En mayo de 2022, un cohete SpaceX Falcon 9 puso en órbita la misión Transporter-5. La misión contenía una colección de micro y nanosatélites de la industria y el gobierno, incluido uno del MIT Lincoln Laboratory llamado Agile MicroSat (AMS).
La misión principal de AMS es probar las capacidades de maniobra automatizadas en el tumultuoso entorno de órbita terrestre muy baja (VLEO), comenzando a 525 kilómetros sobre la superficie y descendiendo. VLEO es una ubicación desafiante para los satélites porque la mayor densidad del aire, junto con el clima espacial variable, provoca un arrastre mayor e impredecible que requiere maniobras frecuentes para mantener la posición. Usando un sistema comercial de propulsión de iones eléctricos y algoritmos personalizados, AMS está probando qué tan bien puede ejecutar la navegación y el control automatizados durante un período de misión inicial de seis meses.
“AMS integra la propulsión eléctrica y la navegación autónoma y los algoritmos de control de orientación que impulsan gran parte de la operación del propulsor en la nave espacial, algo así como un automóvil autónomo”, dice Andrew Stimac, quien es el investigador principal del programa AMS y el líder del Grupo de Conceptos y Sistemas Integrados del laboratorio.
Stimac ve a AMS como una especie de misión pionera en el campo de la autonomía de los satélites pequeños. La autonomía es esencial para respaldar el creciente número de lanzamientos de pequeños satélites para la industria y la ciencia porque puede reducir el costo y la mano de obra necesarios para mantenerlos, permitir misiones que requieren respuestas rápidas e improvisadas y ayudar a evitar colisiones en un cielo ya abarrotado. .
AMS es la primera prueba de un nanosatélite con este tipo de capacidad de maniobra automatizada.
AMS utiliza un propulsor de propulsión eléctrica que se seleccionó para cumplir con las limitaciones de tamaño y potencia de un nanosatélite al tiempo que proporciona suficiente empuje y resistencia para permitir misiones de varios años que operan en VLEO. El software de vuelo, llamado Bus Hosted Onboard Software Suite, fue diseñado para operar de manera autónoma el propulsor para cambiar la órbita de la nave espacial.
Los operadores en tierra pueden dar a AMS un comando de alto nivel, como descender y mantener una órbita de 300 kilómetros, y el software programará encendidos de propulsores para lograr ese comando de forma autónoma, utilizando las mediciones del receptor GPS integrado como retroalimentación. Este software experimental es independiente del software de vuelo del autobús, lo que permite a AMS probar de forma segura sus nuevos algoritmos sin poner en peligro la nave espacial.
“Uno de los habilitadores de AMS es la forma en que creamos este entorno limitado de software a bordo de la nave espacial”, dice Robert Legge, otro miembro del equipo de AMS. “Tenemos nuestro propio software alojado que se ejecuta en la computadora de vuelo principal, pero está separado del software crítico de aviónica de salud y seguridad. Básicamente, puede ver esto como un pequeño entorno de desarrollo en la nave espacial donde podemos probar diferentes algoritmos. “
AMS tiene dos misiones secundarias llamadas Camera y Beacon. La misión de la cámara es tomar fotos y videos cortos de la superficie de la Tierra mientras AMS se encuentra en diferentes posiciones de órbita terrestre baja.
“Una de las cosas que esperamos demostrar es la capacidad de responder a los eventos actuales”, dice Rebecca Keenan, quien ayudó a preparar la carga útil de Camera. “Podíamos escuchar algo que sucedió, como un incendio o una inundación, y luego responder bastante rápido para maniobrar el satélite para obtener una imagen”.
Keenan y el resto del equipo de AMS están colaborando con el programa DisasterSat del laboratorio, cuyo objetivo es mejorar las canalizaciones de procesamiento de imágenes satelitales para ayudar a las agencias de socorro a responder a los desastres con mayor rapidez. Los pequeños satélites que podrían programar operaciones a pedido, en lugar de planificarlas con meses de anticipación antes del lanzamiento, podrían ser un gran activo para los esfuerzos de respuesta a desastres.
La otra carga útil, Beacon, está probando nuevas capacidades de óptica adaptativa para rastrear objetivos que se mueven rápidamente mediante el envío de luz láser desde el satélite en movimiento a una estación terrestre en el Observatorio Haystack del laboratorio en Westford, Massachusetts.
Habilitar la puntería láser precisa desde un satélite ágil podría ayudar a muchos tipos diferentes de misiones espaciales, como las comunicaciones y el seguimiento de los desechos espaciales. También podría usarse para programas emergentes como Breakthrough Starshot, que está desarrollando un satélite que puede acelerar a altas velocidades utilizando una vela de luz propulsada por láser.
“Hasta donde sabemos, esta es la primera estrella guía artificial en órbita que se ha lanzado con un propósito dedicado a la óptica adaptativa”, dice Lulu Liu, quien trabajó en la carga útil de Beacon. “Teóricamente, el láser que lleva se puede maniobrar en posición en otra nave espacial para apoyar una gran cantidad de misiones científicas en diferentes regiones del cielo”.
El equipo desarrolló Beacon con un presupuesto y un cronograma estrictos y espera que su éxito acorte el ciclo de diseño y prueba de los sistemas de transmisores láser de próxima generación. “La idea es que podríamos tener varios de estos volando en el cielo a la vez, y un sistema de tierra puede apuntar a uno de ellos y obtener información casi en tiempo real sobre su desempeño”, dice Liu.
AMS pesa menos de 12 kilogramos con dimensiones 6U (23 x 11 x 36 centímetros). El autobús fue diseñado por Blue Canyon Technologies y el propulsor fue diseñado por Enpulsion GmbH.
Legge dice que el programa AMS fue abordado como una oportunidad para que Lincoln Laboratory mostrara su capacidad para realizar trabajos en el dominio espacial de manera rápida y flexible. Algunos obstáculos importantes para el rápido desarrollo de la nueva tecnología espacial han sido los plazos prolongados, los altos costos y la tolerancia al riesgo extremadamente baja asociada con los programas espaciales tradicionales. “Queríamos demostrar que realmente podemos hacer prototipos y pruebas rápidas de hardware y software espacial en órbita a un costo asequible”, dice Legge.
“AMS muestra el valor y el rápido tiempo de puesta en órbita que ofrece la asociación con socios comerciales espaciales rápidos para tecnologías de bus central de naves espaciales y operaciones de lanzamiento y segmento terrestre, al tiempo que permite que el laboratorio se centre en conceptos de misión innovadores, componentes y cargas útiles avanzados y algoritmos. y software de procesamiento”, dice Dan Cousins, gerente de programas de AMS. “El equipo de AMS agradece el apoyo de la Oficina de Tecnología del laboratorio por permitirnos mostrar un modelo operativo efectivo para programas espaciales rápidos”.
AMS tomó su primera imagen el 1 de junio, completó la puesta en marcha de su propulsor en julio y comenzó a descender hacia su posición objetivo de VLEO.
Con información del Massachusetts Institute of Technology
