Des logiciels conçus pour donner plus d’autonomie à vaisseau spatial pourraient soutenir un avenir où les essaims de satellites naviguent et completent les objectifs scientifiques avec une intervention humaine limitée.
Les astronautes vivant et travaillant sur la lune et Mars s’appuieront sur des satellites pour fournir des services tels que la navigation, la météo et les relais de communication. Lors de la gestion des missions complexes, l’automatisation des communications par satellite permettra aux explorateurs de se concentrer sur des tâches critiques au lieu d’exploiter manuellement des satellites.
Les missions spatiales de longue durée nécessiteront une équipe entre les systèmes sur Terre et d’autres planètes. Les satellites en orbite autour de la lune, de Mars ou d’autres zones éloignées sont confrontées à des retards de communication avec des opérateurs au sol qui pourraient limiter l’efficacité de leurs missions.
La solution se situe dans le projet de l’autonomie des vaisseaux spatiaux distribués (DSA), dirigée par Centre de recherche Ames de la NASA Dans la Silicon Valley en Californie, qui teste la façon dont l’autonomie partagée à travers les missions de vaisseau spatial distribuées rend les essaims de vaisseau spatial plus capables de rechercher et d’entretien autosuffisant en prenant des décisions et en s’adaptant aux changements avec moins d’intervention humaine.
L’ajout d’autonomie aux satellites les rend capables de fournir des services sans attendre les commandes des opérateurs au sol. La distribution de l’autonomie sur plusieurs satellites, opérant comme un essaim, donne au vaisseau spatial un «cerveau partagé» pour atteindre des objectifs qu’ils ne pouvaient pas atteindre seuls.
Le logiciel DSA, construit par des chercheurs de la NASA, fournit à l’essaim une liste de tâches et partage la perspective distincte de chaque vaisseau spatial – ce qu’elle peut observer, quelles sont ses priorités – et intègre ces perspectives dans le meilleur plan d’action pour l’ensemble de l’essaim. Ce plan est soutenu par des arbres de décision et des modèles mathématiques qui aident l’essaim à décider de l’action à prendre une fois la commande terminée, comment répondre à un changement ou résoudre un problème.
La première démonstration en espace de DSA a commencé à bord du Étourneau Spacecraft Swarm, un groupe de quatre petits satellites, démontrant diverses technologies d’essaims. Opérant depuis juillet 2023, la mission Starling continue de fournir une plate-forme de test et de validation pour les opérations d’essaim autonomes. L’essaim a d’abord utilisé le DSA pour optimiser les observations scientifiques, décidant quoi observer sans instructions préprogrammées. Ces observations autonomes ont conduit à des mesures qui auraient pu être manquées si un opérateur devait instruire individuellement chaque satellite.
L’essaim d’étournage a mesuré la teneur en électrons du plasma entre chaque vaisseau spatial et les satellites GPS pour capturer des phénomènes changeants dans l’ionosphère terrestre – où l’atmosphère de la Terre rencontre l’espace. Le logiciel DSA a permis à l’essaim de décider indépendamment quoi étudier et comment répartir la charge de travail à travers les quatre vaisseaux spatiaux.
Parce que chaque vaisseau spatial Starling fonctionne en tant que membre indépendant au sein de l’essaim, si un membre de Swarm n’était pas en mesure d’accomplir son travail, les trois autres membres de Swarm pouvaient réagir et atteindre les objectifs de la mission.
La démonstration Starling 1.0 a obtenu plusieurs premières, notamment le premier fonctionnement autonome entièrement distribué de plusieurs vaisseaux spatiaux, la première utilisation de communications de l’espace pour partager de manière autonome les informations de statut entre plusieurs vaisseaux spatiaux, la première utilisation d’une planification réactive entièrement distribuée à bord d’un spatial multiple, et la première utilisation d’un système automatisé Général à bord d’un espace multiple multiple, et la première utilisation de la planification automatisée à bord d’un spatial multiple, et la première utilisation du système automatisé à bord d’un spatial multiple, et la première utilisation de la planification automatisée à bord de l’agrése vaisseau spatial. Ces réalisations ont jeté les bases de Starling 1.5+, une continuation continue de la mission de Satellite Swarm en utilisant DSA.
Après la démonstration réussie de la DSA sur Starling 1.0, l’équipe a commencé à explorer des opportunités supplémentaires pour utiliser le logiciel pour soutenir la santé et l’efficacité de l’essaim satellite. Les tests continus de DSA sur la mission étendue de Starling comprenaient le plexil (Plan Execution Interchange Language), un langage de programmation développé de la NASA conçu pour une automatisation fiable et flexible des opérations de vaisseau spatial complexes.
Starling à bord, l’application Plexil a démontré une maintenance autonome, permettant à l’essaim de gérer les opérations de vaisseau spatial normales, de corriger les problèmes ou de distribuer des mises à jour logicielles à travers le vaisseau spatial individuel.
Une autonomie améliorée rend le fonctionnement de la tension dans l’espace profond possible – au lieu de nécessiter des engins spatiaux pour communiquer entre leur emplacement lointain et la terre, ce qui peut prendre des minutes ou des heures en fonction de la distance, le logiciel DSA compatible en plexil donne à l’essaim la possibilité de prendre des décisions en collaboration pour optimiser leur mission et réduire les charges de travail.
Pour comprendre l’évolutivité de la DSA, l’équipe a utilisé des ordinateurs de vol au sol pour simuler un essaim lunaire de petit vaisseau spatial virtuel. Les ordinateurs ont simulé un essaim qui fournit des services de position, de navigation et de synchronisation sur la lune, similaires aux services GPS sur Terre, qui reposent sur un réseau de satellites pour identifier les emplacements.
L’équipe DSA a effectué près d’une centaine de tests sur deux ans, démontrant des essaims de tailles différentes à des orbites lunaires hautes et basses. Les leçons tirées de ces premiers tests ont jeté les bases d’études d’évolutivité supplémentaires. La deuxième série de tests, définie pour commencer en 2026, démontrera des essaims encore plus grands, en utilisant des ordinateurs de vol qui pourraient ensuite entrer en orbite avec le logiciel DSA à bord.
Les tests orbitaux et simulés de DSA sont un lancement pour une utilisation accrue de l’autonomie distribuée à travers les essaims spatiaux. Le développement et la prouvance de ces technologies augmentent l’efficacité, diminuent les coûts et améliore les capacités de la NASA ouvrant la porte à des essais de vaisseaux spatiaux autonomes soutenant les missions à la lune, à Mars et au-delà.
Jalons:
- Octobre 2018: le développement du projet DSA commence.
- Avril 2020: Position lunaire, navigation et synchronisation du synchronisation (LPNT) Le développement de la démonstration de simulation commence.
- Juillet 2023: DSA lance à bord de l’essaim des vaisseaux spatiaux Starling.
- Mars 2024: les expériences de la DSA à bord de Starling atteignent les critères nécessaires de réussite.
- Juillet 2024: le développement du logiciel DSA commence pour l’extension de mission Starling 1.5+.
- Septembre 2024: la démonstration de simulation LPNT se termine avec succès.
- Octobre 2024: la mission prolongée de la DSA dans le cadre de Starling 1.5+ commence.
Partenaires:
La NASA AMES mène l’autonomie distribuée des vaisseaux spatiaux et les projets de Starling. Le programme de développement de l’évolution de la NASA au sein de la Direction de la mission de la technologie spatiale de l’agence a financé l’expérience de la DSA. Programme de technologie des petits vaisseaux spatiaux de la NASA dans le cadre du Direction de la mission de la technologie spatiale Fonds et gère la mission Starling et le projet DSA.
Apprendre encore plus:
Pour les chercheurs:
Pour les médias:
Les membres des médias d’information intéressés à couvrir ce sujet devraient contacter le NASA Ames Newsroom.
