一组四颗卫星的插图-矩形单元，太阳能电池板从两侧延伸到顶部-以地球为背景。美国宇航局的Starling任务将在低地球轨道的四颗立方体卫星上测试自主群体导航的新技术。位于加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心对蜂群技术的研究已经进行了几十年。鸣谢:蓝色峡谷技术公司/美国宇航局
据美国宇航局：团队合作让梦想成真，在美国宇航局，这不仅仅适用于人类。位于加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的研究人员正在开发卫星群，这是一组作为一个单元一起工作的航天器，而不是由任务控制器单独管理。蜂群的自主能力将使新类型的科学和探索成为可能，尤其是当它们探索更深的太空时。
埃姆斯对蜂群技术的研究已经进行了几十年。今年夏天，随着美国宇航局向太空发射Starling任务，群体科学将达到一个重要的里程碑。它将测试让四个航天器在没有地面资源的情况下协调运行的技术。斯塔林的实验结果将会引起艾姆斯研究人员的极大兴趣，他们现在正在准备未来的蜂群任务来研究太阳。
成功群体之路
群体不要与星座相混淆，尽管两者都指的是为一个共同目标而工作的一组航天器。如果你单独操作许多航天器，你就有了一个星座。虽然在某些情况下是有用的，但增加它们的数量会使成本和任务复杂性飙升。
相比之下，多才多艺，自我协调的群体。这些航天器知道如何相互通信，监控和保持它们的相对间距，并机动到每个需要的地方。他们将能够作为一个小组收集数据，决定团队中的哪个成员最适合进行最佳测量，哪个成员应该将数据传送到地球。这大大简化了地面控制人员的工作，否则他们需要指挥每个航天器来满足任务的科学目标。
“在过去，这是不可能做到的，因为我们必须单独控制每个航天器，”埃姆斯的飞行项目经理巴特勒·海因说。“但小型卫星技术的出现给了我们新的可能性和改变运营方式的机会。”
Ames成为利用立方体卫星和小型卫星(SmallSats)执行创新的、具有成本效益的任务、测试技术和进行空间生物学实验的先驱。一旦立方体卫星和小卫星成熟了，海恩就成了他戏称的“蜂群沙皇”他的工作是创建一个群体技术的路线图，确定那些已经存在的技术，以及艾姆斯需要投资的缺失技术，以使群体科学任务成为现实。他研究了埃姆斯正在调查的核心技术，并帮助规划了一条路线，以进一步投资，使群体科学任务成为现实。
群体协作的早期例子是节点任务。2016年5月，该项目将两颗卫星送入地球轨道，以测试它们的通信和协商能力，这将把它们的数据下行传输到地面的任务控制中心。
美国宇航局的节点卫星是一对纸巾盒大小的立方体卫星，于2016年5月16日从国际空间站部署，以展示对未来航天器群运行至关重要的新网络能力。鸣谢:美国宇航局
两个航天器组成一个非常小的群体。但是节点标志着重要的一步。毕竟，良好的沟通是任何团队成功的关键。
在此基础上，艾姆斯的研究人员开发了分布式航天器自主项目。DSA正在通过模拟研究和发射航天器使对未来群体至关重要的技术趋于成熟。这将使蜂群有能力为自己计划和安排卫星在不同条件下进行的操作。群体可以自行决定何时何地进行最有成效的科学观察，并在特定时间将工作委托给最合适的个人。DSA团队测试其群集算法的虚拟模拟包括以协调方式操作100颗小卫星。很快，DSA将首次由所有四个Starling航天器在太空中进行测试。
这些共享的计划能力在艾姆斯有很深的根基，特别是在航空学和载人航天研究方面。例如，埃姆斯领导着美国宇航局的Astrobee项目，这是一组在国际空间站上的自由漂浮机器人，它们正在学习在没有宇航员干预的情况下协调和执行支持任务。
蜂群使科学成为可能
我们与合作的宇宙飞船团队越深入太阳系，他们的自主性就变得越重要。通信信号传播所需的时间和数据带宽的限制使得直接控制多颗深空卫星变得不切实际。群集提供了新的机会，例如定位多个小型航天器作为一个非常大的天文台，就像一个具有巨大视野的望远镜。
“蜂群给了你很多额外的能力，”斯塔林在埃姆斯的项目经理霍华德·坎农说。“他们让你进行多点科学测量。由于多个航天器的冗余，它们更加坚固。由于他们可以对收集的数据做出快速和自主的反应，他们可以说，“哦，有一些有趣的东西！我需要去看看。"
巴特勒·海恩的最新作品肯定会欣赏这些品质。今天，他是HelioSwarm的项目经理，这是一项在埃姆斯管理的任务，将发送一个群体来揭开太阳风的一些秘密。八颗小卫星和一个中心“中枢”航天器将首次在大范围的距离内同步捕捉太阳风湍流的空间测量结果。太阳风湍流是指从太阳连续流出的带电粒子流的中小尺度波动。
我们倾向于认为协同作用是人类团队在和谐地一起工作时实现的——但对于航天器来说并没有太大的不同。美国宇航局的专家带领航天器群走向成熟，他们的目标也是这些合作卫星，为未来的空间科学带来希望。
合作伙伴:
空间技术任务理事会内的美国航天局小型航天器技术计划资助和管理Starling任务。位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心领导Starling项目，提供有效载荷航空电子设备和软件、航天器集成和测试以及任务操作。美国宇航局在空间技术任务理事会内的游戏改变发展计划为DSA实验提供资金。
对于新闻媒体:
对报道这一主题感兴趣的新闻媒体成员应与美国航天局艾姆斯新闻编辑室联系。
作者:：艾比·塔博尔，美国宇航局艾姆斯研究中心
