Satelliti autonomi: la flotta autonoma di esploratori spaziali

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  Preveggenza quantistica
• Dicembre 23, 2022

Riepilogo approfondimenti

I piccoli satelliti hanno ottenuto risultati straordinari, dal monitoraggio degli asteroidi alla raccolta di dati. Tuttavia, le crescenti restrizioni di bilancio hanno portato gli scienziati a cercare soluzioni alternative ed economicamente efficienti per i satelliti, tra cui l'autogoverno e il risparmio energetico. Le implicazioni a lungo termine dello sviluppo di satelliti autonomi potrebbero includere migliori missioni esplorative verso altri pianeti e una gestione efficiente della spazzatura spaziale.

Contesto dei satelliti autonomi

Secondo uno studio della Delft University of Technology, con sede nei Paesi Bassi, i piccoli satelliti sono tipicamente definiti come veicoli spaziali con una massa di 500 chilogrammi (kg) o meno. Questi modelli includono minisatelliti (100-500 kg), microsatelliti (10-100 kg), nanosatelliti (1-10 kg), picosatelliti (0.1-1 kg) e femtosatelliti (0.01-0.1 kg). Il tasso di successo delle missioni satellitari è aumentato grazie ai progressi nella tecnologia di miniaturizzazione. Di conseguenza, sempre più gruppi universitari, aziende e agenzie spaziali propongono piccole missioni satellitari per la ricerca scientifica.

Tuttavia, diversi problemi possono rendere difficile la gestione delle piccole operazioni satellitari da una stazione di terra. Queste sfide includono il monitoraggio simultaneo di più veicoli spaziali con risorse limitate, l'aumento delle missioni con ancora meno fonti di tracciamento disponibili e i costi energetici e operativi per questi team di missione. 

Con queste sfide in mente, gli scienziati si stanno concentrando sui sistemi autonomi. I sistemi di navigazione trarrebbero il massimo vantaggio dall'autonomia poiché questi sistemi sono stabiliti sul tracciamento a terra di osservabili radiometrici (essenzialmente stimando la posizione e la velocità di un veicolo spaziale attraverso segnali radio). Inoltre, il controllo di un veicolo spaziale viene solitamente effettuato tramite comandi inviati dalle stazioni di terra, spesso soggette a ritardi; i sistemi autonomi potrebbero evitare tali limitazioni e rispondere agli ostacoli più rapidamente.

Impatto dirompente

L'autonomia ha il potenziale per ridurre i costi di missione o aumentare le prestazioni attraverso un uso minimo delle operazioni di terra o dell'hardware. In alternativa, il veicolo spaziale può eseguire un compito specifico più velocemente di un sistema a terra se può navigare autonomamente nello spazio e raccogliere informazioni. Inoltre, compiti come la raccolta di campioni possono essere svolti solo in autonomia, in particolare nella ricerca nello spazio profondo. 

La navigazione autonoma è stata utilizzata in diverse missioni nello spazio profondo, tra cui Deep Space 1, STARDUST e Deep Impact. Queste esplorazioni sono state supportate dall'Autonomous Optical System (AutoNAV) e dallo SMART-1 del Jet Propulsion Laboratory, sviluppato dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti. Queste missioni utilizzavano principalmente la navigazione ottica, che utilizza sensori per calcolare la posizione, la velocità e altri stati di un veicolo spaziale in relazione ai corpi bersaglio.

Sono in corso diversi esperimenti per rendere i satelliti autogovernanti più indipendenti e versatili. Ad esempio, nel 2022, il Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti ha iniziato a sviluppare un piano per consentire ai satelliti dismessi di tornare sulla Terra e liberare il disordine spaziale. La proposta suggerisce che i nuovi satelliti siano dotati di sottili "cordoni ombelicali", lunghi circa un chilometro. Facendo passare una corrente elettrica attraverso il cavo, il satellite potrebbe quindi utilizzare il suo campo elettrico e il campo magnetico terrestre per guidare se stesso verso il basso invece di schiantarsi a casaccio.

Nel frattempo, nel 2019, i satelliti Starlink di SpaceX sono stati i primi modelli lanciati in grado di evitare autonomamente collisioni con altri oggetti in orbita. Dopo aver ricevuto un avviso per uno dei suoi Starlink, SpaceX invierà immediatamente le informazioni al satellite in modo che possa eludere adeguatamente attraverso i propulsori elettrici.

Implicazioni dei satelliti autonomi

Le implicazioni più ampie dei satelliti autonomi possono includere: 

• Le missioni esplorative sui pianeti vicini e sulla Luna sono semi o completamente autonome, riducendo i costi operativi.
• I satelliti Space Internet sono in grado di evitare le collisioni, il che è cruciale per l'orbita terrestre bassa (LEO) sempre più affollata.
• Università e altri enti pubblici di ricerca possono condurre le loro esplorazioni spaziali di minisatelliti a costi sempre più bassi.
• Agenzie spaziali che sviluppano sistemi più autonomi per supportare le esplorazioni a lungo termine e la creazione di colonie.
• Ridurre la quantità di detriti spaziali dalle collisioni satellitari. Questa tendenza può ridurre al minimo la contaminazione dello spazio e gli sprechi.
• Maggiore efficienza nell’osservazione della Terra via satellite, migliorando il monitoraggio e la gestione in tempo reale dei cambiamenti ambientali e urbani.
• Maggiore affidabilità e ridotta latenza nelle reti di comunicazione globali, a vantaggio in particolare delle regioni remote e sottoservite.
• I governi adottano nuovi quadri normativi per gestire il traffico di satelliti autonomi, garantendo operazioni spaziali sicure e sostenibili.

Domande da considerare

• Quali sono gli altri potenziali vantaggi dei satelliti e dei veicoli spaziali a guida autonoma?
• In che modo pensi che questa tecnologia accelererà le scoperte spaziali?