La navegación de las naves espaciales ha dependido durante mucho tiempo de las señales procedentes de la Tierra, ya sean satélites GPS, estaciones de seguimiento en tierra o la comunicación directa con los controladores de las misiones. La misión Starling de la NASA ha demostrado ahora algo fundamentalmente distinto, un sistema que calcula dónde está en el espacio observando lo que le rodea, incluidos otros satélites y basura espacial, y utilizando esos objetos como puntos de referencia. No se requiere ninguna señal externa.
El sistema que lee su propio entorno
La tecnología detrás de esta capacidad se llama FALCON, que responde a las siglas en inglés de Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation. Fue desarrollada como un experimento conjunto entre la NASA y EraDrive, una startup surgida de la Universidad de Stanford. El sistema funciona con el software de vuelo Era-Core de EraDrive y utiliza cámaras ya presentes en la nave espacial Starling, concretamente las cámaras de seguimiento estelar que los satélites suelen usar para determinar su orientación.
Lo que hace FALCON es conceptualmente elegante. Observa objetos en el campo de visión de la nave espacial, los identifica cruzándolos con un catálogo de objetos espaciales conocidos mantenido por el Departamento de Guerra de Estados Unidos y, a continuación, utiliza esas identificaciones confirmadas como puntos de referencia fijos para calcular la propia posición orbital de la nave. La lógica es similar a la forma en que un navegante en un barco podría utilizar puntos de referencia conocidos en una línea de costa para determinar su ubicación, excepto que aquí los puntos de referencia son satélites y trozos de basura que se mueven por la órbita terrestre baja.
Esto no es un pequeño refinamiento de los métodos existentes. Representa la primera vez que una nave espacial ha determinado su propia órbita utilizando cámaras ópticas basándose en su posición en relación con otros objetos en el espacio.
200 órbitas refinadas, de forma autónoma, en tres días
La demostración de Starling fue más allá de simplemente probar el concepto de navegación. Un conjunto independiente de experimentos probó si la nave espacial también podía mejorar los datos orbitales con los que trabajaba.
Los controladores de la misión cargaron en Starling un catálogo de aproximadamente 20.000 objetos espaciales y sus órbitas previstas. A continuación, FALCON comparó esas predicciones con las observaciones de sus propias cámaras. El resultado, las estimaciones del sistema sobre las posiciones de los objetos resultaron ser más precisas que los datos del catálogo existente. Durante tres días, y sin ninguna intervención de los operadores en tierra, FALCON perfeccionó las órbitas conocidas de más de 200 objetos.
Ese detalle merece una pausa. Las redes de seguimiento basadas en tierra han sido la fuente estándar de datos orbitales durante décadas. Una nave espacial que opera de forma autónoma en órbita, utilizando sus propios sensores y su software de a bordo, produjo mejores estimaciones de posición para más de 200 objetos que las que esas redes tenían en sus archivos. Roger Hunter, director de programa del programa de Pequeñas Naves Espaciales y Sistemas Distribuidos de la NASA en el Centro de Investigación Ames de la NASA, describió los resultados como algo que tiene “implicaciones de gran alcance para el seguimiento del tráfico espacial en órbita, la prevención de colisiones y la navegación alternativa”.
A finales de este año, las cuatro naves espaciales Starling ampliarán aún más el experimento. Compartirán información de seguimiento entre ellas y utilizarán esas observaciones combinadas para perfeccionar sus posiciones de forma colectiva, un paso hacia la navegación autónoma coordinada a través de una red de naves espaciales.
Por qué la navegación autónoma cambia las reglas del juego
Esto es lo que la mayor parte de la cobertura de esta historia tiende a minimizar, el significado más profundo de FALCON no es solo la navegación. Es lo que se hace posible cuando las naves espaciales ya no necesitan pedir permiso para saber dónde están.
El GPS funciona bien en la órbita terrestre baja, pero sus señales se debilitan con la distancia y se vuelven poco fiables o no están disponibles alrededor de la Luna y en el espacio profundo. Cualquier misión que se aventure más allá del alcance del GPS, ya sea un enjambre de satélites lunares, una red científica distribuida o una misión tripulada a Marte, se enfrenta a un problema de navegación que los sistemas basados en tierra no pueden resolver por completo. Los retrasos en las comunicaciónes por sí solos hacen que el guiado en tiempo real desde la Tierra sea poco práctico a esas distancias.
FALCON apunta hacia un modelo diferente, naves espaciales que llevan su conocimiento de la situación consigo. Un satélite que puede determinar su propia posición, rastrear los objetos circundantes y actualizar su propio catálogo del entorno espacial no necesita esperar instrucciones. Puede responder a lo que observa. Para evitar colisiones, donde el tiempo es crítico, esa autonomía no es una comodidad. Es un requisito de seguridad.
Las implicaciones más amplias se extienden a cómo se gestiona la infraestructura espacial. A medida que aumenta el número de objetos en órbita, la carga sobre las redes de seguimiento basadas en tierra aumenta. Las naves espaciales capaces de contribuir a su propio seguimiento, y al seguimiento de los objetos que las rodean, podrían ayudar a distribuir esa carga. Una flota de satélites que perfecciona colectivamente los datos orbitales a medida que opera es un tipo de infraestructura fundamentalmente diferente a la que recibe instrucciones pasivas desde tierra.
El experimento FALCON también ilustra cómo la investigación universitaria se convierte en tecnología operativa. El proyecto comenzó como una iniciativa de la University SmallSat Technology Partnerships antes de convertirse en EraDrive, que ahora está comercializando su software y hardware Era-Core para un uso más amplio.
En resumen
El sistema FALCON de la NASA demostró que una nave espacial puede navegar en órbita sin GPS utilizando otros satélites y basura como puntos de referencia, una primicia para la navegación autónoma basada en cámaras ópticas. Durante tres días, también perfeccionó los datos orbitales de más de 200 objetos sin intervención terrestre, superando las predicciones del catálogo existente. La importancia va más allá de la navegación, a medida que las misiones se alejan de la Tierra, la capacidad de operar sin señales externas o soporte terrestre en tiempo real se vuelve esencial. FALCON es un ejemplo temprano y concreto de cómo es una infraestructura de naves espaciales genuinamente autónoma.
Basado en información de ScienceDaily AI.