Schitter als een satelliet

Een zonlichtlamp verlicht een satellietmodel dat bedekt is met gouden thermische isolatie. Een komvormige stuwraket steekt uit het midden van het model en weerkaatst een regenboog van kleuren. Een paar meter naar links, niet vastgelegd op deze afbeelding, wordt een camera steeds dichter bij het model gebracht en scant de scène in deze simulatie van een rendez-vous in de ruimte.

Twee bedrijven uit Luxemburg, LMO en ClearSpace, hebben de Guidance, Navigation and Control (GNC) Rendezvous, Approach and Landing Simulator – GRALS – van ESA gebruikt voor het testen van hun autonome satellietnavigatietechnologie.

GRALS maakt deel uit van de Guidance, Navigation and Control Test Facilities van ESA in het technische centrum van het agentschap, ESTEC, in Nederland. Het bestaat uit een duo van robotarmen, gemonteerd op lange rails. De ene houdt de navigatie-eenheid van een 'chaser' vast, de andere houdt een satellietmodel vast als 'doel', opgehangen in het midden van een donkere kamer, die de ruimte simuleert.

Als onderdeel van de activiteit Development of In-Orbit Servicing Space Situational Awareness Payloads (DIOSSA) ontwikkelen LMO en ClearSpace een navigatiesysteem voor rendez-vousscenario's in de ruimte.

"Het aantal niet-meewerkende door mensen gemaakte objecten in de ruimte dat onderhoud nodig heeft, neemt snel toe", legt Sabrina Andiappane van ClearSpace uit. "Of het nu gaat om satellieten die zonder brandstof zijn komen te zitten, het einde van hun levensduur hebben bereikt of door ruimtepuin zijn beschadigd, ze maken de baanomgeving van de aarde steeds rommeliger."

"Om ze te kunnen bijtanken, repareren of uit hun baan halen, moeten we ze eerst kunnen identificeren en benaderen", merkt Alexander Finch van LMO op.

"Het is eigenlijk best moeilijk om te bepalen waar een andere satelliet zich ten opzichte van jou bevindt. Stel je voor dat je naar het huis van een vriend loopt, door de voordeur naar binnen gaat en je vriend dan zachtjes op zijn neus tikt – je moet kunnen zien wat je doet. We proberen satellieten de 'ogen' te geven om dat te kunnen doen, door een zogenaamd 'Vision-Based Navigation' (VBN)-systeem te ontwikkelen."

Met VBN-systemen kunnen satellieten met behulp van AI andere objecten in de ruimte identificeren en benaderen of vermijden, op een manier die vergelijkbaar is met zelfrijdende auto's.

Het satellietmodel op de afbeelding is ontwikkeld door ClearSpace en bevat typische kenmerken van een echte satelliet. "In eerste instantie gebruikten we een kleiner model om een grotere afstand tussen het doel en de camera te simuleren. Dit grotere model werd gebruikt voor de latere, meer close-upfasen van een rendez-vous", voegt Alexander toe. "Deze realistische modellen vullen de computergegenereerde beelden aan die we gebruiken om onze AI's te trainen, en valideren deze."

"Om VBN-systemen te testen in de laatste, dichtbijgelegen fasen van een rendez-voussimulatie, heeft ClearSpace een groter fysiek model van een satelliet ontwikkeld", zegt Sabrina. "High-fidelity modellen zoals deze vullen de computergegenereerde scenario's aan en valideren deze om ervoor te zorgen dat autonome onderhoudstechnologieën robuust en betrouwbaar zijn in real-world omstandigheden."

Joris Belhadj, GNC-systeemingenieur bij ESA, zegt hierover: “Hoewel GRALS al representatieve praktijktests van hardware in gesimuleerde ruimtescenario's mogelijk maakt, blijven we de faciliteit verder ontwikkelen om aan de behoeften van de Europese industrie te blijven voldoen. In de toekomst zullen we nieuwe functies aanbieden en complexere scenario's mogelijk maken, waardoor we weer een stap dichter bij de realiteit komen waarmee deze instrumenten in de ruimte te maken krijgen.”

De DIOSSA-activiteit werd gefinancierd door LuxIMPULSE, het nationale programma voor onderzoek en ontwikkeling van Luxemburg.