Den snabba utvecklingen av megakonstellationer i Low Earth Orbit (LEO) har avsevärt bidragit till flera aspekter av mänskliga vetenskapliga framsteg, såsom kommunikation, navigering och fjärranalys. Emellertid har ohämmad utplacering av konstellationer också ansträngt orbitala resurser och ökat trängsel i rymdfarkoster i LEO, vilket allvarligt påverkar säkerheten för många rymdtillgångars operationer i omloppsbana.

För en långsiktig och hållbar utveckling av rymdverksamheten i LEO-regioner måste rymdmiljöstabiliteten upprätthållas med hjälp av mer rationella övervaknings- och styrmekanismer. I en recensionsartikel som nyligen publicerades i Space:Science &Technology , Jingrui Zhang från School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, analyserade forskningsgapet och underlättade utvecklingen av LEO megakonstellationer.

Först och främst granskade författaren den aktuella utvecklingen av typiska LEO megakonstellationer, inklusive Starlink, OneWeb, Iridium Next, Globalstar och Flock. Med SpaceX:s Starlink som exempel, syftar det till att bygga en LEO-konstellation som innehåller 42 000 satelliter för att uppnå global täckning, höghastighets-, rymdbaserat globalt kommunikationssystem med stor kapacitet och låg latens. Starlink har visat utmärkta prestationer inom relaterade områden, såsom internationell luftfart och sjötransport. Starlink kan dessutom konstrueras som ett kraftfullt kommando- och kommunikationsnätverk och har redan varit en viktig symbol för beväpningen av yttre rymden i USA.

Sedan analyserade författaren effekten av LEO megakonstellationer i termer av astronomisk observation, rymdfarkostssäkerhet i omloppsbana och rymdmiljöutveckling. Ur rymdvetenskapens perspektiv var sådana effekter särskilt framträdande i astronomiska observationer, säkerhet i omloppsbana och rymdmiljöns utveckling. När det gäller astronomisk observation skulle de nya LEO megakonstellationerna, som huvudsakligen skulle placeras ut på 350-1100 km, avsevärt påverka den normala driften av markbaserad astronomisk observationsutrustning. För markbaserade optiska teleskop, när en satellit passerade genom sitt synfält, orsakade det olika grader av skada på observationsdata beroende på satellitens ljusstyrka.

Dessutom utgjorde det överdrivna antalet satelliter och dåliga hanteringsmöjligheter för LEO megakonstellationer ett allvarligt hot mot säkerheten för rymdfarkoster i omloppsbana. Speciellt för stora, bemannade rymdfarkoster av högt värde, ökade detta inte bara risken för betydande ekonomiska förluster utan hotade också astronautsäkerheten. Förutom att utgöra ett hot mot säkerheten för enskilda rymdfarkoster i omloppsbana, ökade LEO megakonstellationer osäkerheten i rymdmiljöns utveckling. Antalet okontrollerbara mål hade ökat avsevärt med LEO-megakonstellationer, vilket ledde till en kraftig ökning av tätheten av LEO-rymdobjekt, vilket innebar betydande utmaningar för begränsning av rymdskräp och rymdtrafikhantering. Den snabba tillväxten av LEO megakonstellationer kan leda till att rymdmiljön slutligen kollapsar.

Efteråt delade författaren in processen för att mildra eller undertrycka den negativa påverkan i två huvudaspekter:övervakning och styrning av rymdobjekt. Övervakning av rymdmål var att säkerställa säkerhetsdriften av rymdfarkoster med användning av rymdövervakningsinfrastruktur och rymdteknik för situationsmedvetenhet.

Många institutioner och forskare hade gjort flera forskningsinsatser och bildat ett tillämpat fält för rymdsituationsmedvetenhet (SSA) med en komplett arkitektur. Ett observationssystem omfattade huvudsakligen två utplaceringsplatser, markbaserade och rymdbaserade, och två detektionsmetoder, optisk och radar. För närvarande är det bästa rymdobservationssystemet i termer av global prestanda SSN, från USA, följt av det ryska rymdövervakningssystemet (SSS) och Europeiska unionens rymdövervaknings- och spårningssystem (EUSST).

Tack vare utvecklingen av LEO megakonstellation stod SSA inför nya utmaningar när det gäller multisensorhantering och datafusion. För att maximera kapaciteten hos SSA krävdes en effektiv allokering av multisensorer, med en effektiv sammansmältning av multisensordata. Metoden för hantering av flera sensorer kan förstås i termer av sensorschemaläggning eller utskick av observationsuppgifter, vilket avser tilldelning av lämpliga observationsinstruktioner vid lämpliga tidpunkter, så att hela sensornätverket kan samarbeta för att uppnå uppgiftskraven.

Med det ökande antalet markbaserade och rymdbaserade observationssensorer som kommer online, blev effektiva multisensorhanteringsmetoder ett akut krav från rymdgemenskapen. Utöver typiska optimeringsmetoder föreslogs effektiva och optimala uppgiftsallokeringsmetoder baserade på djupa förstärkningsinlärningsalgoritmer och relaterade metoder för att uppnå bra prestanda i högdimensionella och storskaliga scenarier.

Multisource information fusion var en multi-level och mångfacetterad process av informationsbearbetning som detekterar, korrelerar och kombinerar data från flera sensorer och informationskällor för att erhålla en korrekt uppskattning av målstatus och identitet, såväl som en fullständig bedömning av miljöposition och hot.

Men multi-sensor information fusion upplevde begränsningar, såsom låg autonomi och dålig aktualitet. Mot styrning av rymdobjekt fanns det två huvudsakliga styrningsmetoder. Den första kategorin, post-mission disposal (PMD), var att minska genereringen av nya rymdobjekt genom ombord-deorbiting-strategier. Den andra kategorin, aktivt skräpborttagning (ADR), syftade främst till att påskynda omloppsbanan för rymdobjekt som inte används, och det slutliga målet var att krascha in mål i atmosfären genom aktiv mänsklig aktivitet. PMD kan avsevärt minska födelsetalen och öka frekvensen av rymdmisslyckandemål.

Detta kan dock inte bromsa tillväxttrenden. ADR kan göra sig av med befintliga misslyckandemål och i grunden dämpa tendensen till rymdskräptillväxt. Det fanns dock ett akut behov av att förbättra borttagningseffektiviteten. Därför var integrerad användning av både PMD och aktivt avlägsnande av rymdföremål en förutsättning för att säkerställa rymdmiljöns hållbarhet.

Slutligen prospekterades framtida utveckling och potentiella forskningsriktningar för LEO megakonstellationer. Omfattande tillämpningar av LEO-megakonstellationer befinner sig fortfarande i det preliminära utforskningsstadiet på grund av några unika egenskaper, såsom begränsade frekvensomloppsresurser, global påverkan och komplexa begränsningar.

Det finns alltså fyra huvudtrender för den framtida utvecklingen:

1. Blockväderföretagen skulle snabbt reservera frekvensomloppsresurser i omgångar.
2. Oöverträffad skada från LEO megakonstellationer kan orsakas på rymdmiljön.
3. Övervakningssystemen kan utvecklas från markbaserade till rymdbaserade.
4. Styrningsmetoderna kan utvecklas från mål med ett enda mål till mål med flera mål, låga kostnader och högeffektiva mål.

Enligt den sammanfattade tendensen ovan är fyra potentiella forskningsriktningar av stort intresse:

1. En mer rättvis samordningsram för LEO frekvens-omloppsresursallokering bör upprättas.
2. En rimlig och enhetlig teknisk standard för rymdtrafikledning bör föreslås för att ytterligare förbättra förhandsförhandlingsmekanismerna, kriskontrollmekanismerna under olyckor och mekanismerna för hantering av olyckor i efterhand.
3. Kritisk teknik för snabb övervakning, utveckling av autonomi snabbhet och effektivitet av multi-sensor information fusion är brådskande.
4. Nyckelmetoder för effektiv styrning är värda att vidareutvecklas. Avvecklingen av nedlagda rymdobjekt bör påskyndas genom att utveckla standardiserade, modulära, effektiva och konstruerade styrmedel.

Kommersiellt satellitlopp väcker krav på fler regler