La NASA probó una forma de navegar sin GPS: sus satélites usaron otros objetos del espacio como puntos de referencia orbital

La navegación espacial suele depender de una infraestructura externa: redes de antenas terrestres, señales GPS y cálculos que llegan desde centros de control.

La misión Starling de la NASA puso a prueba otra lógica. Sus satélites observaron los objetos que comparten su entorno orbital, los cotejaron con un catálogo almacenado a bordo y usaron esas referencias para saber dónde estaban sin utilizar el confiable GPS.

El resultado fue una demostración de navegación autónoma sin GPS basada en cámaras ópticas y datos orbitales.

La prueba forma parte de FALCON, sigla en inglés de Navegación Óptica Autónoma Rápida Basada en Catálogos para Objetos Perdidos en el Espacio.

El sistema surgió de la colaboración entre la NASA y EraDrive, una empresa derivada de trabajos desarrollados en la Universidad de Stanford. Su objetivo apunta a un problema que cobrará importancia fuera de la órbita terrestre: las señales GPS pierden utilidad a medida que una misión se aleja del planeta.

Starling opera con cuatro nanosatélites en órbita terrestre baja, a unos 565 kilómetros de altitud. El enjambre sirvió como banco de pruebas para software, cámaras y algoritmos capaces de convertir el tránsito orbital en una fuente de información. Allí donde una nave convencional busca señales de una constelación de navegación, FALCON mira satélites, restos de cohetes y otros objetos ya catalogados para situarse en el espacio.

La NASA informó que extenderá la misión, que acumula tres años de actividad, al menos hasta 2028. La continuidad permitirá sumar pruebas entre los cuatro integrantes del enjambre, que compartirán información de seguimiento y ajustarán en conjunto sus estimaciones de posición. La decisión amplía el alcance de un experimento pensado para medir cuánto puede resolver una nave por sí misma, sin esperar instrucciones desde la Tierra.

<b>FALCON convirtió el entorno orbital en un mapa para Starling</b>

Las cámaras de seguimiento estelar suelen cumplir una función precisa: identificar astros brillantes para establecer la orientación de una nave. FALCON les dio una tarea adicional. El sistema examinó los objetos visibles alrededor de Starling y comparó cada observación con un registro interno de trayectorias previstas. Cuando verificó la identidad de un objeto, lo empleó como un hito de navegación.

Ese catálogo incluyó alrededor de 20.000 objetos espaciales conocidos y sus órbitas estimadas. La información procedió de registros públicos del Departamento de Defensa de Estados Unidos, citado en el material de la NASA como Departamento de Guerra. El software de EraDrive integró esos datos con las imágenes de las cámaras, un cruce que permitió calcular la posición de Starling sin una señal GPS.

“FALCON utilizó posteriormente los objetos observados y verificados como puntos de referencia para determinar la órbita de Starling”, declaró la NASA. La novedad no reside solo en reconocer un satélite cercano. El sistema debe distinguirlo de otros cuerpos que atraviesan el campo visual, vincularlo con una entrada del catálogo y evaluar si la trayectoria observada coincide con la predicción disponible.

La navegación óptica propuesta por FALCON se basa, por tanto, en una medición relativa. Una nave conoce la posición calculada de ciertos objetos y determina su propia ubicación a partir de la relación que mantiene con ellos. La precisión depende de la calidad de las observaciones, de la información previa sobre cada objeto y de la capacidad del software para corregir errores de cálculo.

En sus primeros ensayos, Starling demostró dos capacidades vinculadas. La primera consistió en determinar su órbita a partir de esas referencias móviles. La segunda alcanzó un resultado más amplio: mejorar los datos sobre los cuerpos que observó. Durante tres días, FALCON refinó las estimaciones orbitales de más de 200 objetos sin intervención de operadores terrestres.

El procedimiento comparó las predicciones del catálogo con los registros obtenidos desde Starling. Si una posición real se apartaba de la trayectoria prevista, los algoritmos incorporaban la diferencia para producir un cálculo nuevo. Según la NASA, las predicciones generadas a bordo resultaron más precisas que las disponibles desde las estaciones en tierra para esos objetos.

“La capacidad de autodeterminación de órbita, posible gracias a FALCON, es una primicia para las naves espaciales que utilizan cámaras ópticas para navegar según su posición relativa a otros objetos en el espacio. Por otra parte, los experimentos de actualización del catálogo produjeron mejores predicciones de la posición de los objetos a bordo de Starling que las proporcionadas por las estaciones terrestres”, declaró la NASA.

La misión se desarrolla en un sector orbital con una densidad creciente de vehículos. Sus cuatro nanosatélites vuelan unos 10 kilómetros por encima de la altitud prevista al inicio del proyecto. SpaceX advirtió que el plan original podía acercarlos demasiado a satélites de su constelación Starlink, situada cerca de los 555 kilómetros. La modificación elevó a Starling hasta los 565 kilómetros, mientras la Estación Espacial Internacional suele operar cerca de los 400 kilómetros.

Ese contexto convierte a FALCON en una prueba de navegación y, a la vez, de conciencia situacional espacial. Este concepto describe la capacidad de una nave para identificar qué objetos la rodean, dónde están y qué trayectorias siguen. En una órbita abarrotada, esa información permite anticipar aproximaciones, evaluar riesgos y aportar datos a las decisiones de prevención de colisiones.

Roger Hunter, director del programa de Sistemas Distribuidos y Naves Espaciales Pequeñas de la NASA en el Centro de Investigación Ames, afirmó: “FALCON representa otro éxito para la misión de demostración Starling. Los resultados de FALCON pueden tener implicaciones de gran alcance para la monitorización del tráfico espacial en órbita, la prevención de colisiones y la navegación alternativa”. Para la agencia, los ensayos suman herramientas ante una realidad orbital con más satélites y más fragmentos en movimiento.

<b>La autonomía orbital busca resolver un desafío lunar y marciano</b>

El GPS funciona gracias a una constelación de satélites diseñada para cubrir la Tierra y sus inmediaciones. Fuera de ese ámbito, la intensidad de sus señales disminuye y su disponibilidad deja de estar garantizada. Las naves que viajen hacia la Luna, Marte o regiones más distantes necesitarán otros métodos para conocer su posición con suficiente precisión.

FALCON apunta a cubrir parte de esa necesidad. La tecnología podría dar apoyo a grupos de satélites lunares, misiones científicas distribuidas y operaciones de exploración humana. En esos escenarios, varias naves deberán coordinarse, intercambiar información y mantener una referencia común para apoyar instrumentos, comunicaciones o actividades de superficie.

“Mientras la NASA se prepara para más misiones más allá de la órbita terrestre, tecnologías como FALCON pueden dar soporte a enjambres de satélites lunares, misiones científicas distribuidas y exploración humana”, dijeron los funcionarios de la NASA en un comunicado. La agencia proyecta el regreso de astronautas a la superficie lunar con Artemis IV en 2028, dentro de un programa que busca sostener presencia y actividad alrededor de la Luna.

La navegación lunar presenta desafíos propios. La gravedad del satélite natural no actúa de forma uniforme debido a zonas de concentración de masa, conocidas como mascones. Estas irregularidades alteran las trayectorias de las naves en órbita y, en ciertos casos, pueden llevarlas hacia la superficie. Por eso, una estimación exacta de posición y velocidad tendrá valor operativo para satélites, módulos tripulados y vehículos de carga.

La autonomía tampoco se limita a viajes distantes. Las redes terrestres tienen capacidad de seguimiento, pero no pueden responder con la misma rapidez a cada cambio orbital ni procesar todas las observaciones posibles de cada nave. Un sistema a bordo que actualiza datos por cuenta propia puede reducir la dependencia de esa infraestructura y aportar información más inmediata sobre objetos cercanos.

El posicionamiento preciso resulta central para la ciencia espacial. Cuando varios instrumentos recogen mediciones desde puntos diferentes, los equipos científicos necesitan conocer con exactitud dónde estaba cada nave y en qué momento tomó sus datos. Esa referencia permite combinar observaciones, comparar resultados y reconstruir fenómenos que abarcan grandes regiones del espacio.

La autonomía desarrollada para FALCON también puede servir a la gestión del tránsito orbital. Algunas constelaciones comerciales ya usan sistemas de conciencia situacional para ejecutar maniobras ante riesgos de colisión. Starling aporta una posibilidad distinta: que una nave actualice su conocimiento del entorno mediante sus propios sensores y comparta esa información con otras unidades del mismo conjunto.

El próximo paso de la misión consistirá en llevar esa coordinación al enjambre completo. Los cuatro nanosatélites intercambiarán datos de seguimiento para perfeccionar sus posiciones de forma conjunta. El experimento evaluará cómo una red pequeña puede construir una comprensión compartida de su ambiente orbital sin depender en cada etapa de la comunicación con la Tierra.

El Centro de Investigación Ames, ubicado en Silicon Valley, dirige Starling. El programa de Sistemas Distribuidos y Naves Espaciales Pequeñas, integrado en la Dirección de Misiones de Investigación y Tecnología de la NASA, financia y administra la iniciativa.

Con la extensión hasta 2028, FALCON contará con más tiempo para probar si los satélites pueden convertir el tráfico espacial que los rodea en una red de orientación para futuras misiones hacia la Luna y Marte.