NASA вдосконалює космічну навігацію на МКС для майбутніх місій на Місяць і Марс

Дослідження космічного простору завжди було пов'язане з викликами у сфері навігації. Якщо на Землі мандрівники користуються сучасними технологіями для орієнтування, то в космосі навігація залишається складним завданням, особливо коли йдеться про місії на Місяць та Марс. Науковці NASA використовують Міжнародну космічну станцію як майданчик для випробування та вдосконалення навігаційних інструментів і процесів.

Одним із поточних досліджень є проєкт NAVCOM, який використовує обладнання аматорського радіо МКС для тестування програмного забезпечення системи, що може визначити майбутнє місячної навігації. Технологія обробляє сигнали подібно до глобальних навігаційних супутникових систем, таких як GPS, але замість супутникових сузір'їв використовує наземні станції та еталонні годинники для отримання інформації про положення та час.

Цікавим поєднанням традицій та інновацій стало дослідження Sextant Navigation, під час якого випробовували визначення положення зірок з космосу за допомогою ручного секстанта. Ці механічні прилади, які вимірюють кут між двома об'єктами (зазвичай Сонцем або зірками та горизонтом), століттями служили навігаторам на Землі. Місії NASA «Джеміні» та «Аполлон» довели їхню корисність і в космосі, що дозволяє використовувати їх як аварійну систему навігації для місячних місій. Дослідники встановили, що члени екіпажу різного рівня підготовки змогли здійснювати якісні спостереження через вікно станції після мінімального навчання, причому точність вимірювань зростала з практикою.

Особливу увагу привертає прилад NICER, встановлений на МКС для вивчення нейтронних зірок — найщільніших об'єктів у Всесвіті. Деякі з них, відомі як пульсари, випромінюють промені світла, які здаються пульсуючими, коли прокреслюють небо під час обертання зірки. Окремі пульсари мають точність, що не поступається атомним годинникам. У межах дослідження NICER проєкт SEXTANT перевірив технологію використання пульсарів у системах, подібних до GPS, для навігації в межах Сонячної системи. У 2017 році SEXTANT успішно провів першу космічну демонстрацію цієї технології, а в 2018 році дослідники підтвердили можливість автономної навігації в реальному часі за допомогою рентгенівського випромінювання пульсарів.

Значну частину досліджень присвятили роботизованій навігації, оскільки майбутні космічні місії потребують ефективних і безпечних способів керування вантажем, переміщення та збирання конструкцій на поверхні Місяця чи Марса. Роботи є перспективними помічниками для цих завдань, але вони повинні вміти орієнтуватися в навколишньому середовищі як автономно, так і під дистанційним керуванням.

Дослідження SPHERES випробувало автономне зближення та стикування за допомогою трьох сферичних вільнолітаючих роботів на станції. Науковці розробили підхід до керування переміщенням роботів навколо перешкод та вздовж визначеного маршруту, що може знадобитися для обслуговування супутників, збирання апаратів та групового польоту космічних кораблів.

Згодом на станції з'явилися три кубічні роботи Astrobee. Експерименти ReSWARM використовували їх для перевірки координації кількох роботів між собою, з вантажем та навколишнім середовищем. Результати надали базовий набір інструментів планування та керування для роботизованої навігації на близькій відстані та окреслили важливі міркування щодо проєктування майбутніх автономних вільнолітаючих пристроїв.

Дослідники також використали Astrobee для демонстрації того, що моделі прогнозування поведінки роботів можуть уможливити маневрування одного чи двох із них для перенесення вантажу. Це відкриття свідчить про здатність роботів орієнтуватися один відносно одного для виконання завдань без присутності людини, що підвищить їхню корисність у майбутніх місіях.

Європейське космічне агентство провело дослідження Surface Avatar для оцінки дистанційного керування кількома роботами з орбіти. Члени екіпажу успішно керували чотириногим роботом на ім'я Берт у змодельованому марсіанському середовищі. Роботи з ногами замість коліс можуть досліджувати нерівні місячні та планетарні поверхні, недоступні для колісних марсоходів. Розробкою Берта займається Німецький аерокосмічний центр.