اختبرت وكالة ناسا تقنية جديدة تتيح للأقمار الصناعية تحديد مواقعها في الفضاء دون الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، باستخدام أجسام أخرى موجودة في الفضاء كنقاط مرجعية للملاحة. وبحسب تقرير نشره موقع "SciTechDaily"، حققت مهمة ستارلينج التابعة لناسا إنجازا جديدا في مجال استقلالية المركبات الفضائية، من خلال نظام يمكنه تحديد موقع القمر الصناعي باستخدام أجسام أخرى في الفضاء كنقاط مرجعية، بدلا من الاعتماد على شبكة ملاحة تقليدية.
ويمثل عرض تقنية فالكون، وهي "الملاحة البصرية السريعة المستقلة القائمة على فهرسة المواقع المفقودة في الفضاء"، خطوة أخرى نحو مركبات فضائية قادرة على العمل باستقلالية أكبر. ومع استعداد ناسا لمزيد من المهمات خارج مدار الأرض، يمكن لأنظمة مثل فالكون أن تدعم أسراب الأقمار الصناعية القمرية، والمهام العلمية الموزعة، واستكشاف الإنسان للفضاء في المستقبل.
الملاحة في الفضاء دون GPS
تعتمد معظم الأقمار الصناعية على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للملاحة، لكن هذه الإشارات قد تصبح غير موثوقة أو غير متاحة حول القمر وفي الفضاء السحيق. وفالكون تجربة طيران مشتركة طورتها وكالة ناسا وشركة إيرا درايف، وهي شركة ناشئة انبثقت عن جامعة ستانفورد.
ويجمع النظام بين برنامج الطيران Era-Core من EraDrive، والخوارزميات المدمجة مع كاميرات ستارلينج، وقائمة الأقمار الصناعية المعروفة الموجودة على متن المركبة. وتتيح هذه الأدوات مجتمعة للمركبة الفضائية التنقل بشكل مستقل عن نظام تحديد المواقع العالمي، مع تحسين قدرتها على رصد الأجسام القريبة في الفضاء.
وقال روجر هنتر، مدير برنامج المركبات الفضائية الصغيرة والأنظمة الموزعة التابع لناسا في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في وادي السيليكون بكاليفورنيا: "يمثل مشروع فالكون نجاحا آخر لمهمة ستارلينج التجريبية. ويمكن أن يكون لنتائج فالكون آثار بعيدة المدى على مراقبة حركة المرور الفضائية في المدار، وتجنب الاصطدامات، والملاحة البديلة". وأضاف: "إن عدد الإنجازات الرائدة التي تحققها ستارلينج في ازدياد مستمر".
استخدام الأجسام الفضائية كنقاط مرجعية
اختبرت تجربة فالكون قدرتين متكاملتين من خلال الاستخدام المبتكر لكاميرات تتبع النجوم الموجودة على متن مركبة ستارلينج الفضائية. وتستخدم هذه الأجهزة القياسية في المركبات الفضائية عادة لتحديد الأجسام الساطعة في الفضاء، مما يساعد في تحديد اتجاه المركبة وموقعها.
وخلال تجارب تحديد الموقع والملاحة والتوقيت، قارن نظام فالكون الأجسام التي رصدتها كاميرات ستارلينج، بما في ذلك المركبات الفضائية الأخرى والحطام المداري، مع فهرس للأجسام الفضائية المعروفة تحتفظ به وزارة الحرب الأمريكية وتنشره للعموم. وبمجرد تحديد هذه الأجسام والتحقق منها، استخدمها فالكون كنقاط مرجعية لحساب مدار ستارلينج.
وفي اختبارات منفصلة، حسّن النظام أيضا تقديرات مدارات الأجسام التي رصدتها كاميرات ستارلينج. وحمل فريق المهمة فهرسا كاملا لما يقرب من 20 ألف جسم فضائي ومداراتها المتوقعة على متن المركبة الفضائية. ثم قارن نظام فالكون تنبؤات الفهرس مع الملاحظات التي رصدتها كاميرات مرصد ستارلينج.
وباستخدام كلا المصدرين، قدّر فالكون موقع ستارلينج ومواقع الأجرام الأخرى بدقة أكبر من بيانات الفهرس الموجودة. وعلى مدار 3 أيام، حسّن فالكون المدارات المعروفة لأكثر من 200 جرم سماوي دون أي تدخل من المشغلين الأرضيين.
سابقة في الملاحة البصرية الذاتية
تعد قدرة مركبة فالكون على تحديد مدارها ذاتيا إنجازا غير مسبوق للمركبات الفضائية التي تستخدم الكاميرات البصرية للتنقل وفقا لموقعها بالنسبة إلى الأجسام الأخرى في الفضاء. وفي إنجاز منفصل، أسفرت تجارب تحديث الفهرس على متن المركبة عن تنبؤات أكثر دقة لمواقع الأجسام على متن ستارلينج مقارنة بتلك التي توفرها المحطات الأرضية.
وقد تصبح شبكات الأقمار الصناعية الخالية من نظام تحديد المواقع العالمي ذات أهمية خاصة للبعثات البشرية المستقبلية إلى القمر أو المريخ، حيث قد تكون هناك حاجة إلى مركبات فضائية منسقة لدعم العمليات على السطح.
ويعد تحديد موقع المركبات الفضائية بدقة أمرا بالغ الأهمية للعديد من المهمات العلمية، إذ يحتاج الباحثون إلى محاذاة القياسات التي يتم جمعها من مواقع متعددة في الفضاء بشكل صحيح. وفي مجال إدارة حركة المرور الفضائية، يمكن للملاحة الذاتية وتحديثات الفهرسة على متن المركبة أن تقلل الاعتماد على الشبكات الأرضية، مع تحسين تجنب الاصطدامات.
بناء المزيد من المركبات الفضائية المستقلة
تبرز تجربة فالكون أيضا دور ناسا في دعم تقنية الفضاء التجارية. وبدأ العمل كمشروع شراكات تكنولوجيا الأقمار الصناعية الصغيرة بين الجامعات، ثم تطور لاحقا إلى شركة إيرا درايف، التي تسوق الآن برنامج إيرا كور والأجهزة ذات الصلة لاستخدامها على نطاق أوسع.
ووفرت ستارلينج منصة اختبار واقعية للتقنية، مما يوضح كيف يمكن لبرامج الطيران المتقدمة أن تساعد في تحويل الأقمار الصناعية إلى أجهزة ملاحة ذاتية التشغيل.
وفي وقت لاحق من هذا العام، سيقوم مسبار ستارلينج، الذي أطلق عام 2023، بتوسيع تجربة فالكون باستخدام نظام إيرا-كور. وسيقوم سرب المركبات الفضائية الأربع التابع له بتبادل معلومات التتبع والعمل معا لتحسين مواقعها.
ويقود مركز أبحاث أميس التابع لناسا في وادي السيليكون بكاليفورنيا مهمة ستارلينج. ويتولى برنامج المركبات الفضائية الصغيرة والأنظمة الموزعة التابع لناسا، ومقره في أميس وضمن مديرية مهمات البحث والتكنولوجيا، تمويل وإدارة مهمة ستارلينج.
