激光手势系统直观控制航天器群的通信和飞行

研究人员将激光束发射到航天器，实现指令发布和控制。

激光手势系统的简要架构。

激光手势系统应用于航空器太阳能电池板的示例。

智能皮肤系统使太阳能电池板能够解码激光手势和传输功率。

激光手势系统用于实验室机器人设计概览。

与大型航天器相比，小型航天器的光圈更大，能更好地观测地面和空间目标。因此，小型航天器集群在地球观测、全球定位和通信技术等方面表现出显著优势。然而，同时有效地操作大量航天器已被证明是一件极具挑战性的工作。现有方法通常依赖于大量地面工作人员的人工操作，成本很高。TechXplore.com网站2月12日报道，美国亚利桑那大学的研究人员在arXiv发布了一种利用激光束来组织和管理航天器集群的方法。这种方法较常规方法更容易大规模实施。项目研究人员称：“10多年来，我们一直在研究如何以更少的人控制数量众多的机器人、无人机和宇宙飞船。目前，部分技术已经能完全自主，不需人类参与其中。”

在之前的研究中，研究人员试图找到一种方法来有效控制数千个机器人。他们希望这种方法具有直观性，以简化操作人员的培训，并降低他们在关键时刻的压力水平。研究人员解释说：“我们的想法受到了乐队指挥的启发——我们尝试寻找一种物理方法，使人能够像管弦乐队指挥那样操纵宇宙飞船群。虽然我们无法拥有魔杖，但使用激光束可以达到同样的效果。”

这项激光技术利用太阳能电池板作为传感设备，对宇宙飞船上的激光束进行感测。宇宙飞船的太阳能电池板也可以独立感测激光，并且其也恰好占据了空间卫星表面最大的面积。因此它们是可以作为理想的传感设备的。研究人员认为，太阳能电池板可以在被分成小方块后进行激光感测。激光照射到太阳能电池板的不同位置，就可能产生不同的指令。分区块的太阳能电池板扮演的角色类似于智能手机的触摸屏。作为备份，研究人员还在飞船上放置了数码相机，以探测太空中的激光运动。太阳能电池板、电源和控制电路，以及嵌入式二次推进装置构成的航空器“智能皮肤”，可以在激光束的影响下产生相互作用，使操作人员能够在一组航天器中选择一个“引航者”，并为编队飞行设定参数。研究人员认为，这项技术与电影《安德的游戏》(Ender's Game)中设定很相似，少数操作员就能对成百上千的航天器和机器人发号施令。

研究人员设计的界面完全基于手势动作，因此不需要操纵杆或大量编码。操作者只需在太阳能电池板上画出一个特定的符号或手势，就能将信息传递给宇宙飞船。研究人员解释说：“我们的方法变得更加直观，操作员只需要使用一系列手势就能控制航空器群。这大大降低了错误率。在微重力三维空间中，控制宇宙飞船的编队是一项艰巨的任务。我们让操作员脱离了描述性指令的束缚，转而直接付诸行动。但值得注意的是，由于激光手势的直观性很强，以至于黑客入侵风险也较高。因此，对于我们设计的系统而言，安全是一切的基础。”为了提升系统安全性，研究人员采用了对激光信号本身进行编码加密等安全措施。

接下来，研究人员希望进一步推进他们的激光手势系统，并寻找潜在赞助商，使其可以用于特定的环境，例如军事、太空交通管理和安全与救援应用等。

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编译：德克斯特 

审稿：alone 

责编：唐林芳

期刊来源：arXiv

期刊编号： 1420-8938

原文链接：

https://techxplore.com/news/2019-02-laser-spacecraft-swarms.html

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