Svärmar av små rymdfarkoster kan ha en mängd intressanta applikationer, särskilt när det gäller jordobservation, global positionering och kommunikation. Jämfört med stora rymdfarkoster, små rymdfarkoster ger större bländare, möjliggör bättre observation av både mark- och rymdmål.

Trots deras anmärkningsvärda fördelar, att effektivt driva ett stort antal rymdfarkoster på en gång har hittills visat sig vara mycket utmanande. Befintliga metoder förlitar sig vanligtvis på många markoperatörers arbete, vilket kan vara dyrt, och förhindrar därmed tekniken från att skala upp.

Ett team av forskare vid University of Arizona har nyligen utvecklat en ny metod för att samordna och kontrollera rymdskeppssvärmar, som kan vara enklare att genomföra i stor skala. Deras tillvägagångssätt, beskrivs i ett papper som för publicerats på arXiv, använder laserstrålar för att organisera och hantera en stor svärm av rymdfarkoster.

"Vi har undersökt sätt att kontrollera svärmar och ett stort antal robotar/UAV/rymdfarkoster med mycket få människor i slingan i mer än 10 år, "berättade forskarna som genomförde studien TechXplore , via e-post. "Vissa av våra tekniker är helt autonoma utan människor i ögonen, i andra scenarier har vi människor och robotar samexisterande. "

I deras tidigare arbete, forskarna försökte utveckla intuitiva metoder för att effektivt styra från 10 till tusentals robotar. De ville att dessa metoder skulle vara intuitiva eftersom detta skulle förenkla utbildningen av operatörer, i slutändan minska deras stressnivåer, särskilt under crunch -tiden.

"Vår idé inspirerades av rollen som dirigent i orkestern, "förklarade forskarna." Den här personen har till uppgift att samordna insatser från många musiker. Vi tror att analogin för att styra många musiker åt gången passar bra med att styra många rymdfarkoster/UAV/UGV etc. Vi har därför letat efter fysiska sätt på vilka man kan fungera ungefär som dirigent i en orkester för att styra rymdfarkoster. Att ha en trollstav var inte möjligt, men att använda laserstrålar var definitivt trovärdigt. "

Tekniken utvecklad av forskarna kan känna av laserstrålar på ett rymdfarkoster, använda solpaneler som avkänningsanordningar. En solpanel som genererar elektricitet under solen kan också självständigt avkänna laserljus. Solpaneler råkar ta upp den största ytarean på rymdsatelliter, därför kan de vara de perfekta avkänningsanordningarna för rymdfarkoster.

Forskarna observerade att solpaneler kan delas upp i små rutor, liknar pixlar på en bildskärm, som kan användas för att känna av laserljus. Laserljuset som träffar solpanelen på olika platser kan resultera i olika kommandon, med panelen nästan som en pekskärm på en smartphone. Som en backup, forskarna har också strategiskt placerat digitalkameror på rymdfarkosten, för att upptäcka laserrörelsen i rymden.

Deras tillvägagångssätt använder laserstrålar riktade från marken eller från ett kommando- och kontrollfartyg för att organisera och hantera en stor svärm. Varje satellit i svärmen skulle ha en "smart hud", som inkluderar solpaneler, kraft- och styrkretsar, och en inbäddad sekundär framdrivningsenhet. Laserstrålarna skulle interagera med solpaneler på enskilda medlemmar av svärmen, tillåter en operatör att välja en "ledare" bland gruppen rymdfarkoster och ställa in parametrar för formationsflyg.

"På sätt och vis, vår teknik ser ut som en scen ur boken/filmen Enders spel , där du har några operatörer som styr hundratals till tusentals rymdfarkoster och robotar, "sa forskarna." Med denna teknik på plats, det är möjligt att flytta runt laserljuset på en solpanel och för panelen att känna den rörliga signalen. "

Gränssnittet som forskarna utarbetat är helt baserat på gester och handrörelser, det kräver därför inte joysticks eller omfattande kodning. Med sin teknik, en operatör skulle kunna vidarebefordra ett meddelande till rymdfarkosten helt enkelt genom att 'rita' ett visst tecken eller en gest på solpanelen.

"Vår strategi kan göras till att vara intuitiv, "förklarade forskarna." Till exempel, om du skulle välja en rymdfarkost med detta laserljus, du ritar helt enkelt en snabb cirkel på solpanelerna med hjälp av lasern. Du kan därför ha ett alfabet med gester och kommandon för att göra alla slags grundläggande kommandon och kontroll av en svärm. Du kan bestämma om en ledande rymdfarkost och om rymdfarkoster som ingår i gruppen, separera dem i en eller flera grupper. Du kan rita en bana/väg och få hela gruppen rymdfarkoster att följa den vägen, och så vidare."

De flesta befintliga metoder för kontroll av rymdskeppssvärmar innebär användning av två terminaler, en för operatörer och en för rymdfarkosten, som också kan styras med en joystick. Kommandon ges vanligtvis med rader eller uppsättningar instruktioner och det gör det lättare för operatörer att göra misstag.

Att skicka fel instruktioner till rymdfarkoster kan få katastrofala konsekvenser, eventuellt avsluta ett uppdrag och orsaka miljontals eller miljarder förluster. Det gestbaserade tillvägagångssättet som forskarna tagit fram kan förenkla kontrollen av rymdskeppssvärmar, förhindra misstag och kommandorelaterad förvirring.

"Att kontrollera flottor/svärmar av rymdfarkoster är utmanande, när du arbetar i tre dimensioner, i mikro-gravitation, "sa forskarna." Det går inte, ner, etc. i rymden. Vår metod för att kontrollera många rymdfarkoster överskrider sådana problem, skonar mänskliga operatörer från att behöva föreställa sig saker och istället låta dem agera sådana handlingar. Det är så intuitivt att det största bekymret som väcktes var att hackare och elaka individer kunde lära sig samma gester och ta kontroll över en rymdfarkostflotta. Ändå, i vårt tillvägagångssätt är säkerhet inte en eftertanke, det är grunden för systemet. "

När de utvecklar sitt system, forskarna prioriterade dess säkerhet. Till exempel, själva lasersignalerna kan kodas och ständigt passera en modulerad lösenordssträng. Detta innebär att även om en annan operatör kanske kan se gesterna som är involverade i operationen, de skulle kräva åtkomstkoder för att styra andra rymdfarkoster.

Operatörer som hanterar en annan svärm av rymdfarkoster i närheten kan behöva se indikationer på kommandogester, eftersom detta skulle hjälpa till att samordna svärm till svärm interaktioner. Det tillvägagångssätt som forskarna utarbetat gör att närliggande operatörer kan se dessa gester, men hindrar dem från att hacka sig in i systemet och kontrollera andra svärmar. För uppdrag som kräver större säkerhet, signalerna kan också kodas vidare, helt hindrar andra från att räkna ut kommandona.

"Allt som allt, tillvägagångssättet möjliggör en glidande skala av transparens vid befäl över flottor eller svärmar av rymdfarkoster, "sa forskarna." I vissa fall, det är viktigt för andra i närheten att se vad som händer och vara medvetna om gestkommandon som utförs för säkerhets skull, medan den i andra fall måste vara helt säker och gömd. "

Det tillvägagångssätt som forskarna tagit fram kan också tillämpas på andra robotsvärmar, såsom grupper av obemannade flygbilar (UAV), obemannade markfordon (UGV) och undervattensfordon. För närvarande, teamet arbetar med interaktiva laboratoriedemonstrationer av tekniken med markrobotar.

"Vi hoppas kunna visa tekniken i aktion och att människor ska få en bättre uppskattning av det som har teoretiserats, "sa forskarna." Med dessa markrobotdemonstrationer, Vi är ständigt på jakt efter sponsorer och potentiella kunder. "

I framtiden, forskarna hoppas kunna vidareutveckla sitt tillvägagångssätt så att det kan användas i specifika inställningar, till exempel för militären, rymdfartshantering och säkerhets- och räddningsapplikationer. De har också nyligen publicerat en uppföljningspapper, som beskriver deras planer för att demonstrera tekniken i rymden.

"Våra stora planer framöver är att demonstrera tekniken i rymden, "sa forskarna." Vi har samarbetspartners som professor Vishnu Reddy som kan hjälpa oss att övervaka enstaka eller flera svärmar av rymdfarkoster med hjälp av toppmoderna teleskop från marken. Vi kan också montera dessa lasrar för att arbeta tillsammans, använder teleskop för att styra rymdfarkosten. "

© 2019 Science X Network