- ניווט מבוסס ראייה נוכחי במאדים מוגבל על ידי גורמים סביבתיים כמו סופות אבק ולילה.
- מערך גלובלי של מיקום, ניווט ותזמון (PNT) חיוני לחקר מאדים בעתיד.
- שיטות מסורתיות לפריסת מערכי לוויינים רב-מישוריים יקרות או איטיות באופן בלתי נסבל.
- לכידה אווירית תלת-ממדית מציעה פתרון חדשני ויעיל לפריסת GPS כלל-מאדימי משיגור יחיד.
ככל שהאנושות מכוונת את מבטה למשימות עמוקות ומורכבות יותר למאדים, הצורך במערכות ניווט חזקות וניתנות להרחבה הופך לחיוני ביותר. טכניקות מבוססות ראייה נוכחיות, אף שהן יעילות לפעולות מקומיות, כושלות בסביבות פגועות וחסרות את ההיקף הגלובלי הנדרש לחקר נרחב. זה מציג אתגר קריטי שדניאל גוצ'נאור וצוותו במעבדת Engineering Systems Lab מטפלים בו באמצעות גישה פורצת דרך: לכידה אווירית תלת-ממדית.
בעיית הליבה טמונה בפריסת מערך לוויינים, בדומה ל-GPS או גלילאו של כדור הארץ, למספר מישורי מסלול סביב מאדים. שיטות מסורתיות, המסתמכות במידה רבה על תמרונים הנעתיים, דורשות כמויות עצומות של דלק (delta-V) לשינויי מישור, מה שהופך אותן לבלתי ישימות כלכלית ולוגיסטית עבור פריסה רחבת היקף. יתרה מכך, השפעות כבידה טבעיות כמו J2 precession, המשמשות מערכים כמו Starlink על כדור הארץ, איטיות מדי בסביבת מסלול מאדים בינוני (MEO), ודורשות שנים להשגת ההתאמות המסלוליות הנדרשות.
המחקר של גוצ'נאור מציג לכידה אווירית תלת-ממדית, טכניקה חדשנית המנצלת את האטמוספירה של מאדים להשגת שינויים משמעותיים במישור המסלול ללא עלויות הדלק המופרזות. בניגוד ללכידה אווירית דו-ממדית קונבנציונלית, המתמקדת בעיקר בהאטה, הגרסה התלת-ממדית מנצלת את העילוי הנוצר במהלך טיסה אטמוספרית כדי לסובב באופן פעיל את מישור המסלול של החללית. זאת, בשילוב עם B-plane targeting במהלך הגישה, מאפשרת לרכב שיגור יחיד לספק מספר לוויינים לנטיית מסלול שונות ולעלייה ישרה של הצומת העולה (RANs).
הניתוח של הצוות מדגים כי שיטה זו יכולה להשיג ביצועים דמויי GPS במאדים, עם אי-ודאויות מיקום נמוכות עד 3.1 מטרים ליד קו המשווה וסביב 4 מטרים ליד הקטבים. רמת דיוק זו עומדת היטב בתקנים הנדרשים למשימות רובוטיות ואנושיות מתקדמות. תהליך הפריסה כולל לוויינים המתקרבים למאדים, מבצעים את תמרוני הלכידה האווירית המותאמים להם, ולאחר מכן עוברים תקופת פאזינג מסלולית קצרה יחסית (5-10 ימים) כדי להתמקם בחריצי המערך הסופיים שלהם. מחקרי היתכנות מצביעים על כך שעיצובי לוויינים קלים יותר (סביב 200 ק"ג) יכולים להיפרס על ידי שיגור יחיד של Falcon Heavy, בעוד שלוויינים כבדים יותר (450-750 ק"ג) ידרשו רכבים חזקים יותר כמו Starship או SLS, או הזדמנות לשיגור משותף (rideshare).
בסופו של דבר, לכידה אווירית תלת-ממדית עם סיבוב מישור מציגה יתרון משכנע על פני אסטרטגיות פריסה קיימות. היא מפחיתה באופן משמעותי את המאמץ ההנעתי הנדרש להקמת מערכי לוויינים רב-מישוריים, ומציעה נתיב מהיר וחסכוני למערכת PNT גלובלית למאדים. חדשנות זו אינה רק עוסקת בניווט; היא עוסקת באפשרות לדור הבא של מדע מאדים, חקר, ואולי אף התיישבות אנושית.
“הראינו שאנחנו יכולים להשיג ביצועים דמויי GPS במאדים עם סוגים אלה של מערכות.”
