Количество космических аппаратов за пределами низкой околоземной орбиты растёт, и наземные системы всё чаще сталкиваются с нагрузкой при их сопровождении. Основным инструментом для таких задач остаётся американская Deep Space Network (DSN), однако число запросов к сети постепенно увеличивается. Учёные предложили использовать для навигации данные о работе солнечных батарей во время затмений, не устанавливая на аппараты дополнительное оборудование.
Солнечные панели уже оснащаются системой отслеживания точки максимальной мощности, которая помогает направлять их к Солнцу и получать больше энергии. Во время затмения аппарат оказывается в тени Земли или Луны, из-за чего выработка электричества резко снижается. Точные моменты падения и восстановления напряжения на разных участках панелей позволяют определить положение космического аппарата в пространстве.
Метод основан на заранее рассчитанных параметрах движения Солнца, Земли и Луны, а также на форме отбрасываемых ими теней. В состав тени входят полутень, где солнечный свет перекрыт частично, и более глубокая область, в которой излучение полностью отсутствует. Определив время входа аппарата в тень и выхода из неё, навигационный алгоритм может рассчитать его трёхмерные координаты без камер, датчиков положения по звёздам и радиосигналов.
Точность такого подхода осложняется особенностями небесных тел. Лунная тень имеет неровные границы из-за гор и кратеров, а особенности Земли и её атмосферы влияют на размер и форму тени. Для повышения точности исследователи использовали более 22 тысяч наблюдений за лунными кратерами, которые фиксировали прохождение земной тени в период с 1842 по 2011 год.
Работоспособность метода проверили на телеметрии аппарата CAPSTONE, созданного компанией Advanced Space. 11 января 2026 года во время прохождения лунной тени напряжение на его солнечных панелях снизилось с 23 вольт почти до нуля, а после возвращения на освещённый участок выросло до 31 вольта. Как сообщает Universe Today, расчёт времени входа и выхода из тени позволил определить траекторию CAPSTONE с отклонением не более 15 секунд.
В отдельной компьютерной проверке учёные смоделировали ситуацию, при которой аппарат пропустил сеанс связи с наземными станциями, а неопределённость его положения увеличилась на несколько километров. Использование одних только данных о затмении сократило эту неопределённость более чем на 60 процентов. Разработчики считают преимуществом метода отсутствие затрат на дополнительную аппаратуру, хотя он не заменяет радиослежение с Земли и может использоваться как резервный инструмент.