A missão Starling da NASA atingiu outro marco no voo espacial autônomo ao demonstrar um sistema que pode determinar a posição orbital de um satélite usando outros objetos no espaço como ponto de referência, em vez de depender de uma rede de navegação externa.
A tecnologia, chamada FALCON (Navegação Óptica Baseada em Catálogo Perdido no Espaço Autônomo Rápido) foi projetada para ajudar as espaçonaves a operar com maior independência. Essas capacidades podem tornar-se cada vez mais importantes à medida que a NASA realiza missões fora da Terra, incluindo enxames de satélites lunares, missões científicas distribuídas e futura exploração humana.
viagem espacial sem GPS
Os satélites próximos da Terra normalmente dependem de GPS para navegação, mas esses sinais podem ser fracos, não confiáveis ou indisponíveis ao redor da Lua e no espaço profundo. O Falcon oferece uma alternativa ao permitir que as naves espaciais determinem onde estão usando o que podem ver ao seu redor.
O Falcon Payload é um experimento de voo conjunto desenvolvido pela NASA e pela Airdrive, uma startup que surgiu na Universidade de Stanford. O sistema combina o software de voo Era-Core da Airdrive e algoritmos incorporados com as câmeras da Starling e um catálogo a bordo de satélites conhecidos. Juntos, esses instrumentos permitem a navegação independente do GPS e também ajudam a espaçonave a rastrear atividades e objetos ao seu redor.
“O Falcon é outro sucesso da missão de demonstração Starling. Os resultados do Falcon podem ter implicações de longo alcance para a vigilância do tráfego espacial em órbita, prevenção de colisões e navegação alternativa”, disse Roger Hunter, gerente do programa de Pequenas Naves Espaciais e Sistemas Distribuídos da NASA no Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício, Califórnia. “O número de ‘primeiros’ de Starling continua a crescer.”
Usando satélites e detritos como pontos de referência
A demonstração do Falcon avaliou duas capacidades relacionadas usando as câmeras rastreadoras estelares a bordo da Starling. Essas câmeras são instrumentos padrão de espaçonaves que detectam objetos brilhantes no espaço e ajudam a determinar a orientação e posição da espaçonave.
Durante experimentos de posição, navegação e cronometragem, Falcon identificou objetos vistos pelas câmeras de Starling, incluindo outras espaçonaves e detritos orbitais, e os comparou a uma lista publicamente disponível de objetos espaciais conhecidos, mantida pelo Departamento de Guerra dos EUA. Depois que os objetos observados foram identificados e verificados, a Falcon os usou como pontos de referência para calcular a órbita de Starling.
Um conjunto separado de experimentos testou se a espaçonave poderia melhorar as estimativas orbitais dos objetos que observou. Os controladores da missão carregaram uma lista em Starling contendo aproximadamente 20.000 objetos espaciais e suas órbitas estimadas.
Falcon então comparou as informações do catálogo com as observações coletadas pelas câmeras de Starling. Usando essas medições, calculou a posição do estorninho enquanto refinava as localizações estimadas de outros objetos no espaço. As estimativas resultantes foram ainda mais precisas do que os dados do catálogo existente.
Durante um período de três dias, o Falcon corrigiu as órbitas conhecidas de mais de 200 objetos sem intervenção dos operadores em terra.
Primeira vez para navegação óptica autônoma
A capacidade do Falcon de determinar sua órbita com base em sua posição em relação a outros objetos no espaço representa a primeira vez em uma espaçonave navegando com câmeras ópticas. Em testes separados de atualização de catálogo, Starling também produziu melhores previsões a bordo das posições dos objetos do que aquelas fornecidas pelas estações terrestres.
Estas capacidades podem ser particularmente valiosas para futuras redes de satélites que operem sem GPS. Os sistemas coordenados de satélites poderiam desempenhar um papel importante no apoio às atividades humanas nas superfícies da Lua ou de Marte.
O posicionamento preciso da espaçonave também é essencial para missões científicas distribuídas, onde as medições coletadas de vários locais no espaço devem ser alinhadas com precisão. Para o gerenciamento do tráfego espacial, a navegação autônoma e as atualizações de catálogo a bordo podem reduzir a dependência de redes de rastreamento terrestres, ao mesmo tempo que melhoram a prevenção de colisões.
Da pesquisa universitária à tecnologia comercial
A experiência Falcon também demonstra o papel da NASA em ajudar a desenvolver a investigação universitária em tecnologia comercial. Este trabalho começou como um projeto de Parceria Tecnológica da Universidade Smallsat antes de evoluir para o EraDrive, que agora está comercializando seu software Era-Core e hardware associado para uso generalizado.
Starling proporcionou a oportunidade de testar a tecnologia em condições reais em órbita, demonstrando como o software de voo avançado poderia permitir que os satélites atuassem cada vez mais como navegadores autônomos.
Ainda este ano, Starling, com lançamento previsto para 2023, expandirá o experimento Falcon usando o Era-Core. As quatro naves espaciais da missão irão partilhar informações de rastreamento entre si e usar essas observações combinadas para refinar colectivamente as suas posições.
O Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia, lidera a missão Starling. O Programa de Pequenas Naves Espaciais e Sistemas Distribuídos da NASA, com sede em Ames e dentro da Diretoria de Missões de Pesquisa e Tecnologia, financia e gerencia a missão Starling.
