La navigazione dei veicoli spaziali dipende da tempo dai segnali provenienti dalla Terra, che si tratti di satelliti GPS, stazioni di tracciamento a terra o comunicazione diretta con i controllori di missione. La missione Starling della NASA ha ora dimostrato qualcosa di fondamentalmente diverso: un sistema che scopre dove si trova nello spazio osservando ciò che lo circonda, inclusi altri satelliti e detriti orbitali, e usando quegli oggetti come punti di riferimento. Nessun segnale esterno richiesto.
Il sistema che legge i propri dintorni
La tecnologia alla base di questa capacità si chiama FALCON, acronimo di Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation. È stata sviluppata come esperimento congiunto tra la NASA e EraDrive, una startup nata dalla Stanford University. Il sistema gira sul software di volo Era-Core di EraDrive e utilizza le telecamere già presenti sul veicolo spaziale Starling, in particolare le telecamere di inseguimento stellare che i satelliti usano tipicamente per determinare il loro orientamento.
Ciò che fa FALCON è concettualmente elegante. Osserva gli oggetti nel campo visivo del veicolo spaziale, li identifica incrociandoli con un catalogo di oggetti spaziali noti gestito dal Dipartimento della Guerra degli Stati Uniti, e poi usa quelle identificazioni confermate come punti di riferimento fissi per calcolare la posizione orbitale del veicolo spaziale stesso. La logica è simile a come un navigatore su una nave potrebbe usare punti di riferimento noti su una costa per determinare la propria posizione, tranne per il fatto che qui i punti di riferimento sono satelliti e pezzi di detriti che si muovono attraverso l’orbita terrestre bassa.
Questo non è un piccolo perfezionamento dei metodi esistenti. Rappresenta la prima volta che un veicolo spaziale ha determinato la propria orbita utilizzando telecamere ottiche basate sulla sua posizione rispetto ad altri oggetti nello spazio.
200 orbite perfezionate, in autonomia, in tre giorni
La dimostrazione di Starling è andata oltre il semplice fatto di provare il concetto di navigazione. Una serie separata di esperimenti ha testato se il veicolo spaziale potesse anche migliorare i dati orbitali con cui stava lavorando.
I controllori di missione hanno caricato su Starling un catalogo di circa 20.000 oggetti spaziali e delle loro orbite previste. FALCON ha poi confrontato quelle previsioni con le proprie osservazioni della telecamera. Il risultato: le stime del sistema sulle posizioni degli oggetti si sono rivelate più precise rispetto ai dati del catalogo esistente. Nel giro di tre giorni, e senza alcun intervento da parte degli operatori a terra, FALCON ha perfezionato le orbite note di più di 200 oggetti.
Quel dettaglio merita una pausa di riflessione. Le reti di tracciamento a terra sono state la fonte standard di dati orbitali per decenni. Un veicolo spaziale che opera autonomamente in orbita, usando i propri sensori e il software di bordo, ha prodotto stime di posizione migliori per più di 200 oggetti rispetto a quelle che quelle reti avevano nei loro archivi. Roger Hunter, responsabile del programma per il programma Small Spacecraft and Distributed Systems della NASA presso l’Ames Research Center della NASA, ha descritto i risultati come aventi “implicazioni di vasta portata per il monitoraggio del traffico spaziale in orbita, la prevenzione delle collisioni e la navigazione alternativa”.
Più tardi quest’anno, i quattro veicoli spaziali Starling espanderanno ulteriormente l’esperimento. Condivideranno le informazioni di tracciamento l’uno con l’altro e useranno quelle osservazioni combinate per perfezionare le loro posizioni collettivamente, un passo verso la navigazione autonoma coordinata attraverso una rete di veicoli spaziali.
Perché la navigazione autonoma cambia le carte in tavola
Ecco cosa la maggior parte della copertura di questa storia tende a sminuire: il significato più profondo di FALCON non riguarda solo la navigazione. Riguarda ciò che diventa possibile quando i veicoli spaziali non hanno più bisogno di chiedere il permesso per sapere dove si trovano.
Il GPS funziona bene nell’orbita terrestre bassa, ma i suoi segnali si indeboliscono con la distanza e diventano inaffidabili o non disponibili intorno alla Luna e nello spazio profondo. Qualsiasi missione che si avventura oltre la portata del GPS, che si tratti di uno sciame di satelliti lunari, di una rete scientifica distribuita o di una missione con equipaggio su Marte, affronta un problema di navigazione che i sistemi basati a terra non possono risolvere completamente. I soli ritardi di comunicazione rendono la guida in tempo reale dalla Terra impraticabile a quelle distanze.
FALCON indica un modello diverso: veicoli spaziali che portano con sé la propria consapevolezza situazionale. Un satellite che può determinare la propria posizione, tracciare gli oggetti circostanti e aggiornare il proprio catalogo dell’ambiente spaziale non ha bisogno di aspettare istruzioni. Può rispondere a ciò che osserva. Per la prevenzione delle collisioni, dove il tempismo è critico, quell’autonomia non è una comodità. È un requisito di sicurezza.
Le implicazioni più ampie si estendono a come viene gestita l’infrastruttura spaziale. Con l’aumentare del numero di oggetti in orbita, il carico sulle reti di tracciamento a terra aumenta. Veicoli spaziali capaci di contribuire al proprio tracciamento, e al tracciamento degli oggetti intorno a essi, potrebbero aiutare a distribuire quel carico. Una flotta di satelliti che perfeziona collettivamente i dati orbitali mentre opera è un tipo di infrastruttura fondamentalmente diverso rispetto a una che riceve passivamente istruzioni da terra.
L’esperimento FALCON illustra anche come la ricerca universitaria si trasforma in tecnologia operativa. Il progetto è iniziato come iniziativa della University SmallSat Technology Partnerships prima di diventare EraDrive, che ora sta commercializzando il suo software e hardware Era-Core per un uso più ampio.
In breve
Il sistema FALCON della NASA ha dimostrato che un veicolo spaziale può navigare in orbita senza GPS utilizzando altri satelliti e detriti come punti di riferimento, una prima volta per la navigazione autonoma basata su telecamere ottiche. Nel giro di tre giorni, ha anche perfezionato i dati orbitali di più di 200 oggetti senza intervento da terra, superando le previsioni dei cataloghi esistenti. Il significato si estende oltre la navigazione: man mano che le missioni si spingono più lontano dalla Terra, la capacità di operare senza segnali esterni o supporto a terra in tempo reale diventa essenziale. FALCON è un esempio precoce e concreto di come appare un’infrastruttura di veicoli spaziali genuinamente autonoma.
Basato su un articolo di ScienceDaily AI.