自主入侵：美国宇航局的星城任务将一群卫星送入轨道

美国宇航局的星宿任务将在近地轨道上的四颗立方体卫星上测试自主群导航的新技术。资料来源:Blue Canyon Technologies/NASA

NASA的星城任务旨在测试汽车立方体卫星之间的合作，为未来复杂的深空任务铺平了道路。完成主要任务后，立方体卫星将与SpaceX的Starl合作发展空间交通管理技术。

今年7月，美国国家航空航天局(NASA)将派遣四颗六单元(6U)大小的立方体卫星进入地球轨道，以检验它们是否能够独立于任务控制中心的实时更新而独立合作。虽然这种自主合作对人类来说听起来并不太难，但这个团队将是机器人——由小卫星组成，用于测试未来深空任务的关键技术，在深空任务中，更复杂和自主的航天器将是必不可少的。

任务及编制

一旦发射，立方体卫星将以两种不同的形式运行，测试几种技术，这些技术可能为未来在深空合作的卫星群铺平道路。这次名为“星城”的任务将持续至少6个月。它将把航天器放置在离地球约355英里的地方，每个航天器之间的间隔约为40英里。

欧椋鸟的意义

位于加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的美国宇航局小型航天器技术项目经理罗杰·亨特说:“Starling及其为小型航天器群带来的自主指挥和控制能力，将增强美国宇航局未来科学和探索任务的能力。”“这次任务是向前迈出的重要一步。”

美国国家航空航天局正在将一个由四颗立方体卫星组成的小组送入地球轨道，看看它们是否能够在没有任务控制中心实时更新的情况下独立合作。虽然这种自主合作对人类来说听起来并不太难，但这个团队将是机器人——由小卫星组成，以测试未来深空任务的关键技术。图片来源:美国宇航局艾姆斯研究中心

目标和群体技术

Starling的四个主要目标包括自主机动以保持分组，在航天器之间创建灵活的通信网络，跟踪彼此的相对位置，以及通过发起新活动独立响应新的传感器信息。从本质上讲，斯塔林的目标是建立一群小型卫星，它们能够像一个自治社区一样运作，能够熟练地对环境做出反应，并像一个团队一样工作。

蜂群技术有潜力从太空中的多个点收集科学数据，构建自我修复网络，以及操作不需要与地球持续接触以应对环境变化的航天器系统。这些蜂群还提供了冗余，使集体系统对单个航天器的故障更具弹性。如果一个失败了，其他的可以弥补。

NASA的Starling任务为期6个月，将在近地轨道上使用一个由4颗立方体卫星组成的小组来测试让航天器在没有地面资源的情况下以同步方式运行的技术。这些技术将提高群机动计划和执行、通信网络、相对导航和航天器之间自主协调的能力。图片来源:NASA/概念图像实验室/Ross Walter

测试新技术

史达琳号的首次任务是测试四项新技术。第一个，被称为ROMEO(重构和轨道维护实验机载)，是测试软件设计的自主规划和执行机动，没有任何直接的操作员输入。在Starling的背景下，它将使卫星在一个集群中飞行，自主绘制和执行轨迹。

先进通信和跟踪系统

移动自组织网络(MANET)是一种由无线连接设备组成的通信系统，其中数据根据网络条件自动路由和重路由。地球上的一个例子是网状Wi-Fi，在家中放置多个互联网路由器，允许移动设备自动连接到最强的信号。同样，Starling航天器也有交联无线电，当它们在一定范围内时，可以在航天器之间进行通信，机载的MANET软件可以确定通过卫星网络路由通信的最佳方式。斯塔林将对这个网络进行测试，看看系统能否随着时间的推移在太空中自动创建和维护一个网络。

每个立方体卫星上都有自己的“星跟踪器”传感器，通常用来让卫星跟踪自己在太空中的方向，就像水手在夜间利用星星导航一样。由于卫星之间的距离相对较近，除了恒星之外，这些传感器将接收来自其他卫星群的光线，并使用专门的软件来跟踪其他卫星群。这种被称为StarFOX (Starling Formation-Flying Optical Experiment, StarFOX)的方法，是对普通航天器传感器的独特使用，它将使恒星的背景保持在一起。

加强数据收集

最后，分布式航天器自治(DSA)实验验证了一群航天器收集和分析机载科学数据并协同优化数据收集的能力。这些卫星将监测地球的电离层——高层大气的一部分——如果其中一颗卫星发现了什么有趣的东西，它将与其他卫星通信，观察同样的现象。卫星对观测的自主反应能力将增强NASA未来科学任务的科学数据收集能力。

未来的合作

在完成主要任务后，Starling的下一阶段将与SpaceX的Starlink卫星星座合作，测试由不同组织运营的自主航天器之间的先进空间交通管理技术。通过相互分享未来的轨道意图，NASA和SpaceX将展示一种自动化系统，以确保两套卫星在近地轨道上相对接近时能够安全运行。

结论

“Starling 1.5将是帮助理解太空交通管理道路规则的基础，”亨特说。

随着机器人在载人和无人探索中发挥着关键作用，以网络化、自主和协调的能力操作卫星和航天器的能力对NASA来说至关重要。这是确保人类能够进一步冒险并在未来实现卓越科学的一步。

NASA Ames领导星城项目。美国宇航局的小型航天器技术项目总部设在美国宇航局艾姆斯，隶属于美国宇航局空间技术任务理事会(STMD)，负责资助和管理“星城”任务。蓝峡谷技术公司设计和制造了航天器巴士，并提供任务操作支持。美国火箭实验室公司提供发射和集成服务。支持Starling有效载荷实验的合作伙伴包括位于加利福尼亚州斯坦福大学的空间交会实验室、马里兰州劳雷尔的新兴空间技术公司、德克萨斯州奥斯汀的CesiumAstro公司、佛罗里达州墨尔本的L3Harris技术公司和NASA Ames公司，这些合作伙伴得到了NASA在STMD内改变游戏规则开发项目的资金支持。