le nom de Starling 1.5, testant la coordination du trafic spatial en partenariat avec la constellation Starlink de SpaceX, qui dispose également de capacités de manœuvre autonomes. Le projet explorera comment les constellations exploitées par différents utilisateurs peuvent partager des informations via un hub terrestre pour éviter d'éventuelles collisions.
« Le partenariat de Starling avec SpaceX est la prochaine étape dans l'exploitation de grands réseaux d'engins spatiaux et dans la compréhension de la manière dont deux systèmes à manœuvre autonome peuvent fonctionner en toute sécurité à proximité l'un de l'autre. Alors que le nombre de vaisseaux spatiaux opérationnels augmente chaque année, nous devons apprendre à gérer le trafic orbital », a déclaré Hunter.
Le programme Small Spacecraft Technology de la NASA, basé à Ames et au sein de la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA, finance et gère la mission Starling. Blue Canyon Technologies a conçu et fabriqué les bus du vaisseau spatial et fournit un soutien aux opérations de la mission. Rocket Lab USA, Inc. a fourni des services de lancement et d'intégration. Les partenaires soutenant les expériences de charge utile de Starling comprennent le Space Rendezvous Lab de l'Université de Stanford à Stanford, en Californie, York Space Systems (anciennement Emergent Space Technologies) de Denver, Colorado, CesiumAstro d'Austin, Texas, L3Harris Technologies, Inc., de Melbourne, Floride. Le soutien financier pour l'expérience DSA a été fourni par le programme Game Changing Development de la NASA au sein de STMD. Les partenaires soutenant l'extension de la mission Starling incluent SpaceX de Hawthorne, en Californie, le programme Conjunction Assessment Risk Analysis (CARA) de la NASA et le ministère du Commerce. SpaceX gère la constellation de satellites Starlink et le système au sol Collision Prevention.
