Due tecnologie collaudate sono state combinate per creare una nuova tecnologia promettente in grado di affrontare le future sfide di navigazione nello spazio profondo. Può anche aiutare a dimostrare, per la prima volta, comunicazioni a raggi X nello spazio, una capacità che consentirebbe la trasmissione di gigabit al secondo in tutto il sistema solare.

La nuova tecnologia, chiamato NavCube, combina lo SpaceCube della NASA, una piattaforma di calcolo del volo veloce e riconfigurabile, con il ricevitore di volo Navigator Global Positioning System (GPS). Navigator GPS utilizza il segnale GPS per abilitare il posizionamento autonomo a bordo, navigazione, e tempistica anche in aree a segnale debole. Considerata una delle tecnologie abilitanti nella missione di punta Magnetospheric Multi-Scale (MMS) dell'agenzia, Navigator GPS è stato recentemente incluso nel Guinness World Records per il fix GPS alla massima altitudine.

"NavCube è più flessibile dei precedenti Navigatori grazie alle sue ampie risorse di calcolo. Inoltre, perché abbiamo aggiunto la capacità di elaborare segnali GPS modernizzati, NavCube ha il potenziale per migliorare significativamente le prestazioni a bassi, e specialmente, alta quota, potenzialmente anche nell'area dello spazio vicino alla luna e alle orbite lunari, " disse Luke Winternitz, Capo architetto del navigatore.

"Questo nuovo prodotto è un poster per i nostri sforzi di ricerca e sviluppo, " ha aggiunto Peter Hughes, il responsabile della tecnologia presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, la cui organizzazione ha finanziato lo sviluppo di tutte e tre le tecnologie e ha nominato il team NavCube vincitore di quest'anno del premio "Innovatori dell'anno" assegnato dalla sua organizzazione. "Sia SpaceCube che Navigator hanno già dimostrato il loro valore alla NASA. Ora la combinazione dei due offre alla NASA un altro strumento. Inoltre, la possibilità che possa aiutare a dimostrare le comunicazioni a raggi X nello spazio, una tecnologia in cui abbiamo anche interesse, è particolarmente eccitante".

Questa promettente tecnologia dovrebbe volare come uno dei numerosi esperimenti su un pallet esterno da dispiegare sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2018. Un'unità NavCube dimostrerà le sue capacità di navigazione ed elaborazione offerte dalla fusione dei suoi genitori tecnologici, mentre l'altro potrebbe potenzialmente fornire dati temporali precisi per un esperimento che dimostra le comunicazioni a raggi X, o XCOM.

"Una partita in cielo"

Come parte della potenziale dimostrazione XCOM, NavCube guiderà l'elettronica per un dispositivo chiamato Modulato X-ray Source, o MXS, che genera impulsi a raggi X a fuoco rapido, accendersi e spegnersi più volte al secondo. Queste pulsazioni a fuoco rapido possono essere utilizzate per codificare bit digitali per la trasmissione di dati. È stato sviluppato come banco di prova per convalidare l'esploratore della composizione interna della stella di neutroni della NASA, o PI PIACEVOLE, che principalmente studierà le stelle di neutroni e i loro parenti prossimi in rapida rotazione, pulsar, quando verrà lanciato come carico utile di una stazione spaziale collegata nel 2017.

XCOM è una delle due dimostrazioni tecnologiche che i principali investigatori di NICER Keith Gendreau e Zaven Arzoumanian vogliono dimostrare con NICER. Per dimostrare XCOM unidirezionale, il team installerà MXS sul pallet dell'esperimento dove trasmetterà i dati tramite raggi X ai ricevitori di NICER posizionati a 166 piedi di distanza sul lato opposto del traliccio della stazione spaziale.

Il compito di NavCube è eseguire l'interruttore di accensione e spegnimento di MXS, disse Jason Mitchell, un ingegnere di Goddard che ha contribuito a far progredire la MXS. Poiché NavCube combina l'elaborazione ad alta velocità di SpaceCube con la capacità di Navigator di tracciare i segnali GPS, il team vuole anche sperimentare la gamma di raggi X, una tecnica per misurare le distanze tra due oggetti.

"NavCube ha fornito la soluzione migliore per eseguire questo esperimento, " Ha detto Mitchell. "La combinazione di queste potenti tecnologie è stato un matrimonio fatto in paradiso".

Sebbene la maggior parte della tecnologia sia pronta, il team sta ancora cercando ulteriori finanziamenti per completare un MXS pronto per lo spazio, compreso il suo alloggiamento e l'alimentatore ad alta tensione. "Abbiamo la maggior parte dell'hardware, ma ho bisogno di un po' più di supporto per completare il pacchetto XCOM, "ha detto Jenny Donaldson, che sta guidando lo sviluppo del payload NavCube. "Questa è una grande opportunità per dimostrare NavCube e, se tutto va come previsto, comunicazioni a raggi X, " lei disse.

Ricco patrimonio

NavCube fa risalire la sua discendenza a due tecnologie già collaudate:SpaceCube 2.0 e Navigator GPS. SpaceCube 2.0, uno in una famiglia di processori integrati, è da 10 a 100 volte più veloce dei processori di volo più tradizionali. Avendo volato molte volte prima, anche su pallet di esperimenti precedenti, SpaceCube ora gode di un crescente elenco di clienti, comprese future missioni di assistenza robotica di alto profilo.

Il ricevitore Navigator GPS Flight è stato appositamente progettato per rilevare, acquisire, e traccia i deboli segnali GPS per la missione MMS della NASA. Navigator ora sta fornendo informazioni di posizionamento ai quattro veicoli spaziali che devono volare in un particolare, formazione di volo ad alta quota per raccogliere dati scientifici. Dal lancio di MMS, Navigator ha stabilito dei record, un risultato recentemente riconosciuto dal Guinness World Records per aver fornito il fix GPS alla massima altitudine. Nel punto più alto dell'orbita MMS, Navigator ha tracciato fino a 12 satelliti GPS. Inizialmente il team si aspettava di rilevare non più di due o tre satelliti GPS.

Barry Geldzahler, capo scienziato e capo tecnologo per il programma di comunicazione e navigazione spaziale (SCaN) della NASA, che ha anche fornito ulteriori finanziamenti per questo progetto, ha visto i benefici che questa tecnologia potrebbe portare alla NASA nella fase iniziale.

"Sapevamo che la velocità di elaborazione di SpaceCube e la capacità di tracciamento di Navigator potevano essere una potente combinazione, " ha detto Geldzahler. "Il compito successivo era capire come renderlo più piccolo e aumentare la sensibilità per applicazioni di missione più flessibili".

"Al tempo, avevamo bisogno di un più robusto, piattaforma di elaborazione riprogrammabile ed estensibile, " ha aggiunto Monther Hasouneh, Il capo hardware di NavCube. "SpaceCube era già lì. Inoltre, abbiamo pensato che anche le missioni che utilizzano SpaceCube 2.0 come processore di dati scientifici potrebbero trarre vantaggio dall'avere un ricevitore GPS come componente aggiuntivo a basso costo, " Ha aggiunto.

Hasouneh e il suo team hanno portato il software e il firmware Navigator nella piattaforma riprogrammabile SpaceCube e hanno sviluppato una scheda a radiofrequenza GPS compatibile, e così facendo, Dimensioni ridotte del navigatore. Il team ha anche aggiunto nuove capacità del segnale GPS e una maggiore sensibilità di Navigator per renderlo appropriato per una gamma più ampia di applicazioni.