Automatisering af kollisionsundgåelse

ESA forbereder sig på at bruge maskinlæring til at beskytte satellitter mod den meget reelle og voksende fare ved rumaffald.

Agenturet er ved at udvikle et kollisionsundgåelsessystem, der automatisk vil vurdere risikoen og sandsynligheden for kollisioner i rummet, forbedre beslutningsprocessen om, hvorvidt en manøvre er nødvendig eller ej, og kan endda sende ordrerne til udsatte satellitter for at komme af vejen.

Sådanne automatiserede beslutninger kunne endda finde sted om bord på satellitter, som direkte vil informere andre operatører på jorden og satellitter i kredsløb om deres hensigter. Dette vil være afgørende for at sikre, at automatiserede beslutninger ikke griber ind i andres manøvreplaner.

Efterhånden som disse intelligente systemer samler mere data og erfaring, de vil blive bedre og bedre til at forudsige, hvordan risikable situationer udvikler sig, hvilket betyder, at fejl i beslutningstagningen vil falde såvel som omkostningerne ved operationer.

"Der er et presserende behov for ordentlig rumtrafikstyring, med klare kommunikationsprotokoller og mere automatisering," siger Holger Krag, Head of Space Safety hos ESA.

"Sådan har flyvekontrol fungeret i mange årtier, og nu skal rumoperatører mødes for at definere automatiseret manøvrekoordinering."

At flyve en rummission er ikke, hvad det plejede at være. Vi står nu over for resterne af tidligere orbitale bestræbelser, som stadig i dag hjemsøger Jordens miljø.

Efter omkring 5450 opsendelser siden begyndelsen af ​​rumalderen i 1957, antallet af affaldsobjekter, der anslås at være i kredsløb, fra januar 2019, var:

• 34, 000 genstande større end 10 cm i størrelse
• 900.000 genstande mellem 1 cm og 10 cm
• 128 millioner objekter fra 1 mm til 10 cm

"Manuel" kollisionsundgåelse

På grund af dette affaldsmiljø, det er nu rutine for operatører i stærkt trafikerede baner at bruge tid på at beskytte deres rumfartøjer mod potentielt katastrofale kollisioner med rumskrot, ved at udføre "manøvrer til undgåelse af kollisioner" - grundlæggende at sende kommandoerne til deres rumfartøjer for at komme af vejen.

Sådanne manøvrer afhænger af validerede, nøjagtige og rettidige rumovervågningsdata, leveret af for eksempel US Space Surveillance Network, tjener som grundlag for "sammenhængsdatameddelelser, " eller CDM'er, advarsel om muligt nærmøde mellem deres rumfartøj og en anden satellit eller rumobjekt.

For en typisk satellit i lav kredsløb om Jorden, hundredvis af advarsler udsendes hver uge. For de fleste, risikoen for kollision falder, efterhånden som ugen går, og mere orbital information indsamles, men for nogle anses risikoen for høj nok til, at der er behov for yderligere handling.

For ESA's nuværende flåde af rumfartøjer i disse lavhøjdebaner, omkring to alarmer om ugen, pr satellit, kræver detaljeret opfølgning fra en analytiker. Dette involverer timers analyse af afstanden mellem de to objekter, deres sandsynlige positioner i fremtiden, usikkerheder i observationer og derfor i beregninger og i sidste ende sandsynligheden for kollision.

Hvis sandsynligheden er større end typisk én ud af 10, 000, arbejdet fra forskellige teams er nødvendigt for at forberede en kollisionsundgåelsesmanøvre og uploade kommandoerne til satellitten.

Manøvren skal verificeres for at sikre, at den får den forventede effekt, og bringer f.eks. ikke rumfartøjet tættere på objektet eller endda til skade for et andet objekt.

Gennemsnitlig, ESA skal udføre mere end én kollisionsforebyggelsesmanøvre pr. satellit pr. år, langt de fleste på grund af rumaffald.

Selvom sådanne manøvrer i sidste ende beskytter rumfartøjer, de forstyrrer også deres normale tidsplan, forsinke eller afbryde videnskabelige observationer eller kommunikation, og bruger ofte sparsomt brændstof, reducere missionens levetid.

NewSpace

Som antallet af små, privatejede satellitter i kredsløb er drastisk stigende, æraen med "NewSpace" er begyndt.

Mange satellitter vil fungere på egen hånd, men tusinder er blevet annonceret, som vil opsendes i store konstellationer - enorme netværk af satellitter, der flyver sammen i relativt lave baner - med det formål at levere globale, dækning på nært hold, hvad enten det er til telekommunikation eller jordobservation.

Nogle virksomheder er begyndt at lancere så store konstellationer i lavt kredsløb om Jorden, for at give regelmæssig internetadgang til regioner uden den nødvendige infrastruktur. Andre virksomheder som Amazon og Boeing har annonceret lignende planer.

Det betyder, at vi snart vil have flere aktive satellitter i kredsløb, end der er blevet opsendt før i rumfartens historie.

Sådanne konstellationer, samtidig med at det bringer store fordele for mennesker på jorden, vil være en kilde til enorm forstyrrelse af rummiljøets langsigtede bæredygtighed, hvis vi ikke ændrer måden, vi opererer på.

Efterhånden som rummotorvejene over Jorden bliver mere travle og tætte tilgange bliver mere almindelige, den nuværende manuelle proces med at beregne kollisionsrisici og bestemme, hvordan rumfartøjer skal reagere, vil være alt for langsom og tidskrævende til at være effektiv.