CAPSTONE завершает испытания технологий для лунных миссий NASA

NASA активно готовится к устойчивому присутствию человека на Луне, что требует от космических аппаратов способности навигации и связи без прямой зависимости от Земли. В этой связи, экспериментальная миссия CAPSTONE, или Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment, сыграла ключевую роль в валидации и развитии таких технологий.

Запущенный в июне 2022 года, CAPSTONE стал первой коммерческой миссией США к Луне. Аппарат провел тестирование операций в трехтелах орбитах вокруг Луны, используя комбинированную гравитацию Земли и Луны для снижения расхода топлива, необходимого для поддержания стабильного лунного пути. Он стал первым космическим аппаратом, который пролетел и охарактеризовал эту орбиту, что откроет новые горизонты для будущих исследований и научных миссий. CAPSTONE, управляемый компанией Advanced Space, получил продление миссии на 15 месяцев, что позволило ему стать испытательной платформой для передовых технологий связи, навигации и автономных систем. {{img:123}}

Одним из значительных достижений CAPSTONE стало то, что NASA продемонстрировала возможность использования уже существующего оборудования для размещения новых приложений после запуска. Это превратило аппарат в экономически эффективную и гибкую платформу для демонстрации лунных технологий. Данные, собранные в ходе миссии, будут использованы подразделением NASA SCaN (Space Communications and Navigation) для демонстрации инновационных методов связи и навигации в будущих экспериментах.

"Одновременная работа нескольких экспериментов на одном аппарате позволяет NASA оценить, как эти технологии взаимодействуют друг с другом в реальной лунной среде", — отметил Грег Стовер, директор Отдела передовых исследований и технологий в NASA. "Инвестиции в автономные операции и устойчивую инфраструктуру связи необходимы для обеспечения лидерства США на фоне растущей активности вокруг Луны".

На борту CAPSTONE проводились два эксперимента, которые использовали программно-определяемую инфраструктуру для совершенствования автономной навигации и глубококосмической связи. Программное обеспечение автонavigation, Guidance, and Control (autoNGC) позволяет космическому аппарату самостоятельно определять свое местоположение и маршрут, не дожидаясь указаний с Земли. Хотя некоторые компоненты этого ПО ранее использовались в земной орбите, CAPSTONE стал первым аппаратом, который протестировал autoNGC на Луне. {{img:123}}

"Чтобы действительно продемонстрировать, что технология работает, ее нужно испытать в полете", — сказал Сон Хур-Диас, ведущий исследователь проекта autoNGC в Центре космических полетов Годдарда NASA. "Реальная среда имеет решающее значение".

Исследователи также оценили, как работает autoNGC при ограниченном контакте с Землей. Во время поддержки полета Artemis II, связи с CAPSTONE были доступны всего несколько раз в неделю. Эти перерывы стали ценным испытанием для эксперимента. Без данных с Земли, autoNGC определил местоположение CAPSTONE с помощью onboard star tracker камеры, которая фиксировала Луну, Землю и другие небесные тела. Система оптической навигации иногда превосходила наземные методы, что способствовало развитию технологий для будущих глубококосмических миссий. {{img:123}}

Кроме тестирования автономной навигации, CAPSTONE также испытал архитектуру связи, устойчивую к задержкам и сбоям (DTN), разработанную для глубококосмических миссий. В отличие от земных интернет-систем, глубококосмическая связь должна функционировать даже при длительных задержках и частых разрывах сигнала. Система DTN решает эти проблемы, сохраняя информацию на борту аппарата в отсутствие соединения и автоматически передавая ее, когда связь восстанавливается. CAPSTONE стал первым аппаратом, который использовал новейшие протоколы DTN за пределами орбиты Земли и первым, который внедрил их в основную систему полета NASA.

В одном из экспериментов инженеры начали передавать данные с CAPSTONE на Землю, но связь прервалась до завершения передачи. Аппарат сохранил оставшиеся данные до следующей возможности связи, и передача возобновилась автоматически. Каждое сообщение было успешно доставлено. {{img:123}}

"Представьте себе астронавта, который прячется за лунным холмом или спускается в кратер и временно теряет связь", — сказал Бен Андерсон, инженер-системотехник из Near Space Network при NASA. "Эта технология позволяет автоматически повторно передавать данные, как только связь восстанавливается".

Помимо основных достижений, вторая жизнь CAPSTONE в качестве платформы для программно-определяемого тестирования продемонстрировала, что новые технологии можно эффективно тестировать и подтверждать непосредственно в их рабочей среде. После почти четырех лет работы над технологиями, деятельность NASA по CAPSTONE завершится в июне 2026 года, в то время как Advanced Space продолжит использовать аппарат как тестовую платформу для разработки технологий.

Космический аппарат CAPSTONE был спроектирован и построен компанией Terran Orbital и управляется Advanced Space. Миссия находилась под управлением Директората исследований и технологий NASA в рамках программы малых космических аппаратов и распределенных систем, базирующейся в Центре исследований NASA Эймс в Кремниевой долине Калифорнии. Элементы технологического комплекса CAPSTONE были поддержаны программой малых инновационных исследований NASA. Демонстрации autoNGC и DTN, проведенные в ходе продленной миссии CAPSTONE, находились под управлением подразделения NASA SCaN, расположенного в Вашингтоне.