Навигация в космосе без GPS: эксперименты NASA с миссией Starling

NASA продолжает развивать технологии навигации в космосе с помощью миссии Starling, состоящей из четырех кубсатов, работающих на низкой околоземной орбите (LEO). Эта миссия направлена на тестирование навигации без использования GPS, что особенно актуально для будущих космических исследований, когда доступ к традиционным навигационным системам может быть ограничен.

Продление миссии Starling

С момента своего запуска три года назад, миссия Starling демонстрировала новые подходы к навигации, используя другие спутники в качестве движущихся ориентиров. NASA объявило о продлении этой миссии до 2028 года, чтобы максимально использовать эксперимент FALCON (Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation), разработанный в сотрудничестве с компанией EraDrive.

Технология FALCON

FALCON предназначен для решения проблем навигации на больших расстояниях. В то время как спутники на орбите Земли имеют доступ к GPS, при выходе за пределы этой орбиты такие возможности резко уменьшаются. Это особенно важно для будущих миссий, таких как Artemis IV, которая запланирована на 2028 год и направлена на возвращение астронавтов на Луну.

Проблемы навигации на Луне

Лунная орбита представляет собой уникальные вызовы для навигации. Например, в 2025 году Канадский институт космического пространства сообщил о так называемых "масконных" концентрациях, которые могут влиять на путь спутников и даже вызывать их столкновения с лунной поверхностью. Поэтому NASA стремится сначала протестировать новые технологии ближе к Земле, прежде чем применять их на Луне.

Сотрудничество с EraDrive

EraDrive, компания, занимающаяся автономной навигацией космических аппаратов, предоставила программное обеспечение и алгоритмы для FALCON. Эксперимент использует данные с камер Starling и каталог, который включает информацию о тысячах известных спутников и космических объектов.

Пространственная ситуационная осведомленность

Миссия Starling не только тестирует навигацию без GPS, но и демонстрирует пространственную ситуационную осведомленность (SSA) — способность понимать окружающую среду, включая другие спутники. Некоторые другие космические аппараты, такие как спутники Starlink от SpaceX, также используют SSA для автоматического уклонения от угроз космического мусора.

Достижения FALCON

За первые три года FALCON достиг двух значительных вех. Во-первых, он использовал свои камеры для наблюдения за другими спутниками и объектами, сопоставляя их данные с onboard базой, которая включает около 20,000 объектов из открытых данных Министерства обороны США. Это позволило Starling определить свою орбиту, используя наблюдаемые и проверенные объекты в качестве ориентиров. Во-вторых, эксперименты по обновлению каталога позволили получить более точные прогнозы положения объектов на борту Starling, чем те, что предоставлялись наземными станциями. Это стало возможным благодаря автономным наблюдениям, которые не требовали участия операторов на Земле.

Операции в условиях плотного космического трафика

Starling работает на высоте около 350 миль (565 км), что на 6 миль (10 км) выше первоначально запланированной орбиты. Это решение было принято после рекомендаций от SpaceX, чтобы избежать близости к уже работающим спутникам Starlink на высоте 340 миль (555 км). Миссия Starling демонстрирует операции в условиях плотного космического трафика, что будет критически важно для будущих исследований на Луне и Марсе.

Перспективы и будущее

NASA планирует использовать уроки, извлеченные из миссии Starling, для улучшения навигации и управления трафиком в межпланетном пространстве. Это может значительно повысить безопасность и эффективность будущих космических миссий, включая создание постоянной базы на Луне в течение следующего десятилетия.