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Un satellite che capisce dove si trova guardando gli altri oggetti che gli passano accanto, senza chiedere nulla a terra e senza segnale satellitare: è questo il risultato della navigazione senza GPS testata dalla NASA con la missione Starling, che ha dimostrato come un veicolo spaziale possa calcolare la propria orbita usando altri satelliti e persino detriti come punti di riferimento. Il sistema si chiama FALCON, sigla che sta per Fast Autonomous Lost in space Catalog based Optical Navigation, e in tre giorni ha fatto qualcosa di piuttosto notevole, cioè migliorare le orbite conosciute di oltre 200 oggetti in orbita senza che nessuno, da terra, muovesse un dito.
Il punto di partenza è un problema concreto. Intorno alla Terra i satelliti si affidano al GPS quasi per abitudine, ma appena ci si allontana quel segnale diventa debole, inaffidabile oppure sparisce del tutto. Vale per l’orbita lunare, vale ancora di più per lo spazio profondo. FALCON prova a girare l’ostacolo con una logica quasi antica, quella di orientarsi guardandosi intorno.
Come fa un satellite a orientarsi guardando i detriti
La dimostrazione si è appoggiata alle camere degli star tracker già presenti a bordo della missione Starling, strumenti standard che individuano gli oggetti luminosi nello spazio e aiutano a determinare assetto e posizione del veicolo. Durante gli esperimenti di posizione, navigazione e tempo, FALCON ha identificato ciò che le camere riuscivano a vedere, altri veicoli spaziali e frammenti di detriti orbitali, confrontandolo con un catalogo pubblico di oggetti spaziali noti mantenuto dal Dipartimento della Guerra statunitense. Una volta riconosciuti e verificati, quegli oggetti sono diventati riferimenti buoni per calcolare l’orbita di Starling.
Poi c’è la seconda parte, forse la più interessante. I controllori di missione hanno caricato a bordo un catalogo con circa 20.000 oggetti spaziali e le loro orbite previste. FALCON ha messo a confronto quei dati con le osservazioni raccolte dalle camere e, oltre a stabilire dove si trovava Starling, ha affinato la posizione stimata degli altri corpi. Le stime ottenute sono risultate più precise di quelle già presenti nel catalogo. Tre giorni di lavoro, più di 200 orbite corrette, zero interventi umani.
“FALCON è un altro successo della missione dimostrativa Starling. I risultati possono avere implicazioni di ampia portata per il monitoraggio del traffico spaziale in orbita, l’evitamento delle collisioni e la navigazione alternativa”, ha detto Roger Hunter, program manager del programma Small Spacecraft and Distributed Systems della NASA presso l’Ames Research Center, in California. E ha aggiunto che il numero di primati collezionati da Starling continua a crescere.
Dalla ricerca universitaria al software commerciale
Il carico utile è frutto di un esperimento di volo congiunto tra NASA e EraDrive, startup nata dalla Stanford University. Il sistema unisce il software di volo Era Core e i suoi algoritmi integrati alle camere di Starling e a un catalogo di satelliti noti conservato a bordo. Il risultato è una navigazione indipendente dal GPS che, come effetto collaterale, permette anche di tenere d’occhio quello che succede nei dintorni.
Determinare la propria orbita con camere ottiche, basandosi sulla posizione relativa rispetto ad altri oggetti nello spazio, è una prima assoluta per un veicolo spaziale. Negli esperimenti di aggiornamento del catalogo, inoltre, Starling ha prodotto a bordo previsioni migliori di quelle fornite dalle stazioni di terra.
Capacità del genere pesano parecchio guardando avanti, dagli sciami di satelliti lunari alle missioni scientifiche distribuite, dove le misure raccolte in punti diversi dello spazio vanno allineate con precisione. Sul fronte della gestione del traffico orbitale, avere navigazione autonoma e aggiornamenti del catalogo direttamente a bordo significa dipendere meno dalle reti di tracciamento terrestri e migliorare l’evitamento delle collisioni.
La storia di FALCON è partita da un progetto University SmallSat Technology Partnerships, poi diventato EraDrive, che oggi sta commercializzando Era Core e l’hardware collegato. Starling, lanciata nel 2023, entro la fine di quest’anno amplierà l’esperimento: i suoi quattro veicoli si scambieranno informazioni di tracciamento e useranno le osservazioni combinate per raffinare collettivamente le proprie posizioni. La missione è guidata dall’Ames Research Center, che finanzia e gestisce il programma attraverso il Small Spacecraft and Distributed Systems.
