Myslíte si, že se nám do nadpisu dostal překlep a už se chystáte využít formuláře k hlášení chyb? V nadpisu opravdu nemá být Starlink, ale Starling. Tak se totiž jmenuje nová řada CubeSatů, která bude testovat nové technologie. Tvrzení, že se spolupráce vyplácí, se nevztahuje pouze na lidi. Výzkumníci z Ames Research Center v kalifornském Silicon Valley připravují malé družice schopné pracovat v hejnech – jednotlivé skupiny družic by přitom spolupracovaly a fungovaly jako samostatná jednotka, která nepotřebuje, aby pozemní operátoři posílali individuální příkazy jednotlivým družicím. Schopnost hejna družic provádět autonomní činnosti umožní provádět nové typy vědeckého výzkumu a průzkumu, což bude platit dvojnásob, až se tato hejna vydají do hlubšího vesmíru.

Experti z Ames Research Center na hejnech družic už nějakou chvíli pracují – konkrétně jde již o několik desetiletí. Již brzy ale jejich snažení dospěje k významnému milníku – první družice Starling se vydají na oběžnou dráhu. Čtyři družice z této řady mají 14. července startovat na raketě Electron. Čtveřice družic má testovat, jak si technologie poradí se stavem, kdy budou dostávat pokyny ze Země. A výsledky těchto experimentů budou velmi zajímavé pro vědce v Ames Research Center, kteří právě připravují budoucí misi takového družicového hejna ke studiu Slunce.

Logo projektu Starling
Zdroj: https://www.nasa.gov/

NASA sama ve svém textu zdůrazňuje, že hejna družic bychom neměli zaměňovat s družicovými sítěmi, ačkoliv v obou případech jde o skupinu družic, které pracují na společném úkolu. Pokud však řídíte každou družici jednotlivě, pak máte co do činění s družicovou sítí. To se sice může za určitých okolností hodit, ale pokud se začne počet družic v síti zvyšovat, mohou náklady i komplexnost celé mise rychle přerůst operátorům přes hlavu.

Kontrastem oproti družicovým sítím mají být multitalentovaná, sebekoordinující se hejna. Tyto družice spolu umí navzájem komunikovat, sledovat vzájemnou vzdálenost a provádět manévry k jejímu udržení, případně k přesunu na jiné místo, kde jsou zrovna potřeba. Takové hejno zvládne účinně sbírat data, protože si skupina sama rozhodne, který její člen je na nejvýhodnější pozici pro optimální měření a který člen je zase nejlépe umístěn pro odeslání dat na Zemi. Tento proces značně zjednodušuje práci pozemních operátorů, kteří by jinak museli připravovat a poté posílat příkazy každé jedné družici, aby bylo možné splnit vědecké úkoly mise.

V první fázi se mají družice Starling pohybovat v řadě za sebou.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„V minulosti to bylo nedosažitelné, nedalo se to udělat, protože jsme museli řídit každou jednu družici individuálně,“ vzpomíná Butler Hine, projektový manažer z Ames Research Center a dodává: „Ovšem nástup technologií pro malé družice nám nabídl nové možnosti a také šanci změnit způsob, jak je provozujeme.“ Právě Ames Research Center bylo průkopníkem v používání CubeSatů a malých družic obecně, které měly provádět inovativní a cenově dostupné mise, testovat technologie, nebo provádět na oběžné dráze biologické experimenty. Jakmile technologie pro CubeSaty a malé družice dostatečně vyzrála, stal se Hine „carem hejn“, jak se sám vtipně tituluje. Jeho náplní práce je vytvořit plán vývoje technologií družicových hejn, identifikovat již existující, ale také zatím chybějící technologie, do kterých musí Ames Research Center investovat, aby se družicová hejna stala realitou. Rozebral proto klíčové technologie, které se na Ames Research Center zkoumají a pomohl vytyčit směr dalších investic, aby se vědecké mise družicových hejn mohly uskutečnit.

Příprava družic Nodes
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Jedním z prvních příkladů koordinace hejna družic byla mise Nodes. V květnu 2016 se v rámci tohoto projektu dostaly na oběžnou dráhu dvě malé družice, které měly testovat schopnost komunikovat a „vyjednávat“ o tom, která z nich bude přenášet data do pozemního řídicího střediska. Ano, dvě družice moc velké hejno netvoří, ale i tak představovala mise Nodes důležitý krok – ostatně dobrá komunikace je klíčem k mnoha úspěchům.

Na získaných základech vědci z Ames Research Center postavili projekt DSA (Distributed Spacecraft Autonomy), který měl za úkol umožnit dozrát technologiím, které jsou kriticky důležité pro budoucí hejna družic. Mělo toho být dosaženo jak simulačními studiemi, tak i vypouštěním družic. Díky tomu bude hejno v budoucnu moci samo plánovat a rozvrhovat, které činnosti budou jednotlivé družice provádět za různých podmínek. Hejno by si tak mohlo samo určit, kde a kdy se mají uskutečnit ta nejpřínosnější vědecká měření a těmito úkoly pak pověřit své členy, kteří budou ve správnou chvíli na správném místě. V rámci virtuálních simulací chování algoritmů se tým z programu DSA dopracoval až ke stočlennému hejnu malých družic, které zvládalo fungovat koordinovaným způsobem. Již brzy budou poznatky z DSA otestovány poprvé i na oběžné dráze na čtyřech družicích Starling.

Astrobee používá madla stejně jako jeho kolegové typu Homo Sapiens.
Zdroj: https://spectrum.ieee.org/

Zmíněné schopnosti sdíleného plánování mají v Ames Research Center hluboké kořeny, zejména v oblasti kosmonautiky a výzkumu pilotovaných kosmických letů. Tohle středisko totiž (kromě jiného) vede projekt Astrobee, který tvoří volně letící roboti fungující v útrobách stanice ISS, kteří se učí koordinaci a provádění podpůrných činností bez zásahu astronautů. Čím dál jednou hejna spolupracujících družic vypustíme, tím důležitější jejich autonomie bude. Doba, kterou komunikační signál potřebuje k cestě na Zemi a zpět, společně s omezenou datovou rychlostí činí přímé řízení více družic nepraktickým. Hejno naopak přináší nové příležitosti – třeba rozmístění většího počtu malých družic v prostoru tak, aby fungovaly jako jedna vleká observatoř, jako teleskop s ohromným zorným polem.

Ve druhé fázi mají družice Starling provádět eliptické manévry.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Hejna družic vám dávají dodatečné možnosti,“ říká Howard Cannon, projektový manažer mise Starling z Ames Research Center a dodává: „Umožňují vám provádět vědecká měření na více místech. Díky redundanci více družic jsou robustnější. A jelikož dokáží rychle a autonomně reagovat na data, která nasbírají, mohou si samy říct: „Hej, tady je něco zajímavého! Na to se musím podívat.““ Zmíněné schopnosti se budou jistě hodit i u zatím nejnovějšího projektu, na kterém Butler Hine pracuje, což je HelioSwarm. V rámci této mise chce Ames Research Center vyslat hejno družic, které by mělo odhalit některé záhady spojené se slunečním větrem. Misi má tvořit osm malých družic a jedna centrální mateřská družice, které budou zachytávat první simultánní kosmická měření turbulencí slunečního větru na širokém rozsahu vzdáleností. Jako turbulence slunečního větru se označují malá a střední narušení proudu nabitých částic, který nepřetržitě vychází ze Slunce.

HelioSWARM
Zdroj: https://mypages.unh.edu/

Synergií obvykle označujeme stav, kterého týmy lidí dosahují, když pracují společně v harmonii – ale u kosmických sond to není tak odlišné. Odborníci NASA, kteří se snaží, aby technologie pro družicové roje dozrály, usilují o totéž v podání spolupracujících družic, které jsou velkým příslibem pro budoucnost kosmického výzkumu.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/s

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/starling_1.png
https://www.emergentspace.com/wp-content/uploads/Starling.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/starling_phase1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/stmd_nodes.jpg
https://spectrum.ieee.org/image/Mjg2MzMyNQ.jpeg
https://mypages.unh.edu/sites/default/files/helioswarm/files/slide1.png?m=1544045810