Autonomiset satelliitit: Avaruuden tutkijoiden autonominen laivasto

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Joulukuu 23, 2022

Havainnon yhteenveto

Pienet satelliitit ovat saavuttaneet valtavia saavutuksia asteroidien tarkkailusta tiedonkeruuun. Kasvavat budjettirajoitukset ovat kuitenkin johtaneet siihen, että tutkijat etsivät vaihtoehtoisia, kustannustehokkaita ratkaisuja satelliiteille, mukaan lukien itseohjautuva ja energiansäästö. Itsenäisten satelliittien kehittämisen pitkän aikavälin vaikutuksia voisivat olla paremmat tutkimusmatkat muille planeetoille ja tehokas avaruusromun hallinta.

Autonomisten satelliittien konteksti

Hollantilaisen Delftin teknillisen yliopiston tutkimuksen mukaan pienet satelliitit määritellään tyypillisesti avaruusaluksiksi, joiden massa on enintään 500 kilogrammaa (kg). Näitä malleja ovat minisatelliitit (100–500 kg), mikrosatelliitit (10–100 kg), nanosatelliitit (1–10 kg), pikosatelliitit (0.1–1 kg) ja femtosatelliitit (0.01–0.1 kg). Satelliittitehtävien onnistumisaste on kasvanut miniatyrisointitekniikan kehityksen ansiosta. Tämän seurauksena yhä useammat yliopistoryhmät, yritykset ja avaruustoimistot ehdottavat pieniä satelliittitehtäviä tieteelliseen tutkimukseen.

Useat ongelmat voivat kuitenkin vaikeuttaa pienten satelliittitoimintojen hallintaa maa-asemalta. Näihin haasteisiin kuuluvat useiden avaruusalusten samanaikainen seuranta rajallisilla resursseilla, tehtävien lisääminen entistä harvemmilla seurantalähteillä sekä näiden tehtäväryhmien teho- ja käyttökustannukset. 

Nämä haasteet mielessään tutkijat keskittyvät autonomisiin järjestelmiin. Navigointijärjestelmät hyötyisivät eniten autonomiasta, koska nämä järjestelmät perustuvat radiometristen havaintojen maanpäälliseen seurantaan (lähinnä avaruusaluksen sijainnin ja nopeuden arvioimiseen radiosignaalien avulla). Lisäksi avaruusaluksen ohjaaminen tapahtuu yleensä maa-asemilta lähetettävien komentojen avulla, joihin liittyy usein viiveitä; autonomiset järjestelmät voisivat välttää tällaiset rajoitukset ja reagoida esteisiin nopeammin.

Häiritsevä vaikutus

Autonomialla on mahdollisuus alentaa operaatiokustannuksia tai parantaa suorituskykyä käyttämällä mahdollisimman vähän maaoperaatioita tai laitteistoa. Vaihtoehtoisesti avaruusalus voi suorittaa tietyn tehtävän nopeammin kuin maan päällä oleva järjestelmä, jos se voi itsenäisesti navigoida avaruudessa ja kerätä tietoa. Myös tehtävät, kuten näytteiden kerääminen, voidaan suorittaa vain itsenäisesti, erityisesti syvän avaruuden tutkimuksessa. 

Autonomista navigointia on käytetty useissa syvän avaruuden tehtävissä, mukaan lukien Deep Space 1, STARDUST ja Deep Impact. Näitä tutkimuksia tukivat Jet Propulsion Laboratoryn Autonomous Optical System (AutoNAV) ja SMART-1, jonka Yhdysvaltain kansallinen ilmailu- ja avaruushallinto (NASA) on kehittänyt. Näissä tehtävissä käytettiin ensisijaisesti optista navigointia, joka laskee antureiden avulla avaruusaluksen sijainnin, nopeuden ja muut tilat suhteessa kohdekappaleisiin.

Meneillään on useita kokeita itseohjautuvien satelliittien tekemiseksi itsenäisempiä ja monipuolisempia. Esimerkiksi vuonna 2022 Yhdysvaltain merivoimien tutkimuslaboratorio alkoi kehittää suunnitelmaa, jonka avulla käytöstä poistetut satelliitit voisivat ohjata takaisin maan pinnalle ja poistaa avaruushäiriöt. Ehdotuksessa ehdotetaan, että uudet satelliitit varustetaan ohuilla "napanuoroilla", jotka ovat noin kilometrin pituisia. Ohjaamalla sähkövirtaa johdon läpi satelliitti voisi sitten käyttää sähkökenttäään ja Maan magneettikenttää ohjatakseen itsensä takaisin alas sen sijaan, että kaatuisi sattumanvaraisesti.

Sillä välin vuonna 2019 SpaceX:n Starlink-satelliitit olivat ensimmäiset laukaisumallit, jotka pystyivät välttämään itsemurhaukset muiden kiertävien kohteiden kanssa. Saatuaan hälytyksen yhdestä Starlinkistä, SpaceX lähettää tiedot välittömästi satelliitille, jotta se voi asianmukaisesti väistää sähköpotkurien läpi.

Autonomisten satelliittien vaikutukset

Autonomisten satelliittien laajempia vaikutuksia voivat olla: 

• Tutkimuslennot läheisille planeetoille ja Kuuhun, joka on puoli- tai täysin autonominen, mikä pienentää toimintakustannuksia.
• Avaruus-Internet-satelliitit pystyvät välttämään törmäyksiä, mikä on ratkaisevan tärkeää yhä ruuhkaisemmalle Low-Earth Orbit -kiertoradalle (LEO).
• Yliopistot ja muut julkiset tutkimusorganisaatiot voivat suorittaa minisatelliittitutkimuksiaan avaruudessa entistä pienemmillä kustannuksilla.
• Avaruusjärjestöt kehittävät autonomisempia järjestelmiä pitkän aikavälin tutkimusten ja siirtokuntien perustamisen tukemiseksi.
• Satelliittien törmäysten aiheuttaman avaruusromun määrän vähentäminen. Tämä suuntaus voi minimoida tilan saastumisen ja tuhlauksen.
• Satelliittipohjaisen Maan havainnoinnin tehostaminen, mikä parantaa ympäristön ja kaupunkien muutosten reaaliaikaista seurantaa ja hallintaa.
• Parannettu luotettavuus ja pienempi latenssi maailmanlaajuisissa viestintäverkoissa, mikä hyödyttää erityisesti syrjäisiä ja alipalveluttuja alueita.
• Hallitukset hyväksyvät uusia sääntelypuitteita autonomisten satelliittien liikenteen hallitsemiseksi ja varmistavat turvallisen ja kestävän avaruustoiminnan.

Pohdittavia kysymyksiä

• Mitä muita mahdollisia etuja itseohjautuvista satelliiteista ja avaruusaluksista on?
• Miten luulet tämän tekniikan nopeuttavan avaruuslöytöjä?