NASA ha demostrado un nuevo enfoque para la navegación autónoma de naves espaciales capaz de determinar la órbita de un satélite sin depender del GPS ni del apoyo continuo de redes de seguimiento terrestres.
La tecnología, conocida como FALCON, siglas de Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation, fue probada a bordo de la misión Starling de la NASA en órbita terrestre baja. En lugar de recibir señales de posicionamiento de una constelación de navegación, FALCON utiliza observaciones ópticas de otros objetos que ya se desplazan por el espacio.
El experimento representa un cambio importante en la forma en que las naves espaciales podrían navegar en órbitas cada vez más congestionadas y, en el futuro, en entornos donde las señales de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite basados en la Tierra no estén disponibles.
La misión Starling de la NASA está formada por cuatro CubeSats 6U lanzados el 17 de julio de 2023. Las naves fueron desarrolladas originalmente para demostrar maniobras autónomas en enjambre, comunicaciones en red, navegación relativa y toma de decisiones distribuida.
Navegación FALCON sin GPS
FALCON convierte objetos que normalmente se considerarían simplemente parte del entorno orbital en referencias de navegación.
La nave utiliza sus cámaras de seguimiento estelar integradas para detectar satélites, cuerpos de cohetes y otros objetos espaciales residentes que atraviesan su campo de visión. El software compara después esas observaciones con un catálogo almacenado a bordo que contiene información orbital de aproximadamente 20.000 objetos conocidos.
Una vez que un objeto observado se asocia con una entrada del catálogo, su posición prevista proporciona una referencia geométrica que ayuda a la nave a estimar su propia órbita.
El concepto es parcialmente comparable a la navegación celeste, aunque en lugar de orientarse principalmente mediante estrellas, FALCON aprovecha la extensa y creciente población de objetos rastreados que orbitan la Tierra.
El concepto original fue desarrollado en el Space Rendezvous Laboratory de la Universidad de Stanford, mientras que su desarrollo comercial involucra a EraDrive, una startup surgida de Stanford. La investigación describe FALCON como una arquitectura pasiva de posicionamiento óptico y conocimiento de la situación espacial en la que los objetos espaciales residentes conocidos funcionan, en la práctica, como balizas de navegación orbital.
Los rastreadores estelares se convierten en sensores de navegación
Uno de los aspectos especialmente importantes de la demostración es que FALCON no requiere necesariamente una categoría completamente nueva de hardware de navegación.
Los rastreadores estelares ya son instrumentos habituales en las naves espaciales. Su función tradicional consiste en determinar la actitud de la nave, ayudándola a saber hacia dónde está orientada mediante la comparación de las estrellas observadas con un catálogo celeste conocido.
FALCON amplía la utilidad de este hardware óptico al extraer información de objetos transitorios que aparecen en el campo de visión de la cámara.
Esto crea una propuesta de ingeniería atractiva: sensores que ya son necesarios para determinar la orientación de una nave podrían contribuir también a la navegación absoluta y al conocimiento del entorno espacial.
Para los satélites pequeños, donde la masa, el consumo eléctrico y el volumen disponible para la carga útil están muy limitados, obtener varias funciones de un mismo conjunto de sensores puede resultar especialmente valioso.
La NASA ya había demostrado navegación óptica con Starling mediante el Starling Formation-Flying Optical Experiment, conocido como StarFOX. El informe Small Spacecraft Technology State of the Art 2026 de la NASA señala que StarFOX demostró navegación relativa basada únicamente en ángulos, con un conocimiento de posición equivalente aproximadamente al 0,5% de la distancia, estableciendo una base tecnológica importante para futuros experimentos de navegación óptica.
Más de 200 órbitas mejoradas en tres días
La utilidad de FALCON va más allá de determinar la posición de la propia nave que realiza las observaciones.
Durante un experimento de tres días, el sistema procesó observaciones y mejoró las estimaciones orbitales de más de 200 objetos espaciales sin intervención de operadores terrestres.
Esto convierte a la tecnología en una herramienta potencialmente relevante para dos problemas estrechamente relacionados: la navegación de naves espaciales y la gestión del tráfico espacial.
Un satélite que observa los objetos que lo rodean puede utilizarlos para estimar su propia órbita mientras genera simultáneamente nueva información sobre esos mismos objetos.
Esta capacidad adquiere mayor importancia a medida que la órbita terrestre baja se vuelve más congestionada. Un mayor número de satélites y desechos genera más riesgos de colisión, pero dentro de la arquitectura FALCON también proporciona más referencias ópticas potenciales para navegación y seguimiento.
Seguimiento autónomo del tráfico espacial
Esta capacidad de doble uso podría terminar siendo más importante que la idea simplificada de simplemente «sustituir el GPS».
Una nave autónoma capaz de observar continuamente el tráfico orbital cercano podría mantener una imagen mucho más actualizada de su entorno local sin tener que esperar a que cada actualización de seguimiento llegue desde la Tierra.
Esto podría facilitar evaluaciones más rápidas de posibles conjunciones y, combinado con sistemas autónomos de planificación de maniobras, permitir en el futuro que las naves reaccionen a amenazas de colisión con una intervención terrestre considerablemente menor.
Starling ya ha servido como banco de pruebas para este concepto más amplio. Durante una fase ampliada de la misión, la NASA trabajó con SpaceX para demostrar la coordinación automatizada del tráfico espacial entre los cuatro CubeSats Starling y la constelación Starlink.
Por tanto, FALCON encaja dentro de una estrategia más amplia de la NASA en la que la navegación, las comunicaciones, la detección y la planificación de maniobras se trasladan progresivamente desde operaciones centralizadas en tierra hacia las propias naves espaciales.
Navegación más allá de la Tierra
La tecnología también aborda una limitación fundamental de la navegación por satélite convencional.
El GPS y otras constelaciones GNSS fueron diseñados principalmente para prestar servicio a usuarios cerca de la superficie terrestre y en órbita alrededor de la Tierra. Las naves que viajan mucho más lejos no pueden asumir que siempre dispondrán de señales de navegación fuertes y con una geometría adecuada.
Por ello, las futuras misiones alrededor de la Luna, Marte y otros destinos necesitarán métodos alternativos para determinar su posición de manera autónoma.
La navegación óptica es una de las posibles soluciones.
Una futura nave podría combinar observaciones de estrellas, planetas, lunas y objetos artificiales con sensores inerciales y otras técnicas de navegación para mantener su posición incluso cuando la cobertura GNSS convencional sea débil o inexistente.
FALCON continúa siendo una tecnología experimental, y navegar entre objetos en órbita terrestre baja es considerablemente diferente de hacerlo en el espacio profundo. Sin embargo, demostrar navegación autónoma basada en catálogos a bordo de una nave operativa supone un paso importante hacia ese objetivo más amplio.
Navegación del enjambre Starling
La NASA planea llevar el concepto aún más lejos permitiendo que las cuatro naves Starling intercambien observaciones de seguimiento y calculen sus posiciones de forma cooperativa.
Esto transforma la arquitectura, pasando de una sola nave observando su entorno a una red distribuida de sensores.
Múltiples puntos de observación pueden mejorar la geometría orbital, aumentar el número de objetos disponibles para ser observados y reducir potencialmente la incertidumbre frente a un sistema basado en una sola nave.
Ese es precisamente el tipo de problema para el que fue creada Starling.
Los cuatro CubeSats de la misión operan en órbita terrestre baja y fueron diseñados para demostrar cuatro capacidades fundamentales: planificación y ejecución de maniobras en enjambre, comunicaciones en red, navegación relativa y coordinación autónoma. Las naves son CubeSats 6U que operan en una órbita heliosíncrona situada a más de 300 millas sobre la Tierra.
Por qué FALCON es importante
Lo más interesante de FALCON no es que la NASA haya encontrado un sustituto literal del GPS.
No lo ha hecho.
El GPS sigue siendo extraordinariamente eficiente allí donde sus señales y geometría están disponibles. Sustituirlo por observaciones mediante cámaras, identificación de objetos y estimación orbital a bordo tendría poco sentido para muchas misiones convencionales.
El verdadero avance está en la resiliencia de la navegación.
FALCON proporciona a las naves espaciales otra fuente independiente de información de posicionamiento. Y, lo que es más importante, esa fuente se basa en gran medida en el propio entorno orbital que rodea a la nave, en lugar de depender de una infraestructura de navegación específicamente dedicada.
También existe un ciclo tecnológico poco habitual. El creciente número de objetos en órbita crea un grave problema para el tráfico espacial, pero esos mismos objetos pueden convertirse en referencias de navegación y fuentes de datos de seguimiento.
Esto podría hacer que sistemas como FALCON sean cada vez más útiles a medida que aumente la actividad orbital.
La oportunidad a largo plazo es, por tanto, mucho mayor que la simple navegación independiente del GPS. Una nave capaz de observar su entorno, determinar su propia órbita, actualizar las trayectorias de objetos cercanos e intercambiar esa información con otras naves empieza a parecerse a un participante autónomo en la gestión del tráfico espacial, en lugar de a un vehículo que espera instrucciones desde la Tierra.
Para grandes constelaciones de satélites y futuros enjambres en el espacio profundo, esa diferencia podría ser fundamental.
Sobre la NASA y Starling
La National Aeronautics and Space Administration, o NASA, es la agencia espacial civil de Estados Unidos, establecida en 1958.
Starling se gestiona a través del programa Small Spacecraft & Distributed Systems de la Space Technology Mission Directorate, con el Ames Research Center de la NASA al frente del proyecto.
La misión utiliza cuatro CubeSats 6U fabricados por Blue Canyon Technologies. El enjambre fue lanzado a bordo de un cohete Electron de Rocket Lab desde el Complejo de Lanzamiento 1 en Nueva Zelanda el 17 de julio de 2023.
Starling fue concebida originalmente como una demostración tecnológica para enjambres autónomos de naves espaciales. Su programa experimental ha incluido planificación autónoma de maniobras, comunicaciones en malla, toma de decisiones distribuida y navegación óptica relativa.
Después de aproximadamente 10 meses en órbita, la NASA informó que el enjambre había completado con éxito los principales objetivos de su misión primaria. Posteriormente, Starling continuó operando como plataforma para nuevos experimentos de autonomía espacial.
Fuente: www.nasa.gov
