使用激光束进行航天器群的通信和协调陈浩峰
2022-07-07 18:30:25 战旗娱乐网
使用激光束进行航天器群的通信和协调
小型航天器群可能具有各种有趣的应用，尤其是在地球观测，全球定位和通信方面。与大型航天器相比，小型航天器具有更大的孔径，可以更好地观察地面和太空目标。
尽管它们具有显着的优势，但到目前为止，有效地一次操作大量航天器已被证明是非常具有挑战性的现有方法通常依赖于众多地面运营商的工作，这可能是昂贵的，从而阻止了技术的扩展。
亚利桑那大学的一组研究人员最近开发了一种用于协调和控制航天器群的新方法，这种方法可能更易于大规模实施。在arXiv上预先发表的一篇论文中概述了他们的方法，该方法使用激光束来组织和管理一大批航天器。
进行这项研究的研究人员通过电子邮件告诉TechXplore，“超过10年的时间，我们一直在研究控制一群人和大量机器人/无人飞行器/航天器的方法。” “我们的某些技术是完全自主的，没有人在回路中，在其他情况下，我们有人与机器人并存。”
在他们以前的工作中，研究人员试图开发直观的方法来有效控制10到数千个机器人。他们希望这些方法是直观的，因为这将简化操作员的培训，最终减少他们的压力水平，尤其是在紧缩时间。
激光手势的视频演示，用于在实验室中控制轮式机器人。
研究人员解释说：“我们的想法是受乐团中指挥的作用启发的。” “这个人的任务是协调许多音乐家的努力。
我们认为一次控制许多音乐家的类比非常适合控制许多航天器/无人机/无人飞行器等。
因此，我们寻找一种可以操作的物理方式就像指挥乐队中指挥太空飞船的指挥一样。用魔杖是不可能的，但是使用激光束绝对可靠。”
研究人员开发的技术可以使用太阳能电池板作为传感设备来感应航天器上的激光束。
在阳光下发电的太阳能电池板也可以独立感应激光。太阳能电池板恰好占据了太空卫星上最大的表面积，因此它们可能是航天器的理想传感设备。
研究人员观察到，太阳能电池板可以分成小正方形，类似于监视器上的像素，可以用来感应激光。
激光照射到太阳能电池板的不同位置可能导致不同的命令，太阳能电池板变得几乎像智能手机上的触摸屏。作为备份，研究人员还战略性地将数码相机放置在航天器上，以检测太空中的激光运动。
激光手势控制架构的图片。注意挂锁指示加密以确保消息的解码/编码。
他们的方法是使用从地面或从指挥和控制航天器发出的激光束来组织和管理大型机群。
群中的每颗卫星都会拥有一个“智能皮肤”，其中包括太阳能电池板，电源和控制电路以及一个嵌入式辅助推进装置。
激光束将与群的各个成员上的太阳能电池板相互作用，从而使操作员可以在航天器组中选择一个“领导者”并为编队飞行设置参数。
研究人员说：“从某种意义上说，我们的技术看上去就像是《恩德游戏》一书中的场景，在那里，您只有几个操作员才能控制成百上千的航天器和机器人。” “有了这项技术，就有可能在太阳能电池板上的激光周围移动，并使电池板感应到该移动信号。”
应用于航天器太阳能电池板的手势命令示例。
研究人员设计的界面完全基于手势和手部动作，因此不需要操纵杆或大量的编码。使用他们的技术，操作员将能够简单地通过在太阳能板上“绘制”特定的标志或手势来向航天器传递消息。
研究人员解释说：“我们的方法可以变得直观。” “例如，如果您要使用这种激光来选择航天器，则只需使用激光在太阳能板上绘制一个快速圆圈。
因此，您可以使用手势和命令字母来执行各种基本命令和控制您可以选择一个领导者航天器和属于该组的航天器，将它们分成一个或多个组，可以绘制轨迹/路径，并使整个航天器都遵循该路径，依此类推。 ”
现有的大多数控制航天器群的方法都需要使用两个终端，一个用于操作员，一个用于航天器，也可以使用操纵杆进行控制。通常使用行或指令集来给出命令，这使操作员更容易犯错误。
向航天器发送错误的指令可能会造成灾难性后果，有可能终止飞行任务并造成数百万或数十亿美元的损失。研究人员设计的基于手势的方法可以简化对飞船群的控制，从而防止错误和与命令相关的混乱。
研究人员说：“当您在3维，微重力环境中工作时，控制航天器的机群/群是具有挑战性的。” “太空中没有上升，下降等。我们控制许多航天器的方法超越了这些问题，使人类操作员不必去描绘事物，而让他们采取这样的行动。
直观的理解是，引起的主要关注是黑客和邪恶的个人可以学习相同的手势并控制一队航天器。尽管如此，在我们看来，安全并不是事后的想法，而是系统的基础。”
智能皮肤架构允许太阳能电池板解码激光手势并传输能量等。
在开发系统时，研究人员会优先考虑其安全性。例如，激光信号本身可以被编码并不断地传递调制的密码字符串。这意味着，尽管另一个操作员可能能够看到操作中涉及的手势，但他们将需要访问代码来命令其他航天器。
在附近处理另一群航天器的操作员可能需要查看命令手势的指示，因为这将有助于协调群与群之间的交互。
研究人员设计的方法允许附近的操作员查看这些手势，但可以防止他们入侵系统并控制其他群体。对于需要更高安全性的任务，信号也可以进一步编码，从而完全防止其他人弄清楚命令。
研究人员说：“总的来说，这种方法可以在指挥舰队或飞船群时增加透明度。” “在某些情况下，为了安全起见，对于周围的其他人来说，了解正在发生的事情并了解正在执行的手势命令非常重要，而在其他情况下，则必须完全安全并隐藏起来。”
研究人员设计的方法还可以应用于其他机器人群，例如无人飞行器，无人地面车和水下飞行器组。目前，该小组正在使用地面机器人进行该技术的交互式实验室演示。
研究人员说：“我们希望向人们展示该技术的实际应用，并使人们更好地理解其理论。” “通过这些地面机器人演示，我们一直在寻找赞助商和潜在客户。”
实验室机器人概述。将来，研究人员希望进一步改进他们的方法，使其可以在特定的环境中使用，例如用于军事，太空交通管理以及安全与救援应用。
他们最近还发表了一份后续文件，概述了他们在太空中展示该技术的计划。
研究人员说：“我们的重大计划是在太空中展示该技术。” “我们有像Vishnu Reddy教授这样的合作者，他们可以使用地面上最先进的望远镜帮助我们监视单个或多个航天器群。我们还可以将这些激光器安装在一起，使用望远镜来控制望远镜。飞船。”