利用激光束進行航天器羣的通信和協調

成羣的小型航天器可以有各種有趣的應用，特別是在地球觀測，全球定位和通信方面。與大型航天器相比，小型航天器提供更大的孔徑，可以更好地觀察地面和空間目標。

盡管它們具有顯著的優勢，但迄今為止，有效地操作大量航天器至今仍然具有很大的挑戰性。現有方法通常依賴於許多地面操作員的工作，這可能是昂貴的，因此阻止了技術的推廣。

美國亞利桑那大學的研究人員最近開發出一種協調和控制航天器羣的新方法，使用激光束來組織和管理大量的宇宙飛行器。

研究團隊已經花費10年時間，研究控制飛行器蜂羣和大量機器人/無人機/宇宙飛船的方法，一些技術完全是自主的，網絡當中不需要人的參與，當然也可以加入控制員。

受到指揮在管絃樂隊中的作用的啟發，研究人員使用太陽能電池板作為傳感裝置，在航天器上感應激光束。在陽光下發電的太陽能電池板也可以獨立地感應激光。太陽能電池板恰好佔據了太空衛星上最大的表面積，因此它們可能是航天器的理想傳感裝置。

研究人員觀察到，太陽能電池板可以分為小方塊，類似於顯示器上的像素，可用於感應激光。在不同的地方撞擊太陽能電池板的激光可能導致不同的命令，面板變得就像智能手機上的觸摸屏。作為備用，研究人員還創造性地將數碼相機放置在航天器上，以檢測太空中的激光運動。

使用從地面或從指揮中心發出激光束來組織和管理飛行器羣， 羣中的每顆衛星都有一個“智能皮膚”，其中包括太陽能電池板，電源和控制電路以及嵌入式輔助推進裝置。 激光束將與羣體的各個成員上的太陽能電池板相互作用，允許操作員在該組航天器中選擇“領導者”並設置用於編隊飛行的參數。

利用這項技術，可以在太陽能電池板上移動激光，並使面板感知到移動信號。

研究人員設計的界面完全基於手勢和手部動作，因此不需要操縱桿或大量編碼。操作員只需通過在太陽能電池板上“繪制”特定的標志或手勢就可以將信息傳遞給航天器。

研究人員解釋說：“我們的方法可以直觀，例如，如果你選擇使用這種激光的航天器，只需使用激光在太陽能電池板上畫一個快速的圓圈。你可以有一個手勢和命令的字母表來做各種基本命令和控制。你可以將它們分成一組或多組，可以繪制一條軌跡/路徑，讓整個航天器組遵循這條路徑，依此類推。 “

用於控制航天器羣的大多數現有方法需要使用兩個終端，一個用於操作員，一個用於航天器，命令通常使用行或指令集給出，這使操作員更容易犯錯誤。

向航天器發送錯誤指令可能會產生災難性後果，可能導致任務終結並造成數百萬或數十億美元的損失。研究人員設計的基於姿態的方法可以簡化對航天器羣的控制，防止錯誤和與命令相關的混亂。

研究人員表示：“控制艦隊/集羣的航天器具有挑戰性，因為你在三維空間中進行微重力作業。在太空中沒有上升，下降等概念。我們的操作方法是非常直觀的。“

在開發他們的系統時，研究人員優先考慮其安全性。例如，激光信號本身可以被編碼並且不斷地傳遞調制的密碼串。這意味着，雖然另一個操作員可能能夠看到操作中涉及的手勢，但他們需要訪問代碼來命令其他航天器。

處理附近另一羣航天器的操作員可能需要查看命令手勢的指示，因為這將有助於協調羣與羣的交互。研究人員設計的方法允許附近的操作員查看這些手勢，但防止他們入侵系統並控制其他羣體。對於需要更高安全性的任務，信號也可以進一步編碼，完全防止其他人弄清楚命令。

總而言之，這種方法可以在指揮艦隊或成羣航天器時實現流暢操作。

研究人員設計的方法也可以應用於其他機器人羣，例如無人駕駛飛行器，無人駕駛地面車輛和水下交通工具。

未來，研究人員希望進一步改進他們的方法，以便它可以用於特定的環境，例如軍事，空間交通管理和安全和救援應用。

該技術可以幫助航空業者使用最先進的地面望遠鏡監測單個或多個航天器羣，也可以利用這些激光器協同工作，使用望遠鏡來控制飛船。