Ruimtemissies hebben lang geprofiteerd van enkele autonome operaties aan boord van ruimtevaartuigen, maar met een verwachte sterke toename van het aantal satellieten dat de komende jaren wordt gelanceerd, onderzoekers gebruiken automatisering en kunstmatige intelligentie om ze slimmer en effectiever te maken.

Technologiebedrijven en onderzoekers zien ruimte om satellieten meer controle aan boord te geven, om moeilijkheden in de communicatie met de aarde te omzeilen en de behoefte aan continu hands-on toezicht en interventie vanop afstand te verminderen. Dat zal de bedrijfskosten verlagen en hen mogelijk in staat stellen om meer geavanceerde taken uit te voeren, onafhankelijk van hun aardgebonden supervisors.

Kleiner, autonome ruimtevaartuigen zouden de gaten in dekking tussen veel grotere, duurdere telecommunicatiesatellieten, of worden gebruikt in formaties om ruimteweer te volgen of de aarde vanuit verschillende perspectieven tegelijk te observeren - zoals driedimensionale realtime-analyse van wolken of het bewaken van vulkanische pluimen.

Daarbij, ze zouden in staat zijn om hun traject te corrigeren en te behouden, botsingen vermijden en zelf toezicht houden op hun boordsystemen – en dat alles tegen aanzienlijk lagere bedrijfskosten.

Professor Klaus Schilling, voorzitter van robotica en telematica aan de universiteit van Würzburg in Duitsland, heeft gewerkt aan de technologie voor groepen kleine, autonome satellieten om in formatie te vliegen, rechtstreeks met elkaar communiceren om taken te organiseren en te coördineren. Succes zou een wereldprimeur zijn.

Netwerk

Voor de prijs van een multitonsatelliet, hij ziet de mogelijkheid om groepen kleine satellieten – zelfs honderden – te gebruiken om een ​​sensornetwerk op te zetten. De vloot zou meer geavanceerde coördinatie en controle nodig hebben, maar zou een betere temporele en ruimtelijke resolutie kunnen bieden dan één gigantisch vaartuig.

Hoewel miniaturisatie problemen kan opleveren voor satellieten, zoals gevoeligheid voor ruis in elektronische schakelingen, geavanceerde software kan deze problemen detecteren en corrigeren en samenwerking tussen kleine ruimtevaartuigen kan ook hun mogelijkheden vergroten, Prof. Schilling zegt.

"Dit is zelfs het geval met een enkele satelliet, maar het wordt van cruciaal belang op het niveau van meerdere satellieten, in het kader van de vorming, " zei prof. Schilling, die ook aan het hoofd staat van het Duitse onderzoeksbureau het Center for Telematics.

Zijn NetSat-project wil eind dit jaar vier kleine satellieten lanceren, om de aarde draaien en formaties testen met verschillende mate van autonomie, met light-touch supervisie van grondcontrole.

De satellieten zullen elk ongeveer 3 kilogram wegen - slechts een fractie van de grootte van de grootste satellieten - en zullen in een lage baan om de aarde worden geplaatst, ongeveer 600 kilometer boven het oppervlak.

Daten, Prof. Schilling en zijn team hebben satellieten gebruikt die al in een baan om de aarde zijn om systemen voor communicatie te ontwikkelen en te demonstreren, positionering en oriëntatie, en ze testen momenteel een elektrisch aandrijfsysteem voor NetSat.

De technologie omvat ook twee decennia leren van onderzoek naar het besturen van formaties van mobiele robots, Het zwermachtige gedrag dat wordt gebruikt om terrestrische rovers te coördineren, strekt zich uit tot drie dimensies.

Coördineren

Het NetSat-ruimtevaartuig zal met elkaar kunnen coördineren over afstanden van ongeveer 100 kilometer tot 10 meter, evenals hun formatie veranderen afhankelijk van de taken die ze moeten uitvoeren.

"Voor ons zal het zijn alsof we een laboratorium in de ruimte hebben, waar we veel operatietests kunnen doen, veel controletesten en veel sensortesten, die ons zal helpen voor toekomstige missies, " zei prof. Schilling.

NetSat werkt door rekenkracht te verdelen tussen satellieten in een formatie, maar een andere benadering die wordt onderzocht, is het gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) om de autonomie van satellieten te vergroten.

AI kan een satelliet bewust maken van zijn omgeving en autonoom beslissen wanneer en hoe operationele taken uit te voeren, zoals het verzamelen van afbeeldingen, analyseren en verwerken, en vervolgens alleen de essentiële gegevens te selecteren om naar het grondstation te downloaden.

Het doel kan zijn om specifieke doelen te identificeren die kunnen worden gecontroleerd of gevolgd, misschien een gebouw of een schip of een voertuig op het aardoppervlak, of het filteren van wolken om de beeldkwaliteit te verbeteren.

Zo'n satelliet kan ook nieuwe gebeurtenissen herkennen die moeten worden gecontroleerd of afwijkingen die actie vereisen, zegt dr. Lorenzo Feruglio, oprichter en chief executive van de Italiaanse start-up voor ruimtetechnologie AIKO, gevestigd in Turijn.

"In zekere zin moet je de omstandigheden en wat er gebeurt detecteren en vervolgens autonoom op die omstandigheden reageren, AI gebruiken in plaats van traditionele algoritmen, ' zei Dr. Feruglio.

Hij leidt een project genaamd MiRAGE, die AI-tools zoals deep learning gebruikt om satellietoperaties te automatiseren.

Lagere kost

Zo slim, Op AI gebaseerde boordsystemen zorgen ervoor dat het ruimtevaartuig zijn taken kan voltooien zonder de vertragingen die gepaard gaan met het wachten op nieuwe instructies of beslissingen van de grondcontrole, die zich dan kunnen concentreren op kritieke problemen in plaats van routinetaken – met sterk verminderde personeelsbezetting en tegen veel lagere kosten.

De MiRAGE-software, waarvan sommige hun oorsprong hebben in de functionaliteit die wordt gevraagd door drones of autonome auto's, zal in het laatste kwartaal van dit jaar worden gelanceerd als een experiment aan boord op een kleine satelliet, met het oog op de uitrol op grotere ruimtevaartuigen in de toekomst. Een van de doelen is om het aanpassingsvermogen van AI aan verschillende taken en missiedoelen te demonstreren - inclusief de mogelijkheid van verkenning van de diepe ruimte.

"In het algemeen, AI en deep learning bewijzen hun waarde in veel verschillende industrieën en de voordelen (voor ruimtemissies) zijn nog lang niet volledig onderzocht, "Dr. Feruglio voegde eraan toe.