Sunčeva lampa obasjava maketu satelita obloženu zlatnim termalnim pokrivačem. U središtu se ističe čašasti potisnik čija se iridescentna površina prelijeva duginim bojama. Nekoliko metara dalje, izvan kadra, kamera se polako približava i skenira scenu – kao u stvarnoj vježbi susreta dvaju svemirskih letjelica. Upravo takve prizore europske tvrtke danas pretvaraju u tehnologije koje će sutra sigurno upravljati prometom u Zemljinim orbitama.

Luxemburški dvojac i europsko ispitivalište za autonomnu navigaciju

Dvije tvrtke iz Luksemburga – LMO i ClearSpace – unutar europskih programa razvijaju sustave autonomne navigacije namijenjene susretima i zahvatima u orbiti. Za provjeru algoritama i senzora oslanjaju se na Guidance, Navigation and Control Rendezvous, Approach and Landing Simulator (GRALS), dio ESA-inih postrojenja za ispitivanje navođenja, navigacije i upravljanja (GNC) u tehničkom centru ESTEC u Nizozemskoj. Okruženje GRALS-a spaja dvije robotske ruke na dugim tračnicama: jedna nosi cjeloviti „lovac“ s kamerama i računalima za obradu slike, a druga drži cilj – maketu satelita sa stvarnim materijalima i detaljima površine. U takvom laboratoriju moguće je sigurno odraditi stotine približavanja i „letova u stvarnom mjerilu“, uključujući brze promjene kuta, ekstremne kontraste osvjetljenja i složene putanje koje bi u svemiru bile preskupe ili preopasne za eksperimentiranje.

LMO i partneri u sklopu aktivnosti DIOSSA (Development of In-Orbit Servicing Space Situational Awareness Payloads) razvijaju sustav za vizualnu percepciju i relativnu navigaciju pri susretima s „nesuradljivim“ objektima – od potrošenih satelita do odlomljenih adaptera i raketnih stupnjeva. Paralelno, ClearSpace u Luksemburgu gradi portfelj usluga produljenja životnog vijeka satelita i uklanjanja otpada, a priprema i prve komercijalne demonstracije u geostacionarnoj orbiti. Zajednički nazivnik su im vision-based navigation (VBN) sustavi i provjere u GRALS-u, koji industriji daju kontrolirano „svemirsko igralište“ prije leta.

Zašto je „vidjeti“ u orbiti teško

U međuzvjezdanoj crnini blještavi materijali i oštri kontrasti stvaraju optičke varke. Sateliti rotiraju, bacaju duboke sjene, a udaljenost i relativna brzina mijenjaju perspektivu iz sekunde u sekundu. VBN-sustavi moraju iz jedne do nekoliko slika u realnom vremenu procijeniti „pozu“ cilja – njegov položaj i orijentaciju u šest stupnjeva slobode – i to pod nepoznatim uvjetima osvjetljenja. Usporedbe radi, autonomna vožnja na Zemlji ima cestovne oznake, znake i stotine milijuna referentnih primjera; u orbiti toga nema. Zato se algoritmi uče i provjeravaju na kombinaciji sintetičkih podataka i fizičkih maketa u laboratoriju.

Makete koje se koriste u GRALS-u odabiru se i izrađuju tako da nalikuju realnim platformama. Površine su prekrivene višeslojnom izolacijom (MLI), na njima su pričvršćene replike antena, senzora i nosača, a na sunčanoj strani umeću se uzorci solarnih ćelija. Time se postiže optička reprezentativnost potrebna da neuronske mreže i klasični algoritmi pri učenju „vide“ ono što će u orbiti zbilja vidjeti.

Kako izgleda tipičan test u GRALS-u

U ranoj fazi ispitivanja VBN-a multinamjenske kamere snimaju cilj s većih udaljenosti, a računalni vid koristi konture i osvijetljene rubove za određivanje smjera i grube udaljenosti. Kako „lovac“ napreduje, rezolucija cilja u pikselima raste, pa sustav može procijeniti i relativnu orijentaciju te kutne brzine. Završne provjere obuhvaćaju iznimno bliska približavanja, kada je potrebno razlikovati detalje poput vijaka, utora i toplinskih nabora koji stvaraju neobične sjene. GRALS u tim trenucima omogućuje potpuno zatamnjenu „svemirsku“ komoru s jednim Sunčevim izvorom svjetla i preciznim, ponovljivim kretnjama robotskih ruku, što je ključno za metodičnu validaciju.

Osim kamera u vidljivom spektru, integriraju se i drugi senzori – LIDAR-i, dubinske kamere, pa i radarski daljinomjeri – kako bi se dobili redundantni podaci u lošim uvjetima osvjetljenja ili kad je cilj prekrit vrućom MLI koja stvara zasićenja. Softver zatim fuzionira mjerenja i donosi odluke o impulsima potisnika: treba li kočiti, skrenuti, kružiti oko cilja ili se povući na sigurnu udaljenost.

DIOSSA: od laboratorija do svemira

DIOSSA je višegodišnja aktivnost koju podupire luksemburški program LuxIMPULSE. Cilj je stvoriti autonomni „teret“ – SSA/VBN modul – koji se može ugraditi na servisne letjelice ili kao sekundarni sustav na postojeće platforme. LMO s partnerima razvija algoritme za situacijsku svijest, detekciju i prepoznavanje objekata te robusnu procjenu poze u svim fazama približavanja. Time se stvara mogućnost da serviser, kad se nađe u neposrednoj blizini otpisanog satelita, donosi brze i sigurne odluke bez stalne potpore sa Zemlje.

Luksemburg je u proteklom desetljeću sustavno ulagao u svemirske inovacije kako bi privukao kompanije koje se bave uslugama u orbiti, prometnim menadžmentom i nadzorom svemirskog okoliša. Kroz LuxIMPULSE financiraju se industrijski razvoj, prototipovi i demonstratori, a provedbu koordinira Luxembourg Space Agency (LSA) u suradnji s ESA-om. Upravo se u tom okviru izgradila i luksemburška prisutnost ClearSpacea, koji je uz uklanjanje otpada razvio i planove za produljenje životnog vijeka geostacionarnih satelita.

ClearSpace i novi val usluga u GEO pojasu

Geostacionarna orbita (GEO) prepuna je skupih, ali tehnički zdravih satelita kojima je ponestalo goriva. Umjesto da se prerano povlače na „groblje“ orbitu, serviseri ih mogu dohvatiti, stabilizirati i pružiti dodatne godine rada. ClearSpace je od 2025. započeo konsolidacijsku fazu misije produljenja životnog vijeka u GEO-u, uz potporu luksemburškog LuxIMPULSE-a kroz ESA-in ugovor. Plan je razviti sposobnost autonomnog pristajanja na komercijalne platforme i sigurnog zajedničkog leta (tandema), čime bi se operativni vijek produljio bez izgradnje novih satelita. Takve usluge ciljaju razdoblje između 2028. i 2030., kada više današnjih GEO satelita ulazi u „penziju“.

Takve operacije zahtijevaju iste temeljne sposobnosti kao i uklanjanje otpada: preciznu vizualnu navigaciju, sustave za mehaničko spajanje i algoritme za kontrolu stacka nakon zahvata. Zbog toga su iskustva iz laboratorija poput GRALS-a – gdje se uvježbavaju prolazi s velikom kutnom brzinom, uvjeti blještanja i manevri izbjegavanja – izravno prenosiva na buduće GEO-servisere.

LMO: algoritmi „oči u oči“ s ciljem

LMO je nastao s misijom da satelitima omogući „osjećaj prisutnosti“ – sposobnost da u letu opažaju i razumiju svoj okoliš. U sklopu DIOSSA-e i drugih projekata, tim je razvio metode prepoznavanja ciljeva pod raznim fazama osvjetljenja, uključujući uvjete kojima dominiraju specular highlights s MLI-ja i duboke sjene zaklonjenih površina. Tijekom javno predstavljenih kampanja ispitivanja u GRALS-u LMO je validirao strategije približavanja uz makete koje reprezentiraju geostacionarne i komunikacijske platforme, s ciljem da se u letu pouzdano prepozna tip, dimenzije i stanje cilja.

Ključan ishod tih testova je mapiranje granica pouzdanosti: koje veličine cilja u pikselima jamče robusnu procjenu poze, koliko je buke u podacima prihvatljivo prije nego se sustav odluči povući, te koji „fail-safe“ manevri minimaliziraju rizik kolizije. Takve metrike na kraju ulaze u operativne pravilnike budućih servisa – od deorbitiranja do pregleda i nadogradnji.

Od maketa do terenskih podataka: kako se „uči“ pogled

Treniranje neuronskih mreža za VBN oslanja se na kombinaciju sintetičkih i fizičkih podataka. Sintetičke scene omogućuju brzo pokrivanje golemog prostora varijacija (kutovi osvjetljenja, teksture, pozadine), ali fizički modeli u laboratoriju razotkrivaju „greške stvarnosti“ – neočekivane refleksije, netočnosti u teksturama, tolerancije spojeva. Zato se u kasnijim fazama razvoja u GRALS unose veće makete, korištene u završnim pristupima gdje je potrebno realistično vidjeti finu topografiju površina i precizno upravljati potiscima u vrlo kratkim intervalima.

Što znači „nesuradljiv cilj“ i zašto je to važno

Za razliku od suradljivih objekata (npr. svemirskih stanica s vidnim oznakama i portovima), većina starijih satelita nema ni aktivnu kontrolu orijentacije ni standardizirane hvatišne točke. Neki se sporo precesijom okreću, drugi imaju istrošene, oštećene ili djelomično rasklopljene elemente. VBN mora najprije prepoznati s čim ima posla, procijeniti brzine i orijentacije, pa tek onda izabrati pristup – s „noćne“ strane radi boljeg kontrasta, pod tangencijalnim kutom zbog izbjegavanja antena, ili iznad polarne osi radi lakše stabilizacije nakon zahvata. U slučaju opasnih rezonanci i neočekivanih bljeskova s MLI-ja, sustav mora biti spreman na automatski odmak i novi prilaz.

Europski kontekst: Zero Debris i prometni menadžment

ESA-in program Space Safety usvojio je cilj Zero Debris do 2030-ih, što znači radikalno smanjenje nastanka novih krhotina i aktivno upravljanje naslijeđenim objektima. Misije poput ClearSpace-1 – prva europska demonstracija hvatanja neoperativnog objekta – i inicijative produljenja životnog vijeka u GEO-u dio su istog ekosustava: prevencija i rehabilitacija. Kako se broj satelita multiplicira, bez autonomnih sustava pregleda, izbjegavanja i servisa rizici bi eksponencijalno rasli. U tom smislu laboratoriji poput GRALS-a osiguravaju da algoritmi i senzori stasaju u „stvarnim“ uvjetima prije leta.

Tehnologije iza kulisa: od kalibracije do certifikacije

Uspješan VBN-lanac počinje kalibracijom kamera i točnim poznavanjem optike: žarišne duljine, izobličenja, pomaka glavne točke. Slijedi rigorozno sinkroniziranje senzora i vremenskih oznaka kako bi se spojili vizualni i inercijski podaci. U GRALS-u se ti procesi uvježbavaju uz kontrolu nad svim parametrima okoline – od intenziteta izvora svjetla do brzine linearnih sanjki. Na kraju je potrebno dokazati robusnost: da sustav zadržava performanse unatoč degradaciji senzora, kozmičkom zračenju, toplinskim dilatacijama i sporoj drifterskoj rotaciji cilja.

Certifikacijska staza za let uključuje i sigurnosne analize: definiranje „ciscoridora“ oko cilja, minimalnih udaljenosti za abort, automatiziranih procedura za odmak u slučaju gubitka vizualnog traga ili saturacije u slikama. Takvi scenariji danas prolaze tisuće simulacija i stotine sati hardver-u-petlji (HIL) testiranja upravo na platformama poput GRALS-a.

Primjene izvan servisa: od asteroida do formacijskog letenja

Iako su održavanje i zbrinjavanje satelita glavni poticaj, isti VBN-principi voze i druge misije: precizna bliska navigacija kod istraživanja malih tijela, sigurno slijetanje na Mjesec ili Mars, te formacijsko letenje više letjelica koje zajednički nose instrumente. GRALS je u prošlosti služio i za testiranje vizualnih metrika koje koriste ESA-ine misije za obranu planeta i tehnologije formacijskog leta, zbog čega postrojenje kontinuirano nadograđuju novim modulima, rasvjetnim konfiguracijama i robotskim sposobnostima.

Industrijski impuls Luksemburga

Luksemburg je među prvim državama EU-a prepoznao ekonomski potencijal usluga u orbiti. Kombinacija poticaja kroz LuxIMPULSE, podrške LSA-e i povezivanja s istraživačkim centrima – poput SnT-a Sveučilišta u Luksemburgu – stvorila je klimu u kojoj nastaju specijalizirani timovi za autonomiju, percepciju i sustavnu sigurnost. LMO u tom ekosustavu gradi proizvode koji satelitima daju „vid“ i „osjećaj blizine“, dok ClearSpace iz Luksemburga razvija komercijalne operacije kojima se smanjuju troškovi vlasnicima satelita i otvara put prema kružnoj ekonomiji u svemiru.

Što slijedi: od validacije do operacija

Sljedeći koraci su jasni: završiti validaciju algoritama na reprezentativnim maketama i stvarnim hardverskim sklopovima, odabrati referentne misije za demonstraciju bliskih prilaza i, naposljetku, certificirati pristupne procedure koje će prijeći iz laboratorija u svakodnevnu praksu. Kako se industrija konsolidira, pojavit će se i standardi za hvatišne točke, vizualne markere i zajedničke protokole podataka, no sve do tada VBN mora ostati „poliglot“ – sposoban prepoznati i sigurno dohvatiti raznolike ciljeve bez prethodnih oznaka.

Put do održivog svemirskog prometa prolazi kroz kombinaciju pametnih senzora, robusnih algoritama i vjerodostojnih ispitivališta. Od zlatnih nabora MLI-ja koji zbunjuju kamere do preciznih impulsa potisnika pri „tapkanju po nosu“ cilja – tehnologije koje se u Noordwijku danas vježbaju, sutra će odlučivati o tome hoće li naši orbiti ostati sigurni, funkcionalni i otvoreni za nove generacije misija i usluga.