ماهواره‌های مکعبی به تعمیرکار فضایی تبدیل می‌شوند!
برخی از پژوهشگران آمریکایی در حال توسعه روشی برای استفاده از چندین ماهواره مکعبی در ماموریت‌های سرویس‌دهی و تعمیر در فضا هستند تا به‌عنوان عوامل سرویس‌دهنده برای مونتاژ یا تعمیر یک تلسکوپ فضایی عمل کنند؛ از آنجا که بیشتر ماهواره‌ها، تلسکوپ‌ها و سایر فضاپیماها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که قابل تعمیر باشند، نیاز به مسیرهای قابل اعتماد برای رسیدن ایمن فضاپیماهای خدماتی به آن‌ها وجود دارد.
نحوه عملکرد ماهواره‌های مکعبی برای سرویس‌دهی و تعمیر در فضا
روش پژوهشگران بخش مهندسی هوافضا دانشگاه ایلینوی اربانا شمپین (University of Illinois Urbana-Champaign)، می‌تواند مصرف سوخت را به حداقل برساند و تضمین کند که عوامل سرویس‌دهنده هرگز بیش از پنج متر به یکدیگر نزدیک نمی‌شوند و می‌توان از آن‌ها برای حل مشکلات مسیریابی که به فضا مرتبط نیستند استفاده کرد.
روتویک بومنا (Ruthvik Bommena)، پژوهشگر این پروژه، می‌گوید: «ما طرحی را توسعه داده‌ایم که به ماهواره‌های مکعبی امکان می‌دهد بدون برخورد با یکدیگر به‌طور کارآمد کار کنند.» این فضاپیماهای کوچک قابلیت‌های محاسباتی محدودی دارند؛ بنابراین، مسیرها از پیش توسط مهندسان طراحی ماموریت محاسبه می‌شوند.
بومنا و رابین وولندز (Robyn Woollands)، پژوهشگر دیگر این پروژه، با شبیه‌سازی دو الی چهار گروه وسیله نقلیه که اجزای مدولار را به‌طور هم‌زمان بین یک وسیله نقلیه سرویس‌دهنده و یک تلسکوپ فضایی در حال سرویس‌دهی جابه‌جا می‌کنند، عملکرد الگوریتم را نشان دادند؛ بومنا می‌افزاید: «محاسبه این مسیرها دشوار است، اما ما به روشی جدید دست یافته‌ایم که بهینه بودن آن را تضمین می‌کند.»
به گفته بومنا، سخت‌ترین جنبه کار مقیاس فاصله‌ها می‌باشد. مدار تلسکوپ فضایی جیمز وب حدود ۱.۵ میلیون کیلومتر دورتر است و در نقطه لاگرانژ ۲ (L2) خورشید-زمین قرار دارد؛ این نقطه جایی است که نیروی گرانشی خورشید و زمین یکدیگر را متعادل می‌کنند و آن را به محل مناسبی برای ماهواره‌های رصدی در اعماق فضا تبدیل می‌کند تا مدار خود را دور از خورشید حفظ کنند.
بومنا ادامه می‌دهد: «بدون این که خیلی فنی شویم، از روش‌های غیرمستقیم بهینه‌سازی برای تضمین بهینه بودن راه‌حل خروجی استفاده کردیم. روش‌های مستقیم، این تضمین را نمی‌کنند.» همچنین، او به محدودیت‌های نابرابری مسیر ضد برخورد به‌عنوان مانعی سخت در فرمول کنترل اشاره می‌کند و بیان می‌کند: «بنابراین، فضاپیما محدودیت را در هیچ نقطه‌ای از مسیر نقض نمی‌کند.»
وی می‌افزاید: «روش‌های سنتی مستقیم یا غیرمستقیم با محدودیت‌هایی مانند اجتناب از برخورد، مسیر را به قوس‌های متعدد می‌شکنند و پیچیدگی را به‌طور تصاعدی افزایش می‌دهند. روش‌شناسی ما اجازه می‌دهد تا مسیرها را به‌صورت منفرد بررسی کنیم. ما فقط از نقطه شروع به‌طور مستقیم به نقطه مقصد می‌رویم؛ این روش در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌کند و از نظر محاسباتی کارآمدتر است.»
بومنا خاطرنشان می‌کند که او و وولندز حدود یک سال و نیم روی این پروژه کار کردند و موفقیت در یک پرواز طولانی به دست آمد. او توضیح می‌دهد: «ریاضی روی کاغذ کار می‌کرد. مشکل اصلی ما دست‌وپنجه نرم کردن با اعداد بود؛ وقتی در طول یک پرواز طولانی در حال کدنویسی بودم، چند گزینه را امتحان کردم و ناگهان راه حل را یافتم. در ابتدا باور نکردم، اما آن لحظه بسیار هیجان‌انگیز بود.»
بومنا تاکید می‌کند: «علی‌رغم کاربرد این روش برای ایمن‌تر و کارآمدتر کردن سرویس‌دهی و مونتاژ در فضا، روشی که آن‌ها توسعه داده‌اند بسیار متنوع خواهد بود و می‌توان از آن در سایر سناریوهای بهینه‌سازی مسیر با محدودیت‌های مختلف استفاده کرد.»