Le missioni spaziali hanno a lungo beneficiato di alcune operazioni autonome svolte a bordo di veicoli spaziali, ma con un forte aumento previsto del numero di satelliti in fase di lancio nei prossimi anni, i ricercatori utilizzano l'automazione e l'intelligenza artificiale per renderli più intelligenti ed efficaci.

Le aziende tecnologiche e i ricercatori vedono la possibilità di dare ai satelliti un maggiore controllo a bordo, per aggirare le difficoltà di comunicazione con la Terra e ridurre la necessità di una supervisione continua e di un intervento pratico a distanza. Ciò ridurrà i costi operativi e potenzialmente consentirà loro di svolgere compiti più sofisticati indipendentemente dai loro supervisori terrestri.

Più piccoli, veicoli spaziali autonomi potrebbero colmare le lacune nella copertura tra molto più grandi, satelliti per telecomunicazioni più costosi, o essere utilizzato in formazioni per monitorare il tempo spaziale o osservare la Terra da diverse prospettive contemporaneamente, come l'analisi tridimensionale in tempo reale delle nuvole o il monitoraggio dei pennacchi vulcanici.

Così facendo, sarebbero in grado di correggere e mantenere la loro traiettoria, evitare collisioni e supervisionare da solo i propri sistemi di bordo, il tutto a un costo di esercizio notevolmente inferiore.

Professor Klaus Schilling, cattedra di robotica e telematica presso l'Università di Würzburg in Germania, ha lavorato sulla tecnologia per gruppi di piccoli, satelliti autonomi per volare in formazione, comunicare direttamente tra loro per organizzare e coordinare le attività. Il successo segnerebbe una prima mondiale.

Rete

Per il costo di un satellite multi-tonnellata, vede la possibilità di utilizzare gruppi di piccoli satelliti – anche centinaia – per realizzare una rete di sensori. La flotta avrebbe bisogno di un coordinamento e un controllo più avanzati, ma sarebbe in grado di fornire una migliore risoluzione temporale e spaziale di un'imbarcazione gigante.

Mentre la miniaturizzazione può presentare difficoltà per i satelliti, come la suscettibilità al rumore nei circuiti elettronici, un software sofisticato può rilevare e correggere questi problemi e la cooperazione tra piccoli veicoli spaziali può anche migliorare le loro capacità, dice il prof. Schilling.

"Questo è anche il caso di un singolo satellite, ma diventa critico a livello multi-satellite, nell'ambito della formazione, " ha detto il prof. Schilling, che dirige anche la società di ricerca tedesca Center for Telematics.

Il suo progetto NetSat mira a lanciare quattro piccoli satelliti alla fine di quest'anno, orbitare attorno alla Terra e testare formazioni con vari gradi di autonomia, con la supervisione di un tocco leggero dal controllo a terra.

I satelliti saranno di circa 3 chilogrammi ciascuno – una mera frazione delle dimensioni dei satelliti più grandi – e saranno collocati in un'orbita terrestre bassa, circa 600 chilometri sopra la superficie.

Ad oggi, Il prof. Schilling e il suo team hanno utilizzato i satelliti già in orbita per sviluppare e dimostrare sistemi di comunicazione, posizionamento e orientamento, e stanno attualmente testando un sistema di propulsione elettrica per NetSat.

La tecnologia incorpora anche due decenni di apprendimento dalla ricerca sul controllo delle formazioni di robot mobili, estendendo in tre dimensioni il comportamento a sciame utilizzato per coordinare i rover terrestri.

Coordinata

I veicoli spaziali NetSat saranno in grado di coordinarsi tra loro su distanze da circa 100 chilometri fino a 10 metri, così come cambiare la loro formazione a seconda dei compiti che devono svolgere.

"Per noi sarà come avere un laboratorio nello spazio, dove possiamo fare molti test di funzionamento, molti test di controllo e molti test dei sensori, che ci aiuterà per le future missioni, " Ha detto il prof. Schilling.

NetSat funziona distribuendo la potenza di calcolo tra i satelliti in una formazione, ma un altro approccio in fase di esplorazione è quello di utilizzare l'intelligenza artificiale (AI) per aumentare l'autonomia del satellite.

L'intelligenza artificiale può rendere un satellite consapevole di ciò che lo circonda e decidere autonomamente quando e come svolgere compiti operativi, come raccogliere immagini, analizzarli ed elaborarli, e quindi selezionando solo i dati essenziali per il download sulla stazione terrestre.

L'obiettivo potrebbe essere quello di identificare obiettivi specifici che possono essere monitorati o tracciati, forse un edificio o una nave o un veicolo sulla superficie della Terra, o filtrando le nuvole per migliorare la qualità dell'immagine.

Un tale satellite potrebbe anche riconoscere nuovi eventi che necessitano di monitoraggio o anomalie che richiedono un intervento, afferma il dottor Lorenzo Feruglio, fondatore e amministratore delegato della start-up italiana di tecnologia spaziale AIKO, con sede a Torino.

"In un certo senso devi rilevare le condizioni e cosa sta succedendo e poi reagire a quelle condizioni in modo autonomo, utilizzando l'intelligenza artificiale piuttosto che gli algoritmi tradizionali, " disse il dottor Feruglio.

Dirige un progetto chiamato MiRAGE, che utilizza strumenti di intelligenza artificiale come il deep learning per automatizzare le operazioni satellitari.

Costo più basso

così intelligente, I sistemi di bordo basati sull'intelligenza artificiale assicurano che il veicolo spaziale possa completare i suoi compiti senza i ritardi nell'attesa di nuove istruzioni o decisioni dal controllo a terra, che possono quindi concentrarsi su questioni critiche piuttosto che su attività di routine, con livelli di personale nettamente ridotti e a costi molto inferiori.

Il software MiRAGE, alcuni dei quali affondano le radici nelle funzionalità richieste dai droni o dalle auto autonome, sarà lanciato come esperimento a bordo su un piccolo satellite nell'ultimo trimestre di quest'anno, in vista di essere implementato in futuro su veicoli spaziali più grandi. Uno degli obiettivi è dimostrare l'adattabilità dell'IA a diversi compiti e obiettivi di missione, inclusa la possibilità di esplorazione dello spazio profondo.

"Generalmente, L'intelligenza artificiale e il deep learning stanno dimostrando il loro valore in molti settori diversi e i vantaggi (per le missioni spaziali) sono ancora lontani dall'essere completamente esplorati, " ha aggiunto il dottor Feruglio.