成群结队的小型航天器可能有各种有趣的应用，特别是在地球观测、全球定位和通信方面。与大型航天器相比，小型航天器孔径更大，可以更好地观察地面和空间目标。
尽管其优势显著，但有效运作的数量众多宇宙飞船现在看来，“立刻”是非常具有挑战性的。现有的方法通常依赖于许多地面操作员的工作，这可能是昂贵的，从而阻止了技术的扩大。
亚利桑那大学的一组研究人员最近开发了一种协调和控制航天器群的新方法，这可能更容易大规模实施。他们的方法，在一篇在arXiv上预先发表的论文,使用激光束组织和管理一大批航天器。
“十多年来，我们一直在研究如何在很少人参与的情况下控制蜂群和大量机器人/无人机/航天器，”进行这项研究的研究人员说TechXplore,通过电子邮件。“我们的一些技术是完全自主的，没有人参与，在其他情况下，我们有人和机器人共存。”
在他们之前的工作中，研究人员试图开发直观的方法来有效地控制10到数千个机器人。他们希望这些方法是直观的，因为这将简化操作员的训练，最终降低他们的压力水平，特别是在关键时刻。
研究人员解释说:“我们的想法是受到乐队指挥角色的启发。”“这个人的任务是协调许多音乐家的努力。我们认为在同一时间控制多个音乐家与控制多个航天器/无人机/ ugv等类似。因此，我们寻找一种物理方法，使人能够像管弦乐队的指挥那样操纵宇宙飞船。拥有一根魔杖是不可能的，但可以使用激光梁绝对是可信的。”
这项由研究人员开发的技术可以通过使用太阳能电池板作为传感装置。在太阳下发电的太阳能电池板也可以独立感知激光。太阳能电池板恰好占据了太空卫星最大的表面积，因此它们可能是理想的航天器传感设备。
研究人员观察到，太阳能电池板可以被分成小方块，类似于显示器上的像素，可以用来感知激光。激光照射到太阳能电池板的不同位置，可能会产生不同的命令，电池板变得几乎像智能手机的触摸屏。作为备份，研究人员还在飞船上策略性地放置了数码相机，以探测激光在太空中的运动。
他们的方法是使用来自地面或指挥控制航天器的激光束来组织和管理一个大的蜂群。集群中的每颗卫星都将有一个“智能皮肤”，包括太阳能电池板、电源和控制电路，以及嵌入式二次推进装置。激光束将与航天器群中单个成员上的太阳能电池板相互作用，使操作人员可以在航天器群中选择一个“领导者”，并为编队飞行设置参数。
“从某种意义上说，我们的技术看起来就像书/电影中的场景安德的游戏在美国，你可以由几个操作员控制成百上千的航天器和机器人。“有了这项技术，就有可能移动太阳能电池板上的激光，并让电池板感知移动信号。”
研究人员设计的界面完全基于手势和手部动作，因此不需要操纵杆或大量编码。使用他们的技术，操作员只需在太阳能板上“画”一个特定的符号或手势，就可以向航天器传递信息。
“我们的方法可以变得更直观，”研究人员解释说。“例如，如果你要选择使用这种激光的航天器，你只需用激光在太阳能电池板上快速画一个圈。因此，你可以有一个手势和命令的字母表来做各种基本的命令和控制蜂群。你可以决定一个领头的航天器和一个航天器是小组的一部分，把他们分成一个或多个小组。你可以画出一条轨道/路径，让整个航天器群沿着这条路径走，等等。”
大多数现有的控制航天器群的方法需要使用两个终端，一个用于操作人员，一个用于航天器，这也可以使用操纵杆控制。命令通常使用行或一组指令来给出，这使得操作符更容易出错。
向宇宙飞船发送错误的指令可能会造成灾难性的后果，可能会导致任务的结束，并造成数百万甚至数十亿的损失。研究人员设计的基于手势的方法可以简化航天器群的控制，防止错误和命令相关的混乱。
研究人员说:“在微重力的三维环境中，控制航天器的机群是一项挑战。”“在太空中没有上、下等。我们控制许多航天器的方法超越了这些问题，使人类操作人员不必去想象事物，而是让他们付诸行动。人们的主要担忧是，黑客和不法分子可能学会同样的手势，从而控制一支航天器舰队。然而，在我们的方法中，安全不是事后才想到的，它是系统的基础。”
在开发他们的系统时，研究人员优先考虑了它的安全性。例如，激光信号本身可以被编码，并不断地传递一个调制过的密码串。这意味着，尽管另一个操作员可能能够看到操作中涉及的手势，但他们将需要访问代码来指挥其他航天器。
操作附近另一群航天器的操作人员可能需要看到指令手势的指示，因为这将有助于协调群与群之间的交互。研究人员设计的这种方法可以让附近的操作员看到这些手势，但防止他们侵入系统并控制其他蜂群。对于需要更高安全性的任务，信号也可以进一步编码，完全防止其他人理解命令。
研究人员说:“总而言之，当指挥舰队或航天器群时，这种方法允许有一定的透明度。”“在某些情况下，重要的是让周围的人看到正在发生什么，并意识到正在执行的手势命令，为了安全，而在其他情况下，它需要完全安全，并隐藏起来。”
研究人员设计的方法也可以应用于其他机器人群体，如无人机(uav)，无人地面车辆(ugv)和水下车辆。目前，该团队正在使用地面机器人进行交互式实验室演示。
研究人员说:“我们希望展示这项技术的实际应用，让人们更好地理解这些理论。”“通过这些地面机器人演示，我们一直在寻找赞助商和潜在客户。”
在未来，研究人员希望进一步推进他们的方法，使其可以用于特定的环境，例如军事、空间交通管理和安全与救援应用。他们最近也发表了文章后续的一篇论文，概述了他们在太空中演示这项技术的计划。
“我们未来的大计划是在太空中展示这项技术，”研究人员说。“我们有像Vishnu Reddy教授这样的合作者，他们可以帮助我们监测单个或多个成群用最先进的地面望远镜观测宇宙飞船。我们还可以安装这些激光器，让它们协同工作，用望远镜来控制航天器。”
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