Para posicionar una nave espacial alrededor de un asteroide, se deben conocer los parámetros orbitales y la orientación del asteroide y la nave espacial. El vuelo en formación será más complejo en términos de posicionamiento en relación con un asteroide. En caso de vuelo en formación en LEO, se utiliza GPS para determinar con precisión la posición de la nave espacial. Dado que el GPS no es útil en el espacio profundo, es más importante volar en formación con un sistema de posicionamiento/navegación local.
Considerando dos o más cuerpos volando en una configuración de enjambre relativamente entre sí, ¿cuáles son las posibilidades de utilizar redes ad hoc inalámbricas u otras tecnologías similares conocidas que puedan ser útiles para posicionar la nave espacial de forma autónoma?
Dividamos su pregunta en tareas separadas:
Digámoslo desde el principio: no puede confiar en otras naves en el enjambre para cumplir su misión, ya que perder una nave implica, en el mejor de los casos, capacidades degradadas para todas las demás y, en el peor, el fracaso de la misión.
Por lo tanto, no puede confiar en formas cooperativas de descubrir dónde diablos está su propia nave, y esto significa que extraer información de rango, tasa de rango, actitud, tasa de actitud de los enlaces de comunicaciones es una ventaja, pero nunca un método principal para ejecutar el mostrar. Hay algunos factores atenuantes, pero en el mejor de los casos son marginales.
La determinación de la órbita autónoma tiene que lidiar con incertidumbres en:
Para superar todo esto y más, debe usar varios principios físicos (realmente no sé la misión que tiene en mente, así que no me preocupa el presupuesto de masa exacto) y fusionar los datos de todos ellos en un forma inteligente (posiblemente, para descubrir errores sistemáticos y compensar el mal funcionamiento del equipo):
Para la determinación autónoma de la actitud , no hay nada nuevo aquí: rastreadores de estrellas y solares, giroscopios láser y acelerómetros MEMS.
Para el vuelo en formación y la prevención de colisiones , debe pensar en casos de esquina cuando uno de los satélites en el enjambre ha perdido el control de actitud y está desgasificando, amenazando con colisionar con otros. Puede usar reflectores ópticos y objetivos para realizar mediciones combinadas de lidar/cámara.
Si los satélites en su formación tienen enlaces de comunicación, puede obtener información adicional para alimentar su algoritmo de fusión de los parámetros de bajo nivel leídos de la tarjeta de comunicaciones:
No hace falta decir que las tarjetas y los protocolos inalámbricos industriales y minoristas comunes y corrientes no suelen atender a este segmento de nicho. Debe diseñar su propio protocolo y encontrar formas de implementarlo en hardware (FPGA) y software (SDR).
Grelier et al. Instrumento de radiofrecuencia volador en formación: primeros resultados de vuelo de la misión PRISMA. 5º Taller de la ESA sobre Tecnologías de Navegación por Satélite y Taller Europeo sobre Señales GNSS y Procesamiento de Señales (NAVITEC). 2010. DOI (pared de pago).
Otra mirada a la misión PRISMA: http://issfd.org/ISSFD_2009/FormationFlyingI/Delpech.pdf
La tecnología inalámbrica comercial estándar no podrá proporcionar datos de navegación a los enjambres que operan cerca de un asteroide.
Las redes de comunicaciones inalámbricas especialmente diseñadas podrán complementar, pero no reemplazar, los equipos autónomos de navegación y determinación de actitud.
Las tecnologías de comunicaciones ópticas, de radar e inalámbricas pueden y deben utilizarse en sinergia para mejorar la precisión de la navegación y el vuelo en formación.
Con los sensores y el software adecuados, una sonda podría establecer de forma autónoma una "órbita" alrededor de un asteroide. Lo pongo entre comillas, ya que el campo de gravedad hará que la trayectoria sea más complicada que la órbita en la que puedes estar pensando, dependiendo de la distancia al asteroide.
Se puede emplear una amplia gama de sensores, incluidos elementos como LIDAR y RADAR. Aunque podría hacerse solo con cámaras y una IMU. Las cámaras pueden proporcionar información de actitud utilizando estrellas, determinación de la órbita utilizando el asteroide objetivo y otros asteroides , y la distancia y la ubicación en relación con la forma y las características de la superficie del asteroide objetivo.
Al principio, el software haría que la sonda hiciera sobrevuelos distantes y luego se acercara con el tiempo para mapear el campo de gravedad, la velocidad de giro y tomar imágenes del asteroide. A medida que se construyen esos mapas, la sonda puede reducir la distancia de los sobrevuelos de manera segura y entrar en trayectorias similares a las de una órbita.
Si tiene muchas sondas en muchos asteroides, entonces tendría sentido tener todo el software y la inteligencia a bordo. Sin embargo, inicialmente, usaría y desarrollaría software principalmente en el terreno para estas tareas a medida que aprende a hacerlo de manera confiable y eficiente. Posteriormente migraría el software a las sondas.
Varias sondas en el mismo asteroide podrían mapearlo mucho más rápido, intercambiando mapas acumulados e información del campo de gravedad entre las sondas. Aunque ahora tiene la complicación adicional de evitar colisiones con otras sondas.
No sé si sería de mucho valor recopilar tipos de datos entre sondas, por ejemplo, doppler o rango entre sondas. Cada uno puede hacer su propia navegación de forma independiente utilizando mapas del asteroide e informar sus trayectorias entre sí solo con el fin de evitar colisiones. ( TCAS alrededor del asteroide).
Si una de las sondas muere, debe predecir dónde podría estar desde su última posición y velocidad informadas. Esperemos que pronto abandone el sistema o se estrelle contra el asteroide. De lo contrario, la incertidumbre sobre su posición aumentará con el tiempo. Entonces solo tendrá que confiar en Big Sky Theory para evitar colisiones con ese.
kim titular
kim titular
Akum
uwe