スタンフォード大学、スウォーム型衛星自律航法の初の軌道上テストを実施

将来的には、大型で高価な個々の宇宙衛星の代わりに、科学者が「スウォーム」と呼ぶ小型衛星のチームが協力して動作し、精度、機敏性、自律性が向上するという。

こうしたチームの実現に取り組んでいる科学者の中には、スタンフォード大学のスペースランデブーラボの研究者もいる。同ラボは最近、無線ネットワークで共有される視覚情報のみを使用して衛星のスウォームをナビゲートできるプロトタイプシステムの軌道上テストを初めて完了した。

スタンフォード大学の航空宇宙工学准教授で本研究の主任著者であるシモーネ・ダミコ氏は、次のようにコメントする。

このテストは、スターリング編隊飛行光学実験、またはStarFOXと呼ばれている。このテストで、チームは搭載カメラから収集した視覚情報のみを使用して、連携して動作する4つの小型衛星の軌道（または軌道）を計算することに成功した。

ユタ州ローガンで開催された小型衛星会議の群集衛星専門家の集まりで、最初のStarFOXテストから得られた結果を発表した。この課題は10年以上にわたってチームを駆り立ててきたものだという。

群れの安定した航行は、かなりの技術的課題を伴う。現在のシステムは全地球航法衛星システム（GNSS）に依存しており、地上システムとの頻繁な通信が必要です。地球の軌道の外には深宇宙ネットワークがありますが、これは比較的遅く、将来の取り組みに容易に拡張できない。

さらに、どちらのシステムも、ダミコ氏が「非協力的物体」と呼ぶ、衛星を機能停止に陥れる可能性のある宇宙ゴミなどの物体を衛星が回避するのを助けることはできないという。

同様に、今日の小型カメラやその他のハードウェアの技術的要件と費用が最小限であることも、こうしたシステムの魅力を高めている。StarFOXのテストで使用されたカメラは、今日のどの衛星にも搭載されている、実績のある比較的安価な2Dカメラ、いわゆるスター・トラッカーだ。

StarFOXは、群をなす各衛星に搭載された単一カメラからの視覚的測定結果を統合する。昔の船乗りが六分儀を使って外洋を航海したのと同じように、背景にある既知の星のフィールドは、群をなす衛星への方位角を抽出するための基準として使用される。

これらの角度は、その後、正確な物理ベースの力モデルを通じて機内で処理され、周回軌道上の惑星（この場合は地球だが、月、火星、その他の惑星でも構わない）に対する衛星の位置と速度を推定する。

StarFOXは、スペースランデブー・ラボの角度のみの絶対および相対軌道測定システム（略してARTMS）を採用しており、3つの新しい宇宙ロボット・アルゴリズムを統合している。

画像処理アルゴリズムは、画像内の複数のターゲットを検出して追跡し、ターゲット方位角（宇宙ゴミなどの物体が互いに近づいたり離れたりする角度）を計算する。

次に、バッチ軌道決定アルゴリズムがこれらの角度から各衛星の大まかな軌道を推定する。最後に、シーケンシャル軌道決定アルゴリズムは、時間の経過とともに新しい画像を処理して群集軌道を改良し、搭載されている自律誘導、制御、衝突回避アルゴリズムにフィードする可能性がある。

データは衛星間通信リンク（またはワイヤレス・ネットワーク）を介して共有される。これらはすべて、GNSSなしでも驚くほどの精度で絶対および相対位置と速度を計算するために使用される。

最も困難な状況でも、StarFOXは単一の観測衛星のみを使用して、相対位置（個々の衛星間の位置）を距離の0.5%以内で計算することができた。複数の観測衛星を追加すると、誤差率はわずか0.1%に低下した。

スターリングのテストは十分に有望であると判断されたため、NASAは、現在StarFOX+として知られるこのプロジェクトを2025年まで延長し、これらの改善された機能をさらに調査し、将来の宇宙状況認識および測位技術への道を切り開いたとしている。

▶︎スタンフォード大学