Sistem autonom de întâlnire orbitală, testat cu succes în laborator în condiții de defecțiuni simulate
Un nou cadru de ghidare și planificare a traiectoriilor pentru apropieri de precizie între nave spațiale a demonstrat, în teste de laborator, că poate face față unor defecțiuni simulate ale servicerului, scrie publicația Acta Astronautica. Sistemul, numit CORTEX (Convex Optimization for Rendezvous Trajectory Execution), a fost dezvoltat de Minduli Wijayatunga, nou membru al facultății de inginerie aerospațială din cadrul University of Illinois Urbana-Champaign.
Problema pe care o abordează cercetarea este tot mai presantă pe orbita joasă a Pământului. Conform Agenției Spațiale Europene, pe orbită se află aproximativ 19.440 de sateliți, dintre care 3.540 nu mai funcționează și/sau nu emit semnal care să le semnaleze poziția altor nave. La aceștia se adaugă peste 8.000 de tone metrice de resturi spațiale, niciunul dintre aceste obiecte nefiind cooperativ, în sensul că nu poate manevra sau transmite un semnal.
Studiul recent vizează o navă care are nevoie de reparații, dar care și-a pierdut capacitatea de comunicare. Servicerul trebuie să se apropie fără niciun ajutor din partea țintei, iar reparațiile trebuie efectuate autonom, din cauza întârzierii comunicațiilor cu Pământul și a ferestrelor limitate în care comunicația este posibilă.
Potrivit cercetătoarei, navele trebuie să poată urmări traiectoriile obiectelor necooperative în mod autonom și să ia decizii de tip go/no-go fără să aștepte decizia de la sol. Întrebarea centrală a fost cum se iau aceste decizii atunci când un propulsor cedează sau când perturbații orbitale de ordin superior împing nava de pe traiectoria nominală.
Planificare în jurul ferestrelor de lumină solară
CORTEX ține cont de eclipse și planifică apropierea astfel încât să existe o fereastră optimă de lumină solară pentru observarea țintei, efectuarea operațiunilor de proximitate și retragere. Autoarea explică faptul că, în proiectul său doctoral privind proiectarea și ghidarea traiectoriilor în fazele de transfer, eclipsele contau și ele, dar nu compromiteau siguranța în aceeași măsură, astfel încât nu impuneau replanificare sau menținerea poziției. Ideea a fost extinsă în CORTEX, unde ferestrele de lumină solară și arhitectura de replanificare versus abandon sunt elemente noi.
Pentru testele de laborator, servicerul a fost împins manual pentru a simula o perturbație care îl scoate de pe cursă, propulsoarele au fost oprite în intervale în care ar fi trebuit să funcționeze, iar erorile de stare și de împingere au fost crescute artificial pentru a simula situații neprevăzute, precum furtunile solare. În aceste condiții, CORTEX decide dacă replanifică o traiectorie nouă și se apropie din nou de țintă sau dacă abandonează apropierea, se retrage pe o orbită pasiv sigură și reîncearcă.
Sistemul include proiectarea și ghidarea traiectoriei, astfel încât, dacă nava deviază semnificativ de la traiectoria nominală, replanifică și se apropie din nou, cu excepția cazului în care încalcă grav zona de excludere, situație în care revine pe o orbită pasiv sigură. Autoarea descrie algoritmul ca un mijloc de recuperare din situații neprevăzute și subliniază că acesta s-a dovedit foarte robust în scenariile în care propulsoarele nu au putut fi folosite.
În unele teste pe platformă hardware, atunci când servicerul a încălcat culoarul de apropiere, acesta a părăsit zona de excludere și s-a retras într-o poziție sigură, iar în altele a reușit să se recupereze și să își continue misiunea. Ratarea țintei și regruparea pentru o nouă apropiere reprezintă, de asemenea, o decizie autonomă.
Extinderea autonomiei către fazele anterioare ale apropierii
Cercetătoarea spune că are mai multe proiecte derivate din această lucrare. Unul dintre proiectele finale din cursul său folosește învățarea prin întărire pentru replanificarea fazei care precede imediat apropierea strânsă. Apropierea îndepărtată are loc atunci când ținta este vizibilă la o distanță între 30 de kilometri și 3 kilometri.
Deși deservirea autonomă a unei ținte necooperative nu a fost încă încercată, abordarea nu este doar teoretică: apropierea strânsă de un obiect necooperativ a fost deja validată experimental în spațiu de misiunea ADRAS-J. Studiul este publicat în jurnalul Acta Astronautica.
