ESA bereidt zich voor om machinaal leren te gebruiken om satellieten te beschermen tegen het zeer reële en groeiende gevaar van ruimteschroot.

Het bureau ontwikkelt een systeem om botsingen te vermijden dat automatisch het risico en de waarschijnlijkheid van botsingen in de ruimte beoordeelt, het besluitvormingsproces te verbeteren over het al dan niet nodig zijn van een manoeuvre, en kan zelfs de orders naar risicosatellieten sturen om uit de weg te gaan.

Dergelijke geautomatiseerde beslissingen kunnen zelfs aan boord van satellieten plaatsvinden, die andere exploitanten op de grond en satellieten in een baan om de aarde rechtstreeks zou informeren over hun bedoelingen. Dit is essentieel om ervoor te zorgen dat geautomatiseerde beslissingen de manoeuvreplannen van anderen niet verstoren.

Naarmate deze intelligente systemen meer gegevens en ervaringen verzamelen, ze zullen steeds beter worden in het voorspellen hoe risicovolle situaties zich ontwikkelen, wat betekent dat fouten in de besluitvorming zouden dalen, evenals de operationele kosten.

"Er is dringend behoefte aan een goed beheer van het ruimteverkeer, met duidelijke communicatieprotocollen en meer automatisering", zegt Holger Krag, Hoofd Ruimtevaartveiligheid bij ESA.

"Zo werkt de luchtverkeersleiding al tientallen jaren, en nu moeten ruimteoperators samenkomen om geautomatiseerde manoeuvre-coördinatie te definiëren."

Een ruimtemissie vliegen is niet meer wat het geweest is. We worden nu geconfronteerd met de overblijfselen van eerdere orbitale inspanningen die vandaag de dag nog steeds in de omgeving van de aarde rondspoken.

Na ongeveer 5450 lanceringen sinds het begin van het ruimtetijdperk in 1957, het aantal puinobjecten dat naar schatting in een baan om de aarde is, vanaf januari 2019, was:

• 34, 000 objecten groter dan 10 cm groot
• 900 000 objecten tussen 1 cm en 10 cm
• 128 miljoen objecten van 1 mm tot 10 cm

'Handmatige' botsingsvermijding

Vanwege deze puinomgeving, het is nu routine voor operators in drukbezochte banen om tijd te besteden aan het beschermen van hun ruimtevaartuig tegen potentieel catastrofale botsingen met ruimteafval, door "botsingsvermijdingsmanoeuvres" uit te voeren - in feite de commando's naar hun ruimtevaartuig te sturen om uit de weg te gaan.

Dergelijke manoeuvres zijn afhankelijk van gevalideerde, nauwkeurige en tijdige ruimtebewakingsgegevens, bijvoorbeeld geleverd door het US Space Surveillance Network, die als basis dienen voor "conjunctiegegevensberichten, " of CDM's, waarschuwing voor een mogelijke nauwe ontmoeting tussen hun ruimtevaartuig en een andere satelliet of ruimtevoorwerp.

Voor een typische satelliet in een lage baan om de aarde, er worden wekelijks honderden waarschuwingen afgegeven. Voor de meesten, het risico op een aanvaring neemt met de week af en er wordt meer orbitale informatie verzameld, maar voor sommigen wordt het risico hoog genoeg geacht dat verdere actie vereist is.

Voor de huidige vloot van ruimtevaartuigen van ESA in deze banen op lage hoogte, ongeveer twee waarschuwingen per week, per satelliet, gedetailleerde opvolging door een analist vereisen. Dit omvat urenlange analyse van de afstand tussen de twee objecten, hun waarschijnlijke positie in de toekomst, onzekerheden in waarnemingen en dus in berekeningen en uiteindelijk de kans op aanvaring.

Als de kans groter is dan gewoonlijk één op de tien, 000, het werk van verschillende teams is nodig om een ​​botsingsvermijdingsmanoeuvre voor te bereiden en de commando's naar de satelliet te uploaden.

De manoeuvre moet worden geverifieerd om er zeker van te zijn dat deze het verwachte effect heeft, en brengt het ruimtevaartuig bijvoorbeeld niet dichter bij het object of zelfs in gevaar voor een ander object.

Gemiddeld, ESA moet meer dan één manoeuvre voor het vermijden van botsingen per satelliet per jaar uitvoeren, de overgrote meerderheid als gevolg van ruimtepuin.

Hoewel dergelijke manoeuvres uiteindelijk ruimtevaartuigen beschermen, ze verstoren ook hun normale schema, het vertragen of onderbreken van wetenschappelijke observaties of communicatie, en verbruiken vaak schaarse brandstof, de levensduur van de missie verkorten.

NewSpace

Als het aantal kleine, particuliere satellieten in een baan om de aarde neemt drastisch toe, het tijdperk van 'NewSpace' is begonnen.

Veel satellieten zullen op zichzelf werken, maar er zijn duizenden aangekondigd die zullen worden gelanceerd in grote constellaties - enorme netwerken van satellieten die samen in relatief lage banen vliegen - met als doel wereldwijde, dekking op korte afstand, of het nu voor telecommunicatie of aardobservatie is.

Sommige bedrijven zijn begonnen met het lanceren van zulke grote sterrenbeelden in een lage baan om de aarde, om reguliere internettoegang te bieden aan regio's zonder de benodigde infrastructuur. Andere bedrijven zoals Amazon en Boeing hebben soortgelijke plannen aangekondigd.

Dit betekent dat we binnenkort meer actieve satellieten in een baan om de aarde zullen hebben dan er eerder in de geschiedenis van de ruimtevaart zijn gelanceerd.

Zulke sterrenbeelden, terwijl het grote voordelen oplevert voor de mensen op aarde, een bron van enorme verstoring zal zijn van de duurzaamheid op lange termijn van de ruimteomgeving, als we onze manier van werken niet veranderen.

Naarmate de ruimtesnelwegen boven de aarde drukker worden en nauwe naderingen gebruikelijker worden, het huidige handmatige proces van het berekenen van botsingsrisico's en het bepalen hoe ruimtevaartuigen moeten reageren, zal veel te traag en tijdrovend zijn om effectief te zijn.