Powstało nowe urządzenie do nawigacji w kosmosie

Nowe miniaturowe urządzenie do astronawigacji może kierować zarówno miniaturowymi satelitami typu CubeSat, jak i wielkimi misjami kosmicznymi.

Aktualizacja: 19.02.2020 10:33 Publikacja: 19.02.2020 10:28

Powstało nowe urządzenie do nawigacji w kosmosie

Foto: stock.adobe.com

Przez tysiąclecia podróżni polegali na gwiazdach, aby określić swoje położenie na kuli ziemskiej. Gdy ludzie przenieśli się w przestrzeń kosmiczną, zaadaptowali sprawdzone na Ziemi technologie do nowego środowiska. Począwszy od najwcześniejszych misji, wiele statków kosmicznych wykorzystywało specjalnie zaprojektowane sekstanty do pomiaru kąta pomiędzy różnymi ciałami niebieskimi względem siebie lub horyzontu.

Te gwiezdne urządzenia śledzące są ważne nie tylko dla nawigacji, ale także dlatego, że „im lepiej potrafimy wskazywać nasze satelity, tym lepsze obrazy i dane naukowe możemy uzyskać”, wyjaśnia Alice Liu, inżynier systemów kontroli położenia w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard. - Musimy być w stanie wskazać kierunek, w którym chcemy zrobić zdjęcie i zachować stabilność podczas jego wykonywania - dodaje.

Satelity stają się coraz mniejsze i tańsze, a za tym musi nadążać technologia oferując odpowiednio małe, a przy tym wydajne urządzenia. Misje NASA wymagają najnowocześniejszych technologii. Niestety, czasem przyrządów nie da się zminiaturyzować tak, aby ich gabaryty spełniły oczekiwania inżynierów.

Mały, a precyzyjny

Firma Adcole Maryland Aerospace zaproponowała właśnie nowe urządzenie śledzące, które jest równie dokładne jak jego więksi bracia, a jednocześnie tak małe, że zmieści się nawet w satelitach typu CubeSat. Każdy jego bok ma zaledwie 5cm długości, a mimo nikczemnych rozmiarów, potrafi pokierować statkiem kosmicznym wyznaczając jego kurs z błędem nie przekraczającym 0,1 stopnia.
„To naprawdę rewolucjonizuje sposób, w jaki można myśleć o generowaniu pomiarów. To daje wiele nowych możliwości dla nauki.”, mówi Jason Mitchell, asystent szefa ds. technologii w dziale Goddard's Mission Engineering and Systems Analysis. Naukowcy mówią o przekroczeniu pewnej granicy. Wcześniej aby uzyskać wysoką rozdzielczość obrazu, NASA musiała wydać dziesiątki, czy setki milionów dolarów na satelitę obserwującego jakieś ciało niebieskie. Teraz może wysłać dwie tanie jednostki CubeSat, które obserwują obiekt z różnych kątów. „Pomyśl o swoich oczach. Teraz możesz mieć stereo zdjęcia słońca”, mówi Mitchell. A przecież satelitów można wysłać więcej niż dwa. Dzięki temu liczba pomiarów może wzrosnąć, bo wiele miniaturowych statków może robić to samo, ale w różnych miejscach. Nawet jeśli misja się nie powiedzie, część pomiarów nie zostanie utracona.

Astronawigacja

Dotychczasowe urządzenia określające położenie, czyli magnetometry i czujniki horyzontu, pozwalały CubeSatowi zorientować się gdzie jest na podstawie magnetosfery Ziemi lub horyzontu. Dokładność na poziomie jednego stopnia pozostawiła jednak wiele do życzenia.

Firma Adcole Maryland Aerospace zaproponowała czujniki śledzące gwiazdy, które używają kamer. Jeśli urządzenie zarejestruje dwie gwiazdy na niebie i zmierzy między nimi odległość kątową to jest ona stała i charakterystyczna tylko dla nich. Nie ma na niebie dwóch zestawów par gwiazd, których odległości kątowe byłyby jednakowe. Następnie oprogramowanie analizuje pomiary odległości i ustawia CubeSat w odpowiedniej pozycji. Można to porównać do pomiaru położenia gwiazdy polarnej za pomocą sekstantu i nawigacji morskiej. Działa tak samo tyle, że w kosmosie. Zwykła kosmiczna astronawigacja. Jeszcze jedna różnica polega na tym, że zamiast kilku gwiazd dobrze widocznych z Ziemi w publicznie dostępnych katalogach kosmicznych mamy do dyspozycji 1825 gwiazd i 70 000 kątowych odległości między nimi. Możemy mierzyć do woli i o każdej porze.

To urządzenie pomiarowe ma jeszcze jedną zaletę (w skali kosmicznych kosztów). Jest tanie. Prosta wersja z jedną kamerą kosztuje 32 000 dolarów, a maksymalnie rozbudowana z dwiema kamerami 100 000 dolarów. NASA twierdzi, że to „taniocha” i sfinansowała rozwój projektu.

Urządzenie jest przydatne zarówno dl miniaturowych satelitów jaki i dla planowanych misji międzyplanetarnych gdzie pomiary magnetosfery ziemskiej nie wystarczą. Zastąpią też duże i nieporęczne dotychczasowe kosmiczne urządzenia pomiarowe.

Ważny jest pojazd

CubeSat to bardzo sprytne satelity. Zostały wynalezione dla środowiska akademickiego jako tania metoda prowadzenia badań kosmicznych. CubSaty są małe. Podstawowa jednostka, 1U, wynosi 1 litr, co oznacza, że jest to kostka 10x10x10cm. Jeśli potrzebny jest większy, jego rozmiary są zwielokrotniane. Najmniejszy znany satelita tego typu ma rozmiar 0,25U czyli jednostki podstawowej, a największy 27U. Ich kształt i stały mnożnik wielkości oznacza, że bardzo dobrze „pakują się” w rakiecie nośnej co pozwala na znaczne obniżenie kosztów. Takiego satelitę zbudować może każdy i wysłać na orbitę już za około 200 000 dolarów. Dlatego też, naszą planetę okrąża wiele nano satelitów w tym także takie, które zostały sfinansowane przez hobbystów za pomocą crowdfundingu na Kickstarterze.

Przez tysiąclecia podróżni polegali na gwiazdach, aby określić swoje położenie na kuli ziemskiej. Gdy ludzie przenieśli się w przestrzeń kosmiczną, zaadaptowali sprawdzone na Ziemi technologie do nowego środowiska. Począwszy od najwcześniejszych misji, wiele statków kosmicznych wykorzystywało specjalnie zaprojektowane sekstanty do pomiaru kąta pomiędzy różnymi ciałami niebieskimi względem siebie lub horyzontu.

Te gwiezdne urządzenia śledzące są ważne nie tylko dla nawigacji, ale także dlatego, że „im lepiej potrafimy wskazywać nasze satelity, tym lepsze obrazy i dane naukowe możemy uzyskać”, wyjaśnia Alice Liu, inżynier systemów kontroli położenia w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard. - Musimy być w stanie wskazać kierunek, w którym chcemy zrobić zdjęcie i zachować stabilność podczas jego wykonywania - dodaje.

Pozostało 83% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Kosmos
NASA szuka sposobu na sprowadzanie próbek z Marsa. Tanio i szybko
Materiał Promocyjny
Wykup samochodu z leasingu – co warto wiedzieć?
Kosmos
Odszedł Peter Higgs, odkrywca boskiej cząstki
Kosmos
Badania neutrin pomogą rozwiązać zagadkę powstania wszechświata
Kosmos
Księżyc będzie miał własną strefę czasową? Biały Dom nakazał ustalenie standardu
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Kosmos
Astronomowie odkryli tajemnice galaktyki z początku istnienia wszechświata