美國(guó)宇航局艾姆斯科學(xué)衛(wèi)星群“成長(zhǎng)”

2025-12-08 06:58:23 分類：知識(shí) 閱讀(3955)

一組四顆衛(wèi)星的成長(zhǎng)插圖-矩形單元，太陽能電池板從兩側(cè)延伸到頂部-以地球?yàn)楸尘啊Ｃ绹?guó)姆美國(guó)宇航局的宇航Starling任務(wù)將在低地球軌道的四顆立方體衛(wèi)星上測(cè)試自主群體導(dǎo)航的新技術(shù)。位于加州硅谷的局艾美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心對(duì)蜂群技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年。鳴謝:藍(lán)色峽谷技術(shù)公司/美國(guó)宇航局
（神秘的科學(xué)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局：團(tuán)隊(duì)合作讓夢(mèng)想成真，在美國(guó)宇航局，衛(wèi)星這不僅僅適用于人類。成長(zhǎng)位于加州硅谷的美國(guó)姆美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心的研究人員正在開發(fā)衛(wèi)星群，這是宇航一組作為一個(gè)單元一起工作的航天器，而不是局艾由任務(wù)控制器單獨(dú)管理。蜂群的科學(xué)自主能力將使新類型的科學(xué)和探索成為可能，尤其是衛(wèi)星當(dāng)它們探索更深的太空時(shí)。
埃姆斯對(duì)蜂群技術(shù)的成長(zhǎng)研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年。今年夏天，美國(guó)姆隨著美國(guó)宇航局向太空發(fā)射Starling任務(wù)，宇航群體科學(xué)將達(dá)到一個(gè)重要的里程碑。它將測(cè)試讓四個(gè)航天器在沒有地面資源的情況下協(xié)調(diào)運(yùn)行的技術(shù)。斯塔林的實(shí)驗(yàn)結(jié)果將會(huì)引起艾姆斯研究人員的極大興趣，他們現(xiàn)在正在準(zhǔn)備未來的蜂群任務(wù)來研究太陽。
成功群體之路
群體不要與星座相混淆，盡管兩者都指的是為一個(gè)共同目標(biāo)而工作的一組航天器。如果你單獨(dú)操作許多航天器，你就有了一個(gè)星座。雖然在某些情況下是有用的，但增加它們的數(shù)量會(huì)使成本和任務(wù)復(fù)雜性飆升。
相比之下，多才多藝，自我協(xié)調(diào)的群體。這些航天器知道如何相互通信，監(jiān)控和保持它們的相對(duì)間距，并機(jī)動(dòng)到每個(gè)需要的地方。他們將能夠作為一個(gè)小組收集數(shù)據(jù)，決定團(tuán)隊(duì)中的哪個(gè)成員最適合進(jìn)行最佳測(cè)量，哪個(gè)成員應(yīng)該將數(shù)據(jù)傳送到地球。這大大簡(jiǎn)化了地面控制人員的工作，否則他們需要指揮每個(gè)航天器來滿足任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。
“在過去，這是不可能做到的，因?yàn)槲覀儽仨殕为?dú)控制每個(gè)航天器，”埃姆斯的飛行項(xiàng)目經(jīng)理巴特勒·海因說。“但小型衛(wèi)星技術(shù)的出現(xiàn)給了我們新的可能性和改變運(yùn)營(yíng)方式的機(jī)會(huì)。”
Ames成為利用立方體衛(wèi)星和小型衛(wèi)星(SmallSats)執(zhí)行創(chuàng)新的、具有成本效益的任務(wù)、測(cè)試技術(shù)和進(jìn)行空間生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)。一旦立方體衛(wèi)星和小衛(wèi)星成熟了，海恩就成了他戲稱的“蜂群沙皇”他的工作是創(chuàng)建一個(gè)群體技術(shù)的路線圖，確定那些已經(jīng)存在的技術(shù)，以及艾姆斯需要投資的缺失技術(shù)，以使群體科學(xué)任務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。他研究了埃姆斯正在調(diào)查的核心技術(shù)，并幫助規(guī)劃了一條路線，以進(jìn)一步投資，使群體科學(xué)任務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。
群體協(xié)作的早期例子是節(jié)點(diǎn)任務(wù)。2016年5月，該項(xiàng)目將兩顆衛(wèi)星送入地球軌道，以測(cè)試它們的通信和協(xié)商能力，這將把它們的數(shù)據(jù)下行傳輸?shù)降孛娴娜蝿?wù)控制中心。

美國(guó)宇航局的節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星是一對(duì)紙巾盒大小的立方體衛(wèi)星，于2016年5月16日從國(guó)際空間站部署，以展示對(duì)未來航天器群運(yùn)行至關(guān)重要的新網(wǎng)絡(luò)能力。鳴謝:美國(guó)宇航局
兩個(gè)航天器組成一個(gè)非常小的群體。但是節(jié)點(diǎn)標(biāo)志著重要的一步。畢竟，良好的溝通是任何團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵。
在此基礎(chǔ)上，艾姆斯的研究人員開發(fā)了分布式航天器自主項(xiàng)目。DSA正在通過模擬研究和發(fā)射航天器使對(duì)未來群體至關(guān)重要的技術(shù)趨于成熟。這將使蜂群有能力為自己計(jì)劃和安排衛(wèi)星在不同條件下進(jìn)行的操作。群體可以自行決定何時(shí)何地進(jìn)行最有成效的科學(xué)觀察，并在特定時(shí)間將工作委托給最合適的個(gè)人。DSA團(tuán)隊(duì)測(cè)試其群集算法的虛擬模擬包括以協(xié)調(diào)方式操作100顆小衛(wèi)星。很快，DSA將首次由所有四個(gè)Starling航天器在太空中進(jìn)行測(cè)試。
這些共享的計(jì)劃能力在艾姆斯有很深的根基，特別是在航空學(xué)和載人航天研究方面。例如，埃姆斯領(lǐng)導(dǎo)著美國(guó)宇航局的Astrobee項(xiàng)目，這是一組在國(guó)際空間站上的自由漂浮機(jī)器人，它們正在學(xué)習(xí)在沒有宇航員干預(yù)的情況下協(xié)調(diào)和執(zhí)行支持任務(wù)。
蜂群使科學(xué)成為可能
我們與合作的宇宙飛船團(tuán)隊(duì)越深入太陽系，他們的自主性就變得越重要。通信信號(hào)傳播所需的時(shí)間和數(shù)據(jù)帶寬的限制使得直接控制多顆深空衛(wèi)星變得不切實(shí)際。群集提供了新的機(jī)會(huì)，例如定位多個(gè)小型航天器作為一個(gè)非常大的天文臺(tái)，就像一個(gè)具有巨大視野的望遠(yuǎn)鏡。
“蜂群給了你很多額外的能力，”斯塔林在埃姆斯的項(xiàng)目經(jīng)理霍華德·坎農(nóng)說。“他們讓你進(jìn)行多點(diǎn)科學(xué)測(cè)量。由于多個(gè)航天器的冗余，它們更加堅(jiān)固。由于他們可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)做出快速和自主的反應(yīng)，他們可以說，“哦，有一些有趣的東西！我需要去看看。"
巴特勒·海恩的最新作品肯定會(huì)欣賞這些品質(zhì)。今天，他是HelioSwarm的項(xiàng)目經(jīng)理，這是一項(xiàng)在埃姆斯管理的任務(wù)，將發(fā)送一個(gè)群體來揭開太陽風(fēng)的一些秘密。八顆小衛(wèi)星和一個(gè)中心“中樞”航天器將首次在大范圍的距離內(nèi)同步捕捉太陽風(fēng)湍流的空間測(cè)量結(jié)果。太陽風(fēng)湍流是指從太陽連續(xù)流出的帶電粒子流的中小尺度波動(dòng)。
我們傾向于認(rèn)為協(xié)同作用是人類團(tuán)隊(duì)在和諧地一起工作時(shí)實(shí)現(xiàn)的——但對(duì)于航天器來說并沒有太大的不同。美國(guó)宇航局的專家?guī)ьI(lǐng)航天器群走向成熟，他們的目標(biāo)也是這些合作衛(wèi)星，為未來的空間科學(xué)帶來希望。
合作伙伴:
空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的美國(guó)航天局小型航天器技術(shù)計(jì)劃資助和管理Starling任務(wù)。位于加利福尼亞州硅谷的美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)Starling項(xiàng)目，提供有效載荷航空電子設(shè)備和軟件、航天器集成和測(cè)試以及任務(wù)操作。美國(guó)宇航局在空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的游戲改變發(fā)展計(jì)劃為DSA實(shí)驗(yàn)提供資金。
對(duì)于新聞媒體:
對(duì)報(bào)道這一主題感興趣的新聞媒體成員應(yīng)與美國(guó)航天局艾姆斯新聞編輯室聯(lián)系。
作者:：艾比·塔博爾，美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心