Primera demostración en órbita de un enjambre autónomo de satélites

Ingenieros de Stanford han completado la primera prueba en órbita de un sistema prototipo capaz de navegar un enjambre de satélites únicamente con información visual compartida por una red inalámbrica. "Es un artículo histórico y la culminación de 11 años de esfuerzo por parte de mi laboratorio, que se fundó con el objetivo de superar el estado actual de la técnica y la práctica en autonomía distribuida en el espacio", dijo Simone D'Amico, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica y autor principal del estudio, publicado en el servidor de preimpresión arXiv. "Starling es la primera demostración jamás realizada de un enjambre autónomo de satélites". La prueba se conoce como Experimento Óptico de Vuelo en Formación Starling o StarFOX. En ella, el equipo navegó con éxito cuatro satélites pequeños que trabajaban en tándem utilizando únicamente información visual recopilada de cámaras a bordo para calcular sus trayectorias (u órbitas). Los investigadores presentaron sus hallazgos de la prueba inicial de StarFOX en una reunión de expertos en satélites en enjambre en la Conferencia de Satélites Pequeños en Logan, Utah. D'Amico describió el desafío como uno que ha impulsado a su equipo durante más de una década. "Nuestro equipo ha estado abogando por sistemas espaciales distribuidos desde el inicio del laboratorio. Ahora se ha convertido en algo común. La NASA, el Departamento de Defensa, la Fuerza Espacial de los EE. UU., todos han comprendido el valor de múltiples activos en coordinación para lograr objetivos que de otro modo serían imposibles o muy difíciles de lograr con una sola nave espacial", dijo en un comunicado. "Las ventajas incluyen una mayor precisión, cobertura, flexibilidad, robustez y, potencialmente, nuevos objetivos aún no imaginados". La navegación robusta del enjambre presenta un desafío tecnológico considerable. Los sistemas actuales dependen del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), que requiere un contacto frecuente con los sistemas terrestres. Más allá de la órbita de la Tierra, existe la Red de Espacio Profundo, pero es relativamente lenta y no es fácil de escalar para futuros esfuerzos. Es más, ninguno de los sistemas puede ayudar a los satélites a evitar lo que D'Amico llama "objetos no cooperativos", como los desechos espaciales que podrían dejar un satélite fuera de servicio. El enjambre necesita un sistema de navegación autónomo que permita un alto grado de autonomía y robustez, dijo D'Amico. Estos sistemas también son más atractivos por los mínimos requisitos técnicos y costos financieros de las cámaras miniaturizadas y otro hardware de hoy. Las cámaras utilizadas en la prueba StarFOX son cámaras 2D probadas y relativamente económicas llamadas rastreadores de estrellas que se encuentran en cualquier satélite hoy en día. "En esencia, la navegación basada únicamente en ángulos no requiere hardware adicional incluso cuando se utiliza en naves espaciales pequeñas y económicas", dijo D'Amico. "Y el intercambio de información visual entre los miembros del enjambre proporciona una nueva capacidad de navegación óptica distribuida". StarFOX combina mediciones visuales de cámaras individuales montadas en cada satélite en un enjambre. De manera similar a un marinero de antaño que navega en alta mar con un sextante, el campo de estrellas conocidas en el fondo se utiliza como referencia para extraer ángulos de orientación hacia los satélites del enjambre. Estos ángulos luego se procesan a bordo a través de modelos de fuerza basados en la física precisos para estimar la posición y la velocidad de los satélites con respecto al planeta orbitado; En este caso, la Tierra, pero también servirían la Luna, Marte u otros objetos planetarios. StarFOX utiliza el Sistema de Medición de Trayectoria Absoluta y Relativa de ángulos únicamente del Laboratorio de Encuentro Espacial (ARTMS, por sus siglas en inglés), que integra tres nuevos algoritmos de robótica espacial. Un algoritmo de procesamiento de imágenes detecta y rastrea múltiples objetivos en imágenes y calcula los ángulos de orientación del objetivo (los ángulos en los que los objetos, incluidos los desechos espaciales, se acercan o se alejan entre sí). El algoritmo de determinación de órbita por lotes estima luego la órbita aproximada de cada satélite a partir de estos ángulos. Por último, pero no por ello menos importante, el algoritmo de determinación de órbita secuencial refina las trayectorias del enjambre con el procesamiento de nuevas imágenes a lo largo del tiempo para alimentar potencialmente algoritmos autónomos de guía, control y prevención de colisiones a bordo.