Отслеживать космические корабли, пересекающие глубокий космос, непросто. До сих пор это делалось вручную с помощью операторов сети дальнего космоса НАСА, одной из наиболее эффективных систем связи для связи с зондами во время межпланетных путешествий, проверяя данные с каждого космического корабля, чтобы определить, где он находится в Солнечной системе. Поскольку все больше и больше космических кораблей начнут совершать мучительные путешествия между планетами, эта система не будет масштабируемой. Поэтому инженеры и специалисты по орбитальной механике спешат решить эту проблему — и теперь команда из Миланского политехнического университета разработала эффективную методику, знакомую каждому, кто видел беспилотный автомобиль. Визуальные системы лежат в основе большинства автономных транспортных средств здесь, на Земле, а также в основе системы, описанной Элеонорой Андреис и ее коллегами. Вместо того, чтобы фотографировать окружающий ландшафт, эти визуальные системы, по сути, высокочувствительные камеры, фотографируют источники света, окружающие зонд, и фокусируются на определенном виде.
Эти источники света, как известно, блуждают и также известны как планеты. Сочетая их расположение в визуальном кадре с точным временем, рассчитанным на зонде, можно точно определить, где находится зонд в Солнечной системе. Что немаловажно, такой расчет можно провести с относительно минимальными вычислительными мощностями, что дает возможность автоматизировать весь процесс на борту даже Cubesat. Это контрастирует с более сложными алгоритмами, например теми, которые используют пульсары или радиосигналы наземных станций в качестве основы для навигации. Им требуется гораздо больше изображений (или радиосигналов) для расчета точного положения, что требует большей вычислительной мощности, которую разумно можно было бы разместить на Cubesat на его нынешнем уровне развития.
Однако использование планет для навигации не так просто, как кажется, и недавняя статья, опубликованная на сервере препринтов arXiv, описывающая эту технику, указывает на различные задачи, которые должен решать любой такой алгоритм. Получение изображения — это только начало. Следующим шагом будет выяснение того, какие планеты изображены на изображении и, следовательно, какая из них будет наиболее полезной для навигации. Использование этой информации для расчета траекторий и скоростей является следующей задачей и требует превосходного алгоритма орбитальной механики. После расчета текущего положения, траектории и скорости зонд должен внести коррективы в курс, чтобы убедиться, что он остается на правильном пути. На спутниках Cubesat это может быть так же просто, как запуск нескольких двигателей. Тем не менее, любая значительная разница между ожидаемой и фактической мощностью тяги может привести к значительным расхождениям в конечном местоположении зонда.
Чтобы рассчитать эти несоответствия и любые другие проблемы, которые могут возникнуть в рамках этой автономной системы управления, команда в Милане реализовала модель того, как алгоритм будет работать во время полета с Земли на Марс. Используя только визуальную автономную навигационную систему, их модель зонда рассчитала свое местоположение с точностью до 2000 км и скорость с точностью до 0,5 км/с в конце пути. Неплохо для общего пробега около 225 миллионов километров. Однако реализовать решение в кремнии — это одно, а реализовать его на реальном зонде дальнего космоса Cubesate — совсем другое. Исследование, в результате которого был создан алгоритм, является частью текущей программы финансирования Европейского исследовательского совета, поэтому есть шанс, что команда сможет получить дополнительное финансирование для реализации своего алгоритма на аппаратном уровне. Однако на данный момент неясно, каковы будут следующие шаги алгоритма. Возможно, какой-нибудь предприимчивый дизайнер Cubesat где-нибудь сможет взять его и запустить — или, еще лучше, позволить ему работать самому.
