Проблема засорения низкой околоземной орбиты (НОО) становится критической. На данный момент вокруг Земли вращаются почти 20 000 спутников, из которых более 3 500 являются так называемыми «зомби» — они либо полностью вышли из строя, либо не подают сигналов о своем местоположении. Столкновение таких объектов может привести к эффекту Кесслера — каскадному росту количества обломков, который создаст непреодолимый риск для будущих миссий.
Для решения этой проблемы исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн разработали CORTEX (Convex Optimization for Rendezvous Trajectory EXecution). Это автономный фреймворк для проектирования траекторий и управления сближением на малых дистанциях. В отличие от индивидуальных решений, которые использовались при стыковке с МКС, CORTEX предназначен для рутинных операций по обслуживанию и удалению тысяч неисправных аппаратов.
Автономность и «солнечные окна»
Разработка автономной системы продиктована двумя факторами: задержкой связи между Землей и НОО, а также необходимостью проводить маневры в периоды освещенности солнцем. По словам ведущего автора исследования Миндули Виджаятунга, космический аппарат должен самостоятельно отслеживать траектории «некооперативных» объектов и принимать решения о продолжении или отмене миссии без ожидания команд с земли.
Система использует метод выпуклой оптимизации. Вместо выполнения конкретных команд CORTEX решает математическую задачу, чтобы найти оптимальную траекторию с минимальным расходом топлива. При этом алгоритм строго соблюдает ограничения, такие как «зоны отчуждения» (keep-out zones) — области на целевом спутнике, где расположены чувствительные антенны или датчики.
Гибкость и восстановление
Одной из ключевых особенностей CORTEX является способность к перепланированию. Если аппарат отклоняется от курса или сталкивается с отказом двигателей, система не просто отменяет миссию, а ищет новый путь сближения. В случае серьезного нарушения безопасности аппарат автоматически возвращается на пассивно безопасную орбиту.
В рамках моделирования сценариев ISAM (орбитальное обслуживание, сборка и производство) система продемонстрировала устойчивость к внешним помехам, таким как солнечные штормы и ошибки тяги. CORTEX также включает «точки удержания», позволяющие сервисному аппарату замереть в фиксированном положении во время прохождения через тень Земли (затмения), чтобы возобновить работу при появлении света.
Подобные технологии уже начинают применяться на практике. В 2024 году японское агентство JAXA запустило аппарат ADRAS-J компании Astroscale, который успешно сблизился с отработанной ступенью ракеты, используя автономную навигацию для получения детальных снимков объекта.
