Två beprövade tekniker har kombinerats för att skapa en lovande ny teknik som kan möta framtida navigeringsutmaningar i rymden. Det kan också hjälpa till att demonstrera - för första gången - röntgenkommunikation i rymden, en förmåga som skulle tillåta överföring av gigabit per sekund i hela solsystemet.

Den nya tekniken, kallas NavCube, kombinerar NASAs SpaceCube, en omkonfigurerbar och snabb flygberäkningsplattform, med Navigator Global Positioning System (GPS) flygmottagare. Navigator GPS använder GPS-signalen för att möjliggöra ombord autonom positionering, navigering, och timing även i områden med svag signal. Anses vara en av de möjliggörande teknikerna på byråns flaggskepp Magnetospheric Multi-Scale (MMS) uppdrag, Navigator GPS inkluderades nyligen i Guiness World Records för GPS-fix på högsta höjd.

"NavCube är mer flexibel än tidigare Navigatorer på grund av dess rikliga beräkningsresurser. Dessutom, eftersom vi lade till möjligheten att bearbeta moderniserade GPS-signaler, NavCube har potential att avsevärt förbättra prestandan vid låga, och speciellt, höga höjder, potentiellt även till rymden nära månen och månens banor, sa Luke Winternitz, Navigators chefsarkitekt.

"Denna nya produkt är en affisch för våra forsknings- och utvecklingsinsatser, " tillade Peter Hughes, teknisk chef vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vars organisation finansierade utvecklingen av alla tre teknologierna och utsåg NavCube-teamet till årets vinnare av sin organisations pris "Årets innovatörer". "Både SpaceCube och Navigator har redan bevisat sitt värde för NASA. Nu ger kombinationen av de två NASA ytterligare ett verktyg. Dessutom, möjligheten att det kan hjälpa till att demonstrera röntgenkommunikation i rymden - en teknik som vi också är intresserade av - är särskilt spännande."

Denna lovande teknik är planerad att flyga som ett av flera experiment på en extern pall som ska sättas in på den internationella rymdstationen 2018. En NavCube-enhet kommer att demonstrera sina navigerings- och bearbetningsförmåga som erbjuds genom sammanslagning av dess teknologiska föräldrar, medan den andra potentiellt skulle kunna tillhandahålla exakta tidsdata för ett experiment som demonstrerar röntgenkommunikation, eller XCOM.

"En match gjord i himlen"

Som en del av den potentiella XCOM-demonstrationen, NavCube kommer att driva elektroniken för en enhet som kallas Modulated X-ray Source, eller MXS, som genererar snabba röntgenpulser, slås på och av många gånger per sekund. Dessa snabbavfyrande pulseringar kan användas för att koda digitala bitar för sändning av data. Den utvecklades som en testbädd för att validera NASA:s neutronstjärna Interior Composition Explorer, eller trevligare, som främst kommer att studera neutronstjärnor och deras snabbt snurrande anhöriga, pulsarer, när den lanseras som en ansluten rymdstations nyttolast 2017.

XCOM är en av två teknikdemonstrationer som NICER:s huvudutredare Keith Gendreau och Zaven Arzoumanian vill demonstrera med NICER. För att demonstrera envägs XCOM, teamet kommer att installera MXS på experimentpallen där det kommer att överföra data via röntgenstrålar till NICERs mottagare placerade 166 fot bort på motsatt sida av rymdstationens truss.

NavCubes jobb är att köra MXS:s på- och avbrytare, sa Jason Mitchell, en ingenjör på Goddard som hjälpte till att utveckla MXS. Eftersom NavCube kombinerar SpaceCubes höghastighetsdatorer med Navigators förmåga att spåra GPS-signaler, teamet vill också experimentera med röntgenstrålning, en teknik för att mäta avstånd mellan två objekt.

"NavCube gav den bästa lösningen för att köra detta experiment, "Mitchell sa. "Kombinationen av dessa kraftfulla teknologier var ett äktenskap gjort i himlen."

Även om det mesta av tekniken är klar, teamet söker fortfarande ytterligare finansiering för att slutföra en rymdfärdig MXS, inklusive dess hölje och högspänningsförsörjning. "Vi har det mesta av hårdvaran, men behöver lite mer support för att slutföra XCOM-paketet, sa Jenny Donaldson, som leder utvecklingen av NavCube nyttolasten. "Detta är en fantastisk möjlighet att demonstrera NavCube och, om allt går som planerat, röntgenkommunikation, " Hon sa.

rikt arv

NavCube spårar sin härkomst till två redan beprövade teknologier:SpaceCube 2.0 och Navigator GPS. SpaceCube 2.0, en i en familj av inbyggda processorer, är 10 till 100 gånger snabbare än mer traditionella flygprocessorer. Har flugit många gånger tidigare, inklusive på tidigare experimentpallar, SpaceCube har nu en växande lista med kunder, inklusive framtida högprofilerade robotserviceuppdrag.

Navigator GPS Flight-mottagare var avsiktligt utformad för att upptäcka, tillägna sig, och spåra svaga GPS-signaler för NASA:s MMS-uppdrag. Navigator tillhandahåller nu positioneringsinformation till de fyra rymdfarkosterna som måste flyga i en viss, högjordsflygformation för att samla in vetenskapliga data. Sedan MMS lanserades, Navigator har satt rekord - en prestation som nyligen erkändes av Guinness World Records för att tillhandahålla GPS-fix på högsta höjd. Vid den högsta punkten av MMS-banan, Navigator har spårat så många som 12 GPS-satelliter. Teamet förväntade sig ursprungligen att inte upptäcka mer än två eller tre GPS-satelliter.

Barry Geldzahler, chefsforskare och chefsteknolog för NASA:s Space Communication and Navigation (SCaN) Program, som också gav ytterligare finansiering för detta projekt, såg tidigt fördelarna med denna teknik för NASA.

"Vi visste att bearbetningshastighet från SpaceCube och spårningsförmågan hos Navigator kunde vara en kraftfull kombination, ", sa Geldzahler. "Nästa uppgift var att ta reda på hur man kan göra den mindre och öka känsligheten för mer flexibla uppdragstillämpningar."

"Just då, vi behövde en mer robust, omprogrammerbar och utbyggbar bearbetningsplattform, " lade Monther Hasouneh till, NavCubes hårdvaruledning. "SpaceCube var redan där. Dessutom, vi tänkte att uppdrag som använder SpaceCube 2.0 som en vetenskapsdataprocessor också kunde dra nytta av att ha en GPS-mottagare som ett billigt tillägg, " han lade till.

Hasouneh och hans team överförde Navigator-mjukvaran och den fasta programvaran till den omprogrammerbara SpaceCube-plattformen och utvecklade ett kompatibelt GPS-radiofrekvenskort – och genom att göra det, minskad Navigator storlek. Teamet lade också till nya GPS-signalfunktioner och förbättrade Navigators känslighet för att göra den lämplig för ett bredare spektrum av applikationer.