Четыре спутника формата кубсат образуют на орбите тетраэдр, обмениваются информацией и с помощью специальных алгоритмов интерполяции создают локальные карты измеряемых физических величин в реальном времени. В своем исследовании ученые Сколтеха продемонстрировали пример с измерением магнитного поля Земли, информация о котором может быть использована в системах ориентации других спутников.

Работа опубликована в журнале Advances in Space Research. Космический Центр Сколтеха – основной исполнитель проекта «Рой малых космических Аппаратов» (Рой МКА), в котором участвует консорциум из нескольких российских университетов. Проект включен в программу экспериментов на МКС (научно-технический эксперимент осуществляет РКК «Энергия»). Основная цель проекта – развертывание автономных группировок из спутников формата кубсат и отработка их роевого взаимодействия.

В качестве одного из экспериментов проекта Рой МКА ученые из Космического центра Сколтеха предложили использовать формацию из четырех спутников для возможности определения магнитного поля в любой точке орбиты. Система полностью автономна и позволяет спутникам обрабатывать информацию на борту, уточнять проведенные измерения и предсказывать значения магнитного поля с помощью метода интерполяции.

«Мы используем такой вид интерполяции как кригинг. При помощи этого метода подбираются значения магнитного поля в соответствии с характеристиками магнитного поля (автокорреляционными). Поле трехмерно, поэтому мы должны использовать формацию, которая составляет простейший трехмерный симплекс – тетраэдр, так как три точки лежат на плоскости. Поэтому мы выбрали формацию, состоящую из четырех спутников как минимально возможную для решения поставленной задачи. Наш проект может стать первым построившим такую конфигурацию с помощью малых спутников», – рассказывает первый автор работы Антон Афанасьев.

Исследование показало универсальность интерполятора кригинг как метода работы с данными, полученными с помощью малых спутников. Спутники обмениваются данными о своем положении и о своих измерениях, что в результате создает самоорганизующуюся систему, которая способна демонстрировать коллективное поведение и выполнять общие для группировки задачи, что и является основной целью проекта «рой МКА».

«Важный прикладной результат нашей работы — возможность улучшения работы системы ориентации и стабилизации спутников, которые используют магнитометры (датчики для измерения магнитного поля). При этом улучшение определения ориентации может быть применено не только для спутников, которые обмениваются данными о значениях поля и уменьшают их ошибку с помощью кригинга, но и для других спутников, которым посчастливилось находиться рядом с этой формацией. Результатом обработки роевых измерений может стать сервис по типу GPS, который, в отличие от оригинала, раздает не данные о скорости и координатах объекта, а значения магнитного поля», – рассказывает Антон Афанасьев.

Новый метод может использоваться при построении больших группировок и снижения их общей стоимости за счет использования более дешевых сенсоров.