Космические миссии уже давно получают выгоду от некоторых автономных операций, выполняемых на борту космических кораблей, но в связи с резким увеличением числа запускаемых спутников в ближайшие несколько лет исследователи используют автоматизацию и искусственный интеллект, чтобы сделать их более умными и эффективными.

Технологические фирмы и исследователи видят возможности для предоставления спутникам большего контроля на борту, чтобы обойти трудности в общении с Землей и уменьшить необходимость постоянного непосредственного наблюдения и вмешательства издалека. Это сократит эксплуатационные расходы и потенциально позволит им выполнять более сложные задачи независимо от их наземных наблюдателей.

Меньшие автономные космические аппараты могли бы сократить разрывы в охвате между более крупными и более дорогими телекоммуникационными спутниками или использоваться в формациях для мониторинга космической погоды или одновременного наблюдения Земли с разных точек зрения — например, трехмерного анализа облаков в реальном времени или мониторинга вулканического происхождения. шлейфы.

При этом они смогут исправлять и поддерживать свою траекторию, избегать столкновений и контролировать свои бортовые системы самостоятельно — и все это при существенно более низких эксплуатационных расходах.

Профессор Клаус Шиллинг, кафедра робототехники и телематики в Вюрцбургском университете в Германии, работает над технологией, позволяющей группам небольших автономных спутников летать в формации, напрямую связываясь друг с другом для организации и координации задач. Успех ознаменовал бы мир первым.

Сеть

Что касается стоимости многотонного спутника , он видит возможность использовать группы маленьких спутников — даже сотни из них — для создания сенсорной сети. Флоту потребуется более продвинутая координация и контроль, но он сможет обеспечить лучшее временное и пространственное разрешение, чем один гигантский корабль.

По словам профессора Шиллинга, миниатюризация может создавать трудности для спутников, такие как восприимчивость к помехам в электронных схемах, сложное программное обеспечение может обнаруживать и исправлять эти проблемы, а сотрудничество между небольшими космическими аппаратами также может расширить их возможности.

«Это даже в случае с одним спутником, но это становится критически важным на многоспутниковом уровне в контексте формирования», — сказал профессор Шиллинг, который также возглавляет немецкую исследовательскую фирму Центр телематики.

Его проект NetSat направлен на запуск четырех малых спутников в конце этого года, на орбиту Земли и тестирование формаций с различной степенью автономии под легким сенсорным наблюдением со стороны наземного управления. .

Спутники будут весить около 3 килограммов каждый — лишь небольшая часть от размера самых больших спутников — и будут размещены на низкой околоземной орбите, примерно в 600 километрах над поверхностью.

На сегодняшний день профессор Шиллинг и его команда использовали спутники, уже находящиеся на орбите, для разработки и демонстрации систем связи, позиционирования и ориентации, и в настоящее время они проводят испытания электрической двигательной установки для NetSat.

Эта технология также включает в себя два десятилетия изучения опыта управления формированиями мобильных роботов, распространяя в трех измерениях ройоподобное поведение, используемое для координации наземных роверов.

Координация всех спутников

Космический корабль NetSat сможет координировать действия друг с другом на расстояниях от 100 километров до 10 метров, а также изменять их формирование в зависимости от задач, которые им необходимо выполнить.

«Для нас это будет все равно, что иметь в космосе лабораторию, где мы можем провести множество эксплуатационных испытаний, множество контрольных испытаний и множество испытаний датчиков, которые помогут нам в будущих миссиях», — сказал профессор Шиллинг.

NetSat работает, распределяя вычислительную мощность между спутниками в пласте, но другой подход к исследованию заключается в использовании искусственного интеллекта (ИИ) для увеличения автономности спутника.

ИИ может информировать спутник о своем окружении и самостоятельно решать, когда и как выполнять оперативные задачи, такие как сбор изображений, их анализ и обработка, а затем выбор только необходимых данных для загрузки на земную станцию.

Цель может заключаться в том, чтобы определить конкретные цели, которые можно отслеживать или отслеживать, например, здание или корабль или транспортное средство на поверхности Земли, или отфильтровывать облака для улучшения качества изображения.

Такой спутник может также распознавать новые события, требующие мониторинга или аномалии, требующие действий, говорит доктор Лоренцо Ферульо, основатель и исполнительный директор итальянского стартапа AIKO в области космических технологий, базирующегося в Турине.

«В некотором смысле вам необходимо определить условия и происходящее, а затем вы реагируете на эти условия автономно, используя ИИ, а не традиционные алгоритмы», — сказал доктор Ферульо.

Он возглавляет проект под названием MiRAGE , в котором используются инструменты искусственного интеллекта, такие как глубокое обучение, для автоматизации работы спутников.

Более низкая стоимость

Такие интеллектуальные бортовые системы на базе искусственного интеллекта гарантируют, что космический аппарат сможет выполнять свои задачи без задержек, связанных с ожиданием новых инструкций или решений от наземного управления, которые затем могут сосредоточиться на критических проблемах, а не на рутинных задачах, с резко сниженным уровнем персонала и гораздо дешевле.

Программное обеспечение MiRAGE, некоторые из которых имеют корни в функциональности, требуемой дронами или автономными автомобилями, будет запущено в качестве бортового эксперимента на небольшом спутнике в последнем квартале этого года с целью развертывания на более крупном космический корабль в будущем. Одна из целей состоит в том, чтобы продемонстрировать способность ИИ адаптироваться к различным задачам и задачам миссии, включая возможность исследования дальнего космоса.

«В целом, ИИ и глубокое обучение доказывают свою ценность во многих различных отраслях, и преимущества (для космических миссий ) еще далеко не полностью изучены», — добавил д-р Ферульо.