NASA Starling卫星群体试验成功展示了编队自主运行和导航方面的突破

Starling 的成功任务展示了卫星群在自主导航和运行方面的潜力，为先进的空间交通协调铺平了道路。资料来源：蓝峡谷技术公司/美国国家航空航天局

有朝一日，卫星群可能会用于深空探索。由航天器组成的自主网络可以自我导航、管理科学实验，并执行机动操作以应对环境变化，而不需要承担卫星群与地球之间严重的通信延迟负担。

位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的美国宇航局小型航天器技术项目经理罗杰-亨特（Roger Hunter）说："'Starling'号首次任务的成功是小型航天器自主网络开发领域的一个里程碑式的成就。"团队非常成功地实现了我们的目标，并在面对挑战时进行了调整"。

在Starling上飞行的分布式航天器自主（DSA）实验展示了航天器群优化整个航天器群数据收集的能力。立方体卫星通过识别有趣的现象并就分析方法在每颗卫星之间达成共识来分析地球的电离层。

通过在星群中分担观测工作，每个航天器都可以"分担负荷"，观测不同的数据，或共同提供更深入的分析，从而减少人类的工作量，并在不需要地面发送新指令的情况下保持航天器的工作状态。

这项实验的成功意味着"Starling"是首个在航天器之间自主分发信息和运行数据以生成更高效工作计划的蜂群，也是首个能够对科学观测变化做出快速反应的完全分布式机载推理系统的演示。

组成斯特林星群的四个 CubeSate 航天器在自主运行方面取得了成功，完成了所有关键任务目标。资料来源：美国国家航空航天局

在蜂群中交流

航天器群之间需要一个网络进行通信。移动特设局域网（MANET）实验自动建立了一个太空网络，使航天器群能够在彼此和地面之间转发指令和传输数据，并合作共享其他实验的信息。

团队成功完成了所有城域网实验目标，包括向其中一个空间与地面通信出现问题的航天器演示了路由命令和数据，这是合作航天器群的一个宝贵优势。

美国国家航空航天局艾姆斯分局 Starling 项目经理 Howard Cannon 说："城域网的成功证明了蜂群的稳健性。例如，当一个蜂群航天器的无线电出现故障时，我们从另一个方向对航天器进行'侧载'，从另一个蜂群成员向航天器发送指令、软件更新和其他重要信息"。

蜂群自主导航

相互之间以及与地球之间的导航和运行是组成航天器群的一个重要部分。Starling编队飞行光学实验（StarFOX）利用恒星跟踪器从恒星背景场中识别出同属星群的成员、其他卫星或空间碎片，然后估算每个航天器的位置和速度。

该实验首次公开展示了这种星群导航，包括同时跟踪多个星群成员的能力，以及航天器之间共享观测数据的能力，从而提高了确定每个星群成员轨道的准确性。

在飞行任务接近尾声时，星群被操纵成一个被动安全的椭圆形，在这种编队中，StarFOX 团队实现了一个开创性的里程碑，展示了仅利用航天器星际跟踪器的卫星间测量数据就能自主估算星群轨道的能力。

管理蜂群演习

在尽量减少人工干预的情况下规划和执行操纵的能力是开发大型卫星群的重要组成部分。自主管理成百上千个航天器的轨迹和机动可以节省时间并降低复杂性。

机载重新配置和轨道维护实验（ROMEO）系统通过估算航天器的轨道和规划到新的理想轨道的机动来测试机载机动规划和执行。

实验小组已成功演示了该系统确定和规划轨道变化的能力，目前正在努力改进该系统，以减少推进剂的使用，并演示如何执行机动动作。实验小组将在"斯特林"号的整个任务延期期间继续调整和开发该系统。

现在，"Starling"的主要任务目标已经完成，该团队将开始一项名为"Starling 1.5"的扩展任务，与SpaceX的"星链"星座合作测试空间通信协调，后者也具有自主操纵能力。该项目将探索由不同用户运营的星座如何通过地面中枢共享信息，以避免潜在的碰撞。

"Starling与SpaceX的合作是运营大型航天器网络的下一步，也是了解两个自主操纵系统如何安全地相互靠近运行的下一步。"亨特说："随着运行航天器数量的逐年增加，我们必须学会如何管理轨道交通。"

编译来源：ScitechDaily