Autonómne satelity: Autonómna flotila vesmírnych prieskumníkov

• Autor:
• meno autora

  Predvídavosť Quantumrun
• Decembra 23, 2022

Súhrn prehľadu

Malé satelity dosiahli obrovské úspechy, od monitorovania asteroidov až po zhromažďovanie údajov. Zvyšujúce sa rozpočtové obmedzenia však viedli vedcov k tomu, aby hľadali alternatívne, nákladovo efektívne riešenia pre satelity, vrátane samoriadenia a úspory energie. Dlhodobé dôsledky vývoja autonómnych satelitov by mohli zahŕňať lepšie prieskumné misie na iné planéty a efektívne riadenie vesmírneho odpadu.

Kontext autonómnych satelitov

Podľa štúdie technologickej univerzity Delft so sídlom v Holandsku sú malé satelity zvyčajne definované ako kozmické lode s hmotnosťou 500 kilogramov (kg) alebo menej. Tieto modely zahŕňajú minisatelity (100-500 kg), mikrosatelity (10-100 kg), nanosatelity (1-10 kg), pikosatelity (0.1-1 kg) a femtosatelity (0.01-0.1 kg). Úspešnosť satelitných misií sa zvýšila vďaka pokroku v technológii miniaturizácie. Výsledkom je, že viac univerzitných skupín, spoločností a vesmírnych agentúr navrhuje malé satelitné misie na vedecký výskum.

Niekoľko problémov však môže sťažiť riadenie malých satelitných operácií z pozemnej stanice. Tieto výzvy zahŕňajú sledovanie viacerých kozmických lodí súčasne s obmedzenými zdrojmi, zvýšenie počtu misií s ešte menším počtom dostupných zdrojov sledovania a náklady na energiu a prevádzku týchto misií. 

S ohľadom na tieto výzvy sa vedci zameriavajú na autonómne systémy. Navigačné systémy by mali z autonómie najväčší úžitok, pretože tieto systémy sú založené na pozemnom sledovaní rádiometrických pozorovateľných veličín (v podstate na odhadovaní polohy a rýchlosti kozmickej lode prostredníctvom rádiových signálov). Okrem toho sa riadenie kozmickej lode zvyčajne vykonáva pomocou príkazov odosielaných z pozemných staníc, ktoré často podliehajú oneskoreniam; autonómne systémy by sa mohli vyhnúť takýmto obmedzeniam a rýchlejšie reagovať na prekážky.

Rušivý vplyv

Autonómia má potenciál znížiť náklady na misie alebo zvýšiť výkon prostredníctvom minimálneho využívania pozemných operácií alebo hardvéru. Alternatívne môže kozmická loď vykonávať špecifickú úlohu rýchlejšie ako pozemný systém, ak môže nezávisle navigovať vesmír a zbierať informácie. Úlohy, ako je zbieranie vzoriek, je možné vykonávať iba samostatne, najmä pri výskume v hlbokom vesmíre. 

Autonómna navigácia bola použitá na niekoľkých misiách v hlbokom vesmíre, vrátane Deep Space 1, STARDUST a Deep Impact. Tieto prieskumy boli podporované autonómnym optickým systémom (AutoNAV) a SMART-1 Laboratória prúdového pohonu, ktorý vyvinul americký Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA). Tieto misie primárne využívali optickú navigáciu, ktorá využíva senzory na výpočet polohy, rýchlosti a iných stavov kozmickej lode vo vzťahu k cieľovým telám.

Prebieha niekoľko experimentov, aby boli samoriadiace satelity nezávislejšie a všestrannejšie. Napríklad v roku 2022 americké námorné výskumné laboratórium začalo vyvíjať plán, ktorý umožní vyradeným satelitom vrátiť sa späť na Zem a vyčistiť vesmírny neporiadok. Návrh navrhuje, aby nové satelity boli vybavené tenkými „pupočnými šnúrami“ dlhými približne jeden kilometer. Prevedením elektrického prúdu cez kábel by potom satelit mohol využiť svoje elektrické pole a magnetické pole Zeme na to, aby sa nasmeroval späť nadol namiesto toho, aby náhodne havaroval.

Medzitým, v roku 2019, boli satelity Starlink spoločnosti SpaceX prvými modelmi, ktoré boli vypustené a ktoré sa dokážu autonómne vyhnúť kolíziám s inými obiehajúcimi objektmi. Po prijatí upozornenia na jeden zo svojich Starlinkov, SpaceX okamžite odošle informácie satelitu, aby sa mohol vhodne vyhnúť elektrickým prúdom.

Dôsledky autonómnych satelitov

Širšie dôsledky autonómnych satelitov môžu zahŕňať: 

• Prieskumné misie na blízke planéty a Mesiac sú čiastočne alebo úplne autonómne, čím sa znižujú prevádzkové náklady.
• Vesmírne internetové satelity sú schopné vyhnúť sa kolíziám, čo je kľúčové pre čoraz preplnenejšiu nízku obežnú dráhu Zeme (LEO).
• Univerzity a iné verejné výskumné organizácie sú schopné vykonávať svoje vesmírne minisatelitné prieskumy s čoraz nižšími nákladmi.
• Vesmírne agentúry vyvíjajúce autonómnejšie systémy na podporu dlhodobých prieskumov a zakladania kolónií.
• Znižovanie množstva vesmírneho odpadu z kolízií satelitov. Tento trend môže minimalizovať kontamináciu priestoru a odpad.
• Zvýšená efektívnosť satelitného pozorovania Zeme, zlepšenie monitorovania a riadenia environmentálnych a mestských zmien v reálnom čase.
• Vylepšená spoľahlivosť a znížená latencia v globálnych komunikačných sieťach, čo prináša výhody najmä vzdialeným a nedostatočne obsluhovaným regiónom.
• Vlády prijímajúce nové regulačné rámce na riadenie prevádzky autonómnych satelitov, ktoré zabezpečujú bezpečné a udržateľné vesmírne operácie.

Otázky na zváženie

• Aké sú ďalšie potenciálne výhody samoriadiacich satelitov a kozmických lodí?
• Ako podľa vás táto technológia urýchli vesmírne objavy?