NASA завершила тестування технологій для місячних місій з CAPSTONE

У рамках підготовки до тривалої присутності людини на Місяці, NASA активно працює над місіями, які вимагатимуть від космічних апаратів здатності до навігації та зв'язку без прямого з'єднання з Землею.

Для перевірки та вдосконалення цих можливостей було запущено експериментальний апарат CAPSTONE, що означає "Технології автономного позиціонування в цислунарному просторі". Запущений у червні 2022 року, CAPSTONE став першим комерційним місією США на Місяць. Апарат тестував операції в трьохтілесних орбітах навколо Місяця, використовуючи комбінацію гравітаційних полів Землі та Місяця для зменшення витрат пального, необхідного для підтримки стабільного місячного шляху. Він став першим космічним апаратом, який здійснив політ і охарактеризував цю орбіту для майбутніх наукових місій. Керований компанією Advanced Space, CAPSTONE отримав продовження місії на 15 місяців, ставши платформою для тестування новітніх технологій зв'язку, мережевих рішень, автономної навігації та супутникових технологій з програмним визначенням.

Замість запуску нового супутника, NASA продемонструвала, що існуюче обладнання CAPSTONE може підтримувати нові програми після запуску, перетворюючи апарат на економічну та гнучку платформу для демонстрації технологій на місяці. Дослідження та технологічна місія NASA тепер використовуватимуть дані для демонстрації інноваційних мережевих та навігаційних методів у майбутніх експериментах.

"Виконання кількох експериментів одночасно на одному космічному апараті дозволяє NASA оцінити, як ці технології працюють разом у реальному місячному середовищі", - зазначив Грег Стовер, директор відділу передових досліджень і технологій NASA. "Інвестиції в автономні операції та надійну комунікаційну інфраструктуру є важливими для забезпечення лідерства США, оскільки активність навколо Місяця продовжує зростати".

Два експерименти на борту CAPSTONE використовували програмно визначену інфраструктуру для вдосконалення двох ключових елементів майбутніх місій: автономної навігації та зв'язку в глибокому космосі. Програмне забезпечення для автономної навігації, управління та контролю, відоме як autoNGC, розроблене для того, щоб космічний апарат міг самостійно визначити своє місцезнаходження, напрямок руху та спосіб досягнення мети без очікування інструкцій з Землі. Хоча деякі частини програмного забезпечення вже використовувалися в орбіті Землі, CAPSTONE став першим, хто протестував autoNGC на Місяці.

"Щоб дійсно продемонструвати, що щось працює, потрібно це випробувати в польоті", - підкреслив Сон Хур-Діас, провідний дослідник проекту autoNGC в Центрі космічних польотів Годдарда. "Реальне середовище є ключовим".

Дослідники також оцінювали, як autoNGC працює при обмеженому контакті з Землею. Поки антени Глибокої космічної мережі NASA підтримували екіпаж тестового польоту Artemis II навколо Місяця, зв'язок CAPSTONE зменшився до кількох проходів на тиждень. Ці перерви стали однією з найцінніших перевірок експерименту. Без даних з Землі autoNGC визначив місцезнаходження CAPSTONE за допомогою камери-стара трекера, що зображає Місяць, Землю та інші небесні тіла. Система на основі камери, відома як оптична навігація, часом перевершувала методи навігації на основі даних з Землі, просуваючи технології для майбутніх місій у глибокий космос.

Поряд з тестуванням автономної навігації, CAPSTONE також випробував мережі, стійкі до затримок та перерв (DTN), архітектуру зв'язку, призначену для глибококосмічних місій. На відміну від наземних інтернет-систем, зв'язок у глибокому космосі повинен функціонувати незважаючи на тривалі затримки та часті перерви сигналу. Система DTN вирішує ці проблеми, зберігаючи інформацію на космічному апараті, коли немає з'єднання, і автоматично пересилаючи її, як тільки зв'язок відновлюється. Завдяки цим демонстраціям CAPSTONE став першим, хто протестував останні протоколи DTN за межами орбіти Землі та першим, хто запустив їх у ядрі системи польотів NASA.

В одному з експериментів інженери почали передавати дані з CAPSTONE на Землю, але зв'язок обірвався до завершення передачі. Космічний апарат зберіг залишкові дані до наступної можливості зв'язку, і передача відновилася автоматично. Кожен шматок даних успішно дійшов до місця призначення.

"Ви можете уявити астронавта, який проходить за місячним пагорбом або спускається в кратер і тимчасово втрачає зв'язок", - зазначив Бен Андерсон, системний інженер для Мережі близького космосу в Центрі космічних польотів Годдарда. "Ця технологія дозволяє автоматично повторно передавати дані, як тільки зв'язок відновлюється".

Окрім основних досягнень, CAPSTONE продемонстрував, що нові технології можуть бути економічно ефективно протестовані та підтверджені безпосередньо в умовах їх експлуатації.

Після майже чотирьох років розвитку технологій, діяльність NASA на CAPSTONE завершиться в червні 2026 року, в той час як Advanced Space продовжить використовувати космічний апарат як платформу для розробки технологій.

Космічний апарат CAPSTONE був спроектований і виготовлений компанією Terran Orbital та належить і експлуатується компанією Advanced Space. Місію управляла Дослідна та технологічна місія NASA через програму малих космічних апаратів і розподілених систем, розташовану в Центрі досліджень NASA в Кремнієвій долині, Каліфорнія. Елементи технологічного комплексу CAPSTONE були підтримані програмою інноваційних досліджень малих підприємств NASA. Демонстрації autoNGC та DTN, проведені під час розширеної місії CAPSTONE, були керовані відділом SCaN NASA, розташованим у Вашингтоні.