Autonomní satelity: Autonomní flotila vesmírných průzkumníků

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 23. prosince 2022

Shrnutí statistik

Malé satelity dosáhly obrovských úspěchů, od sledování asteroidů až po shromažďování dat. Rostoucí rozpočtová omezení však vedla vědce k hledání alternativních, nákladově efektivních řešení pro satelity, včetně samořízení a úspory energie. Dlouhodobé důsledky vývoje autonomních satelitů by mohly zahrnovat lepší průzkumné mise na jiné planety a efektivní řízení vesmírného odpadu.

Kontext autonomních satelitů

Podle studie nizozemské Delft University of Technology jsou malé satelity obvykle definovány jako kosmické lodě o hmotnosti 500 kilogramů (kg) nebo méně. Tyto modely zahrnují minisatelity (100-500 kg), mikrosatelity (10-100 kg), nanosatelity (1-10 kg), pikosatelity (0.1-1 kg) a femtosatelity (0.01-0.1 kg). Úspěšnost družicových misí se zvýšila díky pokroku v technologii miniaturizace. Výsledkem je, že více univerzitních skupin, společností a vesmírných agentur navrhuje malé satelitní mise pro vědecký výzkum.

Několik problémů však může ztížit řízení malých satelitních operací z pozemní stanice. Mezi tyto výzvy patří sledování více kosmických lodí současně s omezenými zdroji, zvýšení počtu misí s ještě menším počtem dostupných zdrojů sledování a náklady na energii a provoz těchto misí. 

S ohledem na tyto výzvy se vědci zaměřují na autonomní systémy. Navigační systémy by z autonomie těžily nejvíce, protože tyto systémy jsou založeny na pozemním sledování radiometrických pozorovatelných objektů (v podstatě na odhadu polohy a rychlosti kosmické lodi prostřednictvím rádiových signálů). Navíc, ovládání kosmické lodi je obvykle děláno přes příkazy poslané z pozemních stanic, často podřízený zpoždění; autonomní systémy by se mohly takovým omezením vyhnout a reagovat na překážky rychleji.

Rušivý dopad

Autonomie má potenciál snížit náklady na mise nebo zvýšit výkon díky minimálnímu využití pozemních operací nebo hardwaru. Alternativně může kosmická loď vykonávat konkrétní úkol rychleji než pozemní systém, pokud může nezávisle navigovat vesmírem a sbírat informace. Také úkoly, jako je sbírání vzorků, lze provádět pouze samostatně, zejména při výzkumu hlubokého vesmíru. 

Autonomní navigace byla použita na několika misích do hlubokého vesmíru, včetně Deep Space 1, STARDUST a Deep Impact. Tyto průzkumy byly podporovány Autonomním optickým systémem (AutoNAV) a SMART-1 laboratoře Jet Propulsion Laboratory, vyvinutým americkým Národním úřadem pro letectví a vesmír (NASA). Tyto mise primárně využívaly optickou navigaci, která využívá senzory k výpočtu polohy, rychlosti a dalších stavů kosmické lodi ve vztahu k cílovým tělesům.

Probíhá několik experimentů, aby byly samořídící satelity nezávislejší a všestrannější. Například v roce 2022 začala americká Naval Research Laboratory vyvíjet plán, který umožní vyřazeným satelitům nasměrovat se zpět k Zemi a vyčistit vesmírný nepořádek. Návrh navrhuje, aby nové satelity byly vybaveny tenkými „pupečními šňůrami“ dlouhými asi jeden kilometr. Provedením elektrického proudu přes kabel by pak satelit mohl využít své elektrické pole a magnetické pole Země k tomu, aby se navedl zpět dolů, místo aby nahodile havaroval.

Mezitím v roce 2019 byly družice Starlink společnosti SpaceX prvními vypuštěnými modely, které se mohou autonomně vyhýbat srážkám s jinými obíhajícími objekty. Po obdržení výstrahy pro jeden ze svých Starlinks, SpaceX okamžitě odešle informaci satelitu, aby se mohl vhodně vyhnout elektrickým tryskám.

Důsledky autonomních družic

Širší důsledky autonomních satelitů mohou zahrnovat: 

• Průzkumné mise k blízkým planetám a Měsíci jsou částečně nebo plně autonomní, což snižuje provozní náklady.
• Vesmírné internetové satelity jsou schopny vyhnout se srážkám, což je klíčové pro stále přeplněnější nízkou oběžnou dráhu Země (LEO).
• Univerzity a další veřejné výzkumné organizace jsou schopny provádět své minidružicové průzkumy vesmíru se stále nižšími náklady.
• Vesmírné agentury vyvíjející autonomnější systémy na podporu dlouhodobých průzkumů a zakládání kolonií.
• Snížení množství vesmírného odpadu z kolizí satelitů. Tento trend může minimalizovat kontaminaci prostoru a plýtvání.
• Zvýšená účinnost satelitního pozorování Země, zlepšení monitorování a řízení změn životního prostředí a měst v reálném čase.
• Zvýšená spolehlivost a snížená latence v globálních komunikačních sítích, což přináší výhody zejména vzdáleným a nedostatečně obsluhovaným oblastem.
• Vlády přijímající nové regulační rámce pro řízení provozu autonomních družic, zajišťující bezpečné a udržitelné vesmírné operace.

Otázky k zamyšlení

• Jaké jsou další potenciální výhody samořídících satelitů a kosmických lodí?
• Jak si myslíte, že tato technologie urychlí objevy vesmíru?