Zwermen kleine ruimtevaartuigen kunnen verschillende interessante toepassingen hebben, vooral op het gebied van aardobservatie, wereldwijde positionering en communicatie. Vergeleken met grote ruimtevaartuigen, kleine ruimtevaartuigen zorgen voor grotere openingen, waardoor een betere observatie van zowel grond- als ruimtedoelen mogelijk is.

Ondanks hun opmerkelijke voordelen, het effectief bedienen van een groot aantal ruimtevaartuigen tegelijk is tot nu toe zeer uitdagend gebleken. Bestaande methoden zijn doorgaans afhankelijk van het werk van talrijke grondoperators, wat duur kan zijn, waardoor de technologie niet kan opschalen.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona heeft onlangs een nieuwe methode ontwikkeld om zwermen ruimtevaartuigen te coördineren en te controleren. die op grote schaal gemakkelijker te implementeren zijn. Hun aanpak, geschetst in een paper dat vooraf is gepubliceerd op arXiv, gebruikt laserstralen om een ​​grote zwerm ruimtevaartuigen te organiseren en te beheren.

"We onderzoeken al meer dan 10 jaar manieren om zwermen en een groot aantal robots/UAV's/ruimtevaartuigen te besturen met zeer weinig mensen in de lus. " vertelden de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden TechXplore , via e-mail. "Sommige van onze technieken zijn volledig autonoom zonder mensen in de lus, in andere scenario's bestaan ​​mensen en robots naast elkaar."

In hun eerdere werk de onderzoekers probeerden intuïtieve benaderingen te ontwikkelen om 10 tot duizenden robots efficiënt te besturen. Ze wilden dat deze methoden intuïtief waren, omdat dit de training van operators zou vereenvoudigen, uiteindelijk het verminderen van hun stressniveaus, vooral tijdens de crunch-tijd.

"Ons idee is geïnspireerd door de rol van een dirigent in het orkest, " legden de onderzoekers uit. "Deze ene persoon heeft de taak om de inspanningen van veel muzikanten te coördineren. We denken dat de analogie voor het besturen van veel muzikanten tegelijk goed past bij het besturen van veel ruimtevaartuigen/UAV's/UGV's enz. We hebben daarom gezocht naar fysieke manieren waarop men net als een dirigent in een orkest kan werken om ruimtevaartuigen te besturen. Het hebben van een toverstok was niet mogelijk, maar het gebruik van laserstralen was zeker geloofwaardig."

De door de onderzoekers ontwikkelde technologie kan laserstralen op een ruimtevaartuig detecteren, zonnepanelen gebruiken als meetapparatuur. Een zonnepaneel dat elektriciteit opwekt onder de zon kan ook zelfstandig laserlicht waarnemen. Zonnepanelen nemen toevallig het grootste oppervlak in beslag op ruimtesatellieten, daarom zouden ze de ideale detectieapparaten voor ruimtevaartuigen kunnen zijn.

De onderzoekers zagen dat zonnepanelen in vierkantjes kunnen worden verdeeld, lijken op pixels op een monitor, die kan worden gebruikt om laserlicht te detecteren. Het laserlicht dat op verschillende plaatsen op het zonnepaneel valt, kan leiden tot verschillende commando's, waarbij het paneel bijna als een touchscreen op een smartphone wordt. Als back-up, de onderzoekers hebben ook strategisch digitale camera's op het ruimtevaartuig geplaatst, om de laserbeweging in de ruimte te detecteren.

Hun aanpak maakt gebruik van laserstralen die vanaf de grond of vanuit een commando- en controleruimtevaartuig worden gericht om een ​​grote zwerm te organiseren en te beheren. Elke satelliet in de zwerm zou een 'slimme huid' hebben, waaronder zonnepanelen, stroom- en regelcircuits, en een ingebouwde secundaire voortstuwingseenheid. De laserstralen zouden interageren met de zonnepanelen op individuele leden van de zwerm, waardoor een operator een 'leider' uit de groep ruimtevaartuigen kan selecteren en parameters kan instellen voor formatievluchten.

"In zekere zin onze technologie ziet eruit als een scène uit het boek/de film Ender's spel , waar je een paar operators hebt die honderden tot duizenden ruimtevaartuigen en robots besturen, " zeiden de onderzoekers. "Met deze technologie op zijn plaats, het is mogelijk om rond het laserlicht op een zonnepaneel te bewegen en het paneel om dat bewegende signaal waar te nemen."

De door de onderzoekers bedachte interface is volledig gebaseerd op gebaren en handbewegingen, daarom zijn er geen joysticks of uitgebreide codering nodig. Met behulp van hun technologie, een operator zou een bericht aan het ruimtevaartuig kunnen doorgeven door simpelweg een bepaald teken of gebaar op het zonnepaneel te 'tekenen'.

"Onze benadering kan intuïtief worden gemaakt, " legden de onderzoekers uit. "Bijvoorbeeld, als je een ruimtevaartuig zou selecteren met dit laserlicht, je tekent eenvoudig een snelle cirkel op de zonnepanelen met behulp van de laser. Je kunt dus een alfabet van gebaren en commando's hebben om allerlei basiscommando's en controle over een zwerm uit te voeren. U kunt beslissen over een leider-ruimtevaartuig en over ruimtevaartuigen die deel uitmaken van de groep, verdelen in een of meer groepen. Je kunt een traject/pad tekenen en de hele groep ruimtevaartuigen dat pad laten volgen, enzovoort."

De meeste bestaande methoden voor het besturen van zwermen ruimtevaartuigen omvatten het gebruik van twee terminals, één voor operators en één voor het ruimtevaartuig, die ook met een joystick kan worden bediend. Commando's worden meestal gegeven met behulp van regels of sets instructies en dit maakt het voor operators gemakkelijker om fouten te maken.

Het sturen van de verkeerde instructies naar ruimtevaartuigen kan catastrofale gevolgen hebben. mogelijk een missie beëindigen en miljoenen of miljarden verliezen veroorzaken. De op gebaren gebaseerde benadering die door de onderzoekers is bedacht, zou de controle over zwermen ruimtevaartuigen kunnen vereenvoudigen, het voorkomen van fouten en commando-gerelateerde verwarring.

"Het besturen van vloten/zwermen ruimtevaartuigen is een uitdaging, aangezien u in 3 dimensies werkt, in microzwaartekracht, " zeiden de onderzoekers. "Er is geen boven, omlaag, enz. in de ruimte. Onze benadering voor het besturen van veel ruimtevaartuigen overstijgt dergelijke problemen, menselijke operators ervan te weerhouden zich dingen voor te stellen en ze in plaats daarvan dergelijke acties te laten uitvoeren. Het is zo intuïtief dat de grootste zorg was dat hackers en snode individuen dezelfde gebaren zouden kunnen leren en de controle over een vloot van ruimtevaartuigen zouden kunnen overnemen. Niettemin, in onze aanpak is veiligheid geen bijzaak, het ligt aan de basis van het systeem."

Bij het ontwikkelen van hun systeem, de onderzoekers gaven prioriteit aan de beveiliging ervan. Bijvoorbeeld, de lasersignalen zelf kunnen worden gecodeerd en geven constant een gemoduleerde wachtwoordreeks door. Dit betekent dat, hoewel een andere operator de gebaren bij de bewerking kan zien, ze zouden toegangscodes nodig hebben om andere ruimtevaartuigen te besturen.

Operators die een andere zwerm ruimtevaartuigen in de buurt hanteren, moeten mogelijk indicaties van commandogebaren zien, omdat dit zou helpen om zwerm-tot-zwerm-interacties te coördineren. De door de onderzoekers bedachte aanpak stelt operators in de buurt in staat om deze gebaren te bekijken, maar voorkomt dat ze het systeem hacken en andere zwermen controleren. Voor missies die meer veiligheid vereisen, de signalen kunnen ook verder worden gecodeerd, volledig voorkomen dat anderen de commando's uitzoeken.

"Globaal genomen, de aanpak zorgt voor een glijdende schaal van transparantie bij het besturen van vloten of zwermen ruimtevaartuigen, " zeiden de onderzoekers. "In sommige gevallen, het is belangrijk dat anderen in de buurt kunnen zien wat er gebeurt en zich bewust zijn van de gebarencommando's die worden uitgevoerd omwille van de veiligheid, terwijl het in andere gevallen volledig veilig en verborgen moet zijn."

De door de onderzoekers bedachte aanpak zou ook kunnen worden toegepast op andere robotzwermen, zoals groepen onbemande luchtvaartuigen (UAV's), onbemande grondvoertuigen (UGV's) en onderwatervoertuigen. Momenteel, het team werkt aan interactieve laboratoriumdemonstraties van de technologie met behulp van grondrobots.

"We hopen de technologie in actie te laten zien en dat mensen een betere waardering krijgen voor wat is getheoretiseerd, " zeiden de onderzoekers. "Met deze demonstraties van grondrobots, we zijn voortdurend op zoek naar sponsors en potentiële klanten."

In de toekomst, de onderzoekers hopen hun aanpak verder te ontwikkelen, zodat deze in specifieke situaties kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor militaire, ruimteverkeersbeheer en veiligheids- en reddingstoepassingen. Ze hebben onlangs ook een vervolgdocument gepubliceerd, waarin ze hun plannen uiteenzetten om de technologie in de ruimte te demonstreren.

"Onze grote plannen voor de toekomst zijn om de technologie in de ruimte te demonstreren, " zeiden de onderzoekers. "We hebben medewerkers zoals Prof. Vishnu Reddy die ons kunnen helpen om enkele of meerdere zwermen ruimtevaartuigen te volgen met behulp van ultramoderne telescopen vanaf de grond. We kunnen deze lasers ook monteren om samen te werken, met behulp van telescopen om het ruimtevaartuig te besturen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk