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一組四顆衛(wèi)星的成長插圖-矩形單元，太陽能電池板從兩側(cè)延伸到頂部-以地球?yàn)楸尘啊Ｃ绹访绹詈骄值挠詈?strong>Starling任務(wù)將在低地球軌道的四顆立方體衛(wèi)星上測(cè)試自主群體導(dǎo)航的新技術(shù)。位于加州硅谷的局艾美國宇航局艾姆斯研究中心對(duì)蜂群技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年。鳴謝:藍(lán)色峽谷技術(shù)公司/美國宇航局
（神秘的科學(xué)地球uux.cn）據(jù)美國宇航局：團(tuán)隊(duì)合作讓夢(mèng)想成真，在美國宇航局，衛(wèi)星這不僅僅適用于人類。成長位于加州硅谷的美國姆美國宇航局艾姆斯研究中心的研究人員正在開發(fā)衛(wèi)星群，這是宇航一組作為一個(gè)單元一起工作的航天器，而不是局艾由任務(wù)控制器單獨(dú)管理。蜂群的科學(xué)自主能力將使新類型的科學(xué)和探索成為可能，尤其是衛(wèi)星當(dāng)它們探索更深的太空時(shí)。
埃姆斯對(duì)蜂群技術(shù)的成長研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年。今年夏天，美國姆隨著美國宇航局向太空發(fā)射Starling任務(wù)，宇航群體科學(xué)將達(dá)到一個(gè)重要的里程碑。它將測(cè)試讓四個(gè)航天器在沒有地面資源的情況下協(xié)調(diào)運(yùn)行的技術(shù)。斯塔林的實(shí)驗(yàn)結(jié)果將會(huì)引起艾姆斯研究人員的極大興趣，他們現(xiàn)在正在準(zhǔn)備未來的蜂群任務(wù)來研究太陽。
成功群體之路
群體不要與星座相混淆，盡管兩者都指的是為一個(gè)共同目標(biāo)而工作的一組航天器。如果你單獨(dú)操作許多航天器，你就有了一個(gè)星座。雖然在某些情況下是有用的，但增加它們的數(shù)量會(huì)使成本和任務(wù)復(fù)雜性飆升。
相比之下，多才多藝，自我協(xié)調(diào)的群體。這些航天器知道如何相互通信，監(jiān)控和保持它們的相對(duì)間距，并機(jī)動(dòng)到每個(gè)需要的地方。他們將能夠作為一個(gè)小組收集數(shù)據(jù)，決定團(tuán)隊(duì)中的哪個(gè)成員最適合進(jìn)行最佳測(cè)量，哪個(gè)成員應(yīng)該將數(shù)據(jù)傳送到地球。這大大簡化了地面控制人員的工作，否則他們需要指揮每個(gè)航天器來滿足任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。
“在過去，這是不可能做到的，因?yàn)槲覀儽仨殕为?dú)控制每個(gè)航天器，”埃姆斯的飛行項(xiàng)目經(jīng)理巴特勒·海因說。“但小型衛(wèi)星技術(shù)的出現(xiàn)給了我們新的可能性和改變運(yùn)營方式的機(jī)會(huì)。”
Ames成為利用立方體衛(wèi)星和小型衛(wèi)星(SmallSats)執(zhí)行創(chuàng)新的、具有成本效益的任務(wù)、測(cè)試技術(shù)和進(jìn)行空間生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的先驅(qū)。一旦立方體衛(wèi)星和小衛(wèi)星成熟了，海恩就成了他戲稱的“蜂群沙皇”他的工作是創(chuàng)建一個(gè)群體技術(shù)的路線圖，確定那些已經(jīng)存在的技術(shù)，以及艾姆斯需要投資的缺失技術(shù)，以使群體科學(xué)任務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。他研究了埃姆斯正在調(diào)查的核心技術(shù)，并幫助規(guī)劃了一條路線，以進(jìn)一步投資，使群體科學(xué)任務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。
群體協(xié)作的早期例子是節(jié)點(diǎn)任務(wù)。2016年5月，該項(xiàng)目將兩顆衛(wèi)星送入地球軌道，以測(cè)試它們的通信和協(xié)商能力，這將把它們的數(shù)據(jù)下行傳輸?shù)降孛娴娜蝿?wù)控制中心。

美國宇航局的節(jié)點(diǎn)衛(wèi)星是一對(duì)紙巾盒大小的立方體衛(wèi)星，于2016年5月16日從國際空間站部署，以展示對(duì)未來航天器群運(yùn)行至關(guān)重要的新網(wǎng)絡(luò)能力。鳴謝:美國宇航局
兩個(gè)航天器組成一個(gè)非常小的群體。但是節(jié)點(diǎn)標(biāo)志著重要的一步。畢竟，良好的溝通是任何團(tuán)隊(duì)成功的關(guān)鍵。
在此基礎(chǔ)上，艾姆斯的研究人員開發(fā)了分布式航天器自主項(xiàng)目。DSA正在通過模擬研究和發(fā)射航天器使對(duì)未來群體至關(guān)重要的技術(shù)趨于成熟。這將使蜂群有能力為自己計(jì)劃和安排衛(wèi)星在不同條件下進(jìn)行的操作。群體可以自行決定何時(shí)何地進(jìn)行最有成效的科學(xué)觀察，并在特定時(shí)間將工作委托給最合適的個(gè)人。DSA團(tuán)隊(duì)測(cè)試其群集算法的虛擬模擬包括以協(xié)調(diào)方式操作100顆小衛(wèi)星。很快，DSA將首次由所有四個(gè)Starling航天器在太空中進(jìn)行測(cè)試。
這些共享的計(jì)劃能力在艾姆斯有很深的根基，特別是在航空學(xué)和載人航天研究方面。例如，埃姆斯領(lǐng)導(dǎo)著美國宇航局的Astrobee項(xiàng)目，這是一組在國際空間站上的自由漂浮機(jī)器人，它們正在學(xué)習(xí)在沒有宇航員干預(yù)的情況下協(xié)調(diào)和執(zhí)行支持任務(wù)。
蜂群使科學(xué)成為可能
我們與合作的宇宙飛船團(tuán)隊(duì)越深入太陽系，他們的自主性就變得越重要。通信信號(hào)傳播所需的時(shí)間和數(shù)據(jù)帶寬的限制使得直接控制多顆深空衛(wèi)星變得不切實(shí)際。群集提供了新的機(jī)會(huì)，例如定位多個(gè)小型航天器作為一個(gè)非常大的天文臺(tái)，就像一個(gè)具有巨大視野的望遠(yuǎn)鏡。
“蜂群給了你很多額外的能力，”斯塔林在埃姆斯的項(xiàng)目經(jīng)理霍華德·坎農(nóng)說。“他們讓你進(jìn)行多點(diǎn)科學(xué)測(cè)量。由于多個(gè)航天器的冗余，它們更加堅(jiān)固。由于他們可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)做出快速和自主的反應(yīng)，他們可以說，“哦，有一些有趣的東西！我需要去看看。"
巴特勒·海恩的最新作品肯定會(huì)欣賞這些品質(zhì)。今天，他是HelioSwarm的項(xiàng)目經(jīng)理，這是一項(xiàng)在埃姆斯管理的任務(wù)，將發(fā)送一個(gè)群體來揭開太陽風(fēng)的一些秘密。八顆小衛(wèi)星和一個(gè)中心“中樞”航天器將首次在大范圍的距離內(nèi)同步捕捉太陽風(fēng)湍流的空間測(cè)量結(jié)果。太陽風(fēng)湍流是指從太陽連續(xù)流出的帶電粒子流的中小尺度波動(dòng)。
我們傾向于認(rèn)為協(xié)同作用是人類團(tuán)隊(duì)在和諧地一起工作時(shí)實(shí)現(xiàn)的——但對(duì)于航天器來說并沒有太大的不同。美國宇航局的專家?guī)ьI(lǐng)航天器群走向成熟，他們的目標(biāo)也是這些合作衛(wèi)星，為未來的空間科學(xué)帶來希望。
合作伙伴:
空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的美國航天局小型航天器技術(shù)計(jì)劃資助和管理Starling任務(wù)。位于加利福尼亞州硅谷的美國宇航局艾姆斯研究中心領(lǐng)導(dǎo)Starling項(xiàng)目，提供有效載荷航空電子設(shè)備和軟件、航天器集成和測(cè)試以及任務(wù)操作。美國宇航局在空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)內(nèi)的游戲改變發(fā)展計(jì)劃為DSA實(shí)驗(yàn)提供資金。
對(duì)于新聞媒體:
對(duì)報(bào)道這一主題感興趣的新聞媒體成員應(yīng)與美國航天局艾姆斯新聞編輯室聯(lián)系。
作者:：艾比·塔博爾，美國宇航局艾姆斯研究中心