Trots tekniska framsteg, och för att förstå rymdmiljön, Behovet av att avsevärt öka takten i att tillämpa föreslagna åtgärder för att minska skräpskapandet har identifierats vid Europas hittills största konferens för rymdskräp. Kredit:European Space Agency
ESA förbereder sig för att använda maskininlärning för att skydda satelliter från den mycket verkliga och växande faran med rymdskräp.
Byrån utvecklar ett system för att undvika kollisioner som automatiskt kommer att bedöma risken och sannolikheten för kollisioner i rymden, förbättra beslutsprocessen om huruvida en manöver behövs eller inte, och kan till och med skicka order till satelliter i riskzonen för att komma ur vägen.
Sådana automatiserade beslut kan till och med ske ombord på satelliter, som direkt skulle informera andra operatörer på marken och satelliter i omloppsbana om deras avsikter. Detta kommer att vara väsentligt för att säkerställa att automatiserade beslut inte stör andras manöverplaner.
När dessa intelligenta system samlar in mer data och erfarenhet, de kommer att bli bättre och bättre på att förutsäga hur riskabla situationer utvecklas, vilket innebär att fel i beslutsfattandet skulle minska såväl som kostnaderna för verksamheten.
"Det finns ett akut behov av ordentlig rymdtrafikledning, med tydliga kommunikationsprotokoll och mer automatisering", säger Holger Krag, Chef för rymdsäkerhet på ESA.
"Så här har flygtrafikledningen fungerat i många decennier, och nu måste rymdoperatörer gå samman för att definiera automatiserad manöverkoordinering."
Att flyga ett rymduppdrag är inte vad det brukade vara. Vi står nu inför resterna av tidigare orbitala ansträngningar som än idag hemsöker jordens miljö.
Efter ungefär 5450 uppskjutningar sedan början av rymdåldern 1957, antalet skräpobjekt som uppskattas vara i omloppsbana, från och med januari 2019, var:
"Manuell" kollisionsundvikande
På grund av denna skräpmiljö, det är nu rutin för operatörer i mycket trafikerade omloppsbanor att lägga tid på att skydda sina rymdskepp från potentiellt katastrofala kollisioner med rymdskräp, genom att utföra "manövrar för att undvika kollisioner" - i princip skicka kommandona till sin rymdfarkost för att komma ur vägen.
Sådana manövrar är beroende av validerade, korrekta och aktuella rymdövervakningsdata, tillhandahålls till exempel av US Space Surveillance Network, tjänar som bas för "konjunktionsdatameddelanden, " eller CDM, varning för eventuellt nära möte mellan deras rymdfarkost och en annan satellit eller rymdobjekt.
ESA:s Aeolus vinduppdrag kommer att tillhandahålla aktuella och korrekta profiler av världens vindar och ytterligare information om aerosoler och moln. Uppdraget kommer att främja vår förståelse av atmosfärisk dynamik. Det kommer också att ge välbehövlig information för att förbättra väderprognoser och bidra till klimatforskning. Satelliten bär ett enda instrument:en Doppler-vindlidar som heter Aladin. Detta sofistikerade instrument är designat för att undersöka de lägsta 30 km av atmosfären längs satellitens omloppsbana. Består av en kraftfull laser, ett stort teleskop och en mycket känslig mottagare, Aladin blir den första vindlidaren i rymden. I molnfri luft kommer lidaren att sondera atmosfären ner till ytan, eller till toppen av täta moln. Data om vindar kommer att intas i vädermodeller för att förbättra prognoserna. Förbättrade väderprognoser har betydande samhällsekonomiska fördelar. Till exempel, Aeolus kommer att bidra till att förbättra förutsägelsen av cyklonsystem på mellanlatitud. Kredit:ESA/ATG medialab
För en typisk satellit i låg omloppsbana om jorden, hundratals varningar utfärdas varje vecka. För de flesta, risken för kollision minskar allt eftersom veckan går och mer information om omloppsbanan samlas in, men för vissa bedöms risken vara tillräckligt hög för att ytterligare åtgärder krävs.
För ESA:s nuvarande flotta av rymdfarkoster i dessa låghöjdsbanor, cirka två larm per vecka, per satellit, kräver detaljerad uppföljning av en analytiker. Detta innebär timmars analys av avståndet mellan de två objekten, deras troliga positioner i framtiden, osäkerheter i observationer och därför i beräkningar och i slutändan sannolikheten för kollision.
Om sannolikheten är större än vanligtvis en på 10, 000, olika teams arbete behövs för att förbereda en kollisionsundvikande manöver och ladda upp kommandona till satelliten.
Manövern måste verifieras för att säkerställa att den får förväntad effekt, och för till exempel inte rymdfarkosten närmare föremålet eller ens skadar ett annat föremål.
I genomsnitt, ESA behöver utföra mer än en manöver för undvikande av kollision per satellit och år, de allra flesta på grund av rymdskräp.
Även om sådana manövrar i slutändan skyddar rymdfarkoster, de stör också sitt normala schema, försena eller avbryta vetenskapliga observationer eller kommunikationer, och använder ofta knappt bränsle, minskar uppdragets livslängd.
Satellitmegakonstellationer bestående av hundratals till tusentals rymdfarkoster håller på att bli en populär lösning för global telekommunikationstäckning. Den här bilden visar hur satelliter i en sådan megakonstellation skulle kunna distribueras runt jorden. Kredit:ESA
NewSpace
Som antalet små, privatägda satelliter i omloppsbana ökar drastiskt, eran av "NewSpace" har börjat.
Många satelliter kommer att fungera på egen hand, men tusentals har tillkännagivits som kommer att skjutas upp i stora konstellationer – enorma nätverk av satelliter som flyger tillsammans i relativt låga omloppsbanor – i syfte att tillhandahålla globala, täckning på nära håll, oavsett om det gäller telekommunikation eller jordobservation.
Vissa företag har börjat skjuta upp så stora konstellationer i låg omloppsbana om jorden, för att tillhandahålla regelbunden internetåtkomst till regioner utan den nödvändiga infrastrukturen. Andra företag som Amazon och Boeing har meddelat liknande planer.
Det betyder att vi snart kommer att ha fler aktiva satelliter i omloppsbana än vad som har sänts upp tidigare i rymdfärdens historia.
Sådana konstellationer, samtidigt som det ger stora fördelar för människor på jorden, kommer att vara en källa till enorma störningar för rymdmiljöns långsiktiga hållbarhet, om vi inte ändrar vårt sätt att arbeta.
I takt med att rymdmotorvägarna ovanför jorden blir livligare och närfarter blir vanligare, den nuvarande manuella processen att beräkna kollisionsrisker och bestämma hur rymdfarkoster ska reagera kommer att vara alldeles för långsam och tidskrävande för att vara effektiv.
