Zatímco se NASA připravuje na udržitelnou přítomnost lidí na Měsíci, budou následující mise stále více vyžadovat sondy schopné navigování a komunikace bez přímého spojení se Zemí. CubeSat CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) od NASA prověřil tyto možnosti a posunul je zase o kousek dál. Navržen byl pro otestování a prověření technologií na oběžné dráze Měsíce. CAPSTONE odstartoval v červnu 2022 a stal se první americkou komerční misí u Měsíce. Sonda testovala činnosti na dráze kolem Měsíce a využívala kombinované gravitace Země a Měsíce, aby omezila množství pohonných látek potřebných k udržení stabilní lunární dráhy. Stala se první sondou, která využívala a studovala tuto dráhu pro budoucí průzkumné a vědecké mise. CAPSTONE, který vlastní a provozuje společnost Advanced Space má podle NASA velikost mikrovlnné trouby, si vedl velmi dobře a po základní misi se dočkal 15měsíční nadstavby. Stal se testovací platformou pro pokročilou komunikaci, síťové činnosti, autonomní navigaci a softwarově definované družicové technologie.

Namísto vypuštění nové družice se ředitelství výzkumných a technologických misí NASA rozhodlo demonstrovat, zda by existující hardware na CAPSTONE nedokázal hostit nové aplikace i po svém startu. Ze sondy se tak stala cenově dostupná a flexibilní platforma pro demonstrace lunárních technologií. Oddělení NASA pro kosmickou komunikaci a navigaci SCaN (Space Communications and Navigation) bude nyní používat nasbíraná data k demonstraci inovativních síťových a navigačních technik na budoucích experimentech. „Souběžný chod několika experimentů na palubě jediné sondy umožnuje NASA vyhodnocovat, jak si tyto technologie vedou společně v reálném lunárním prostředí,“ vysvětluje Greg Stover, ředitel divize pokročilého výzkumu a technologií, který spadá pod ředitelství výzkumných a technologických misí v centrále NASA ve Washingtonu a dodal: „Investice do autonomních činností a odolné komunikační infrastruktury jsou nezbytné pro zajištění amerického vedení, protože aktivit kolem Měsíce stále přibývá.“

Dva experimenty na CAPSTONE využívaly softwarově definovanou infrastrukturu pro dosažení pokroku ve dvou základech budoucích misí – autonomní navigaci a komunikaci z hlubšího vesmíru. Software pro autonomní navigaci, směrování a řízení (zkráceně autoGNC) je navržen tak, aby umožnil sondě určit, kde se nachází, kam směřuje a jak se dostat tam, kam má, aniž by musela čekat na pokyny ze Země. Ačkoliv části tohoto softwaru již létaly kolem Země, CAPSTONE byl prvním případem, kdy byl systém autoGNC otestován u Měsíce. „Abychom skutečně demonstrovali, že něco funguje, musíme to předvést v praxi,“ říká Sun Hur-Diaz, hlavní řešitelka vývojového projektu autoGNC z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu a dodala: „Klíčem je reálné prostředí.“

Výzkumníci také vyhodnocovali, jak si autoGNC vedl při omezeném kontaktu se Zemí. Zatímco antény systému Deep Space Network od NASA podporovaly pilotovaný oblet mise Artemis II kolem Měsíce, komunikační příležitosti mise CAPSTONE spadly jen na pár případů týdně. Tyto pauzy se staly jedním z nejcennějších zkoušek celého experimentu. Bez dat ze Země musel autoGNC vyhodnocovat pozici CAPSTONE s využitím palubního sledovače hvězd, který snímkoval Měsíc, Zemi a další kosmické objekty. Kamerový systém, takzvaná optická navigace svými výsledky v té době při navigaci v reálném čase překonávala metody založené na pozemském zapojení, což posunulo vpřed technologie pro budoucí mise do hlubšího vesmíru.

Společně s testy autonomní navigace CAPSTONE také testoval síť odolnou vůči zpožděním i rušení (DTN = delay/disruption tolerant networking), což je komunikační architektura navržená pro hlubší vesmír. Na rozdíl od pozemských internetových systémů musí komunikace z hlubšího vesmíru fungovat navzdory dlouhým zpožděním a častým signálovým mezerám. Systém DTN řeší tyto výzvy ukládáním informací na palubě sondy v době, kdy není spojení dostupné a automatickým posíláním ve chvíli, kdy se spojení obnoví. Díky těmto demonstracím se CAPSTONE stal první misí, která letěla s nejnovějšími protokoly DTN mimo oběžnou dráhu Země a první, která je používala v centrálním letovém systému NASA, open-source platformě, kterou lze implementovat na jakoukoli kosmickou misi.

Při jedné z demonstrací začali inženýři přenášet data z CAPSTONE na Zemi, ale spojení skončilo dříve, než byl přenos dokončen. Sonda si proto uložila zbývající data pro další komunikační příležitost a přenos pak pokračoval automaticky. Každý kousek dat tak dorazil domů. „Dovedete si představit, jak astronaut kráčí za měsíčním kopcem nebo sestupuje do kráteru a dočasně ztratí spojení,“ říká Ben Anderson, systémový inženýr pro Near Space Network z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu a dodává: „Tato technologie umožňuje, aby byla data automaticky odesílána, jakmile bude komunikace obnovena.“

Kromě primárních úspěchů a milníku dokázala platforma CAPSTONE ve své druhé fázi existence jako softwarově definovaná testovací platforma, že nové technologie lze cenově přijatelně testovat a ověřovat přímo v jejich provozním prostředí. Po téměř čtyřech letech technologického zrání byly aktivity NASA na CAPSTONE ukončeny v červnu 2026, ačkoliv Advanced Space pokračuje ve využívání sondy jakožto technologické vývojové zkušební platformy.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2022/06/capstone_spacecraft_0.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2026/05/stmd-exteriorlunarbase-hdlandscapeversion-2026-0521.png