De snelle ontwikkeling van megaconstellaties in een lage baan om de aarde (LEO) heeft aanzienlijk bijgedragen aan verschillende aspecten van de menselijke wetenschappelijke vooruitgang, zoals communicatie, navigatie en teledetectie. De ongebreidelde inzet van sterrenbeelden heeft echter ook de orbitale middelen onder druk gezet en de congestie van ruimtevaartuigen in LEO vergroot, wat de veiligheid van operaties in de baan van veel ruimteactiva ernstig in gevaar brengt.

Voor de langdurige en duurzame ontwikkeling van ruimteactiviteiten in LEO-regio's moet de stabiliteit van de ruimteomgeving worden gehandhaafd met behulp van meer rationele toezicht- en bestuursmechanismen. In een recent gepubliceerde review in Space:Science &Technology , Jingrui Zhang van de School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, analyseerde de onderzoekskloof en faciliteerde de ontwikkeling van LEO-megaconstellaties.

Allereerst besprak de auteur de huidige ontwikkelingen van typische LEO-megaconstellaties, waaronder Starlink, OneWeb, Iridium Next, Globalstar en Flock. Met Starlink van SpaceX als voorbeeld, heeft het tot doel een LEO-constellatie te bouwen met 42.000 satellieten om een ​​wereldwijd ruimtegebaseerd communicatiesysteem met hoge snelheid, grote capaciteit en lage latentie te bereiken. Starlink heeft uitstekende prestaties geleverd op aanverwante gebieden, zoals internationale luchtvaart en zeetransport. Bovendien kan Starlink worden geconstrueerd als een krachtig commando- en communicatienetwerk en is het al een belangrijk symbool geweest van de bewapening van de ruimte in de Verenigde Staten.

Vervolgens analyseerde de auteur de impact van LEO-megaconstellaties in termen van astronomische observatie, veiligheid van ruimtevaartuigen in een baan om de aarde en evolutie van de ruimteomgeving. Vanuit het perspectief van de ruimtewetenschap waren dergelijke effecten vooral prominent in astronomische waarnemingen, de veiligheid van ruimtevaartuigen in de baan en de evolutie van de ruimteomgeving. In termen van astronomische observatie zouden de nieuwe LEO-megaconstellaties, die voornamelijk zouden worden ingezet op 350-1100 km, de normale werking van astronomische observatieapparatuur op de grond aanzienlijk beïnvloeden. Voor optische telescopen op de grond veroorzaakte een satelliet die door zijn gezichtsveld ging, verschillende mate van schade aan de waarnemingsgegevens, afhankelijk van de helderheid van de satelliet.

Bovendien vormden het buitensporige aantal satellieten en de slechte beheermogelijkheden van LEO-megaconstellaties een ernstige bedreiging voor de veiligheid van ruimtevaartuigen in een baan om de aarde. Vooral voor grote, bemande ruimtevaartuigen van hoge waarde, verhoogde dit niet alleen het risico op aanzienlijke economische verliezen, maar bedreigde het ook de veiligheid van astronauten. Behalve dat ze een bedreiging vormden voor de veiligheid van individuele ruimtevaartuigen in een baan om de aarde, vergrootten LEO-megaconstellaties de onzekerheid van de evolutie van de ruimteomgeving. Het aantal oncontroleerbare doelen was aanzienlijk toegenomen met LEO-megaconstellaties, wat leidde tot een sterke toename van de dichtheid van LEO-ruimtevoorwerpen, wat aanzienlijke uitdagingen met zich meebracht voor de beperking van ruimteschroot en het beheer van het ruimteverkeer. De snelle groei van LEO-megaconstellaties kan leiden tot de uiteindelijke ineenstorting van de ruimteomgeving.

Daarna verdeelde de auteur het proces van het verminderen of onderdrukken van de negatieve impact in twee belangrijke aspecten:bewaking en beheer van ruimtevoorwerpen. Doelbewaking van de ruimte was om de veilige werking van ruimtevaartuigen te waarborgen met behulp van ruimtebewakingsinfrastructuren en technologieën voor situationeel bewustzijn in de ruimte.

Veel instellingen en wetenschappers hadden verschillende onderzoeksinspanningen gedaan en vormden een toegepast veld van space situational awareness (SSA) met een complete architectuur. Een observatiesysteem omvatte voornamelijk twee inzetlocaties, op de grond en in de ruimte, en twee detectiemethoden, optisch en radar. Momenteel is het SSN, uit de Verenigde Staten, het beste ruimteobservatiesysteem in termen van wereldwijde prestaties, gevolgd door het Russian Space Surveillance System (SSS) en het European Union Space Surveillance and Tracking System (EUSST).

Door de ontwikkeling van de LEO-megaconstellatie stond SSA voor nieuwe uitdagingen op het gebied van multisensorbeheer en datafusie. Om de mogelijkheden van SSA te maximaliseren, was een efficiënte toewijzing van multisensoren vereist, met een effectieve fusie van multisensorgegevens. De beheermethode met meerdere sensoren kan worden begrepen in termen van sensorplanning of het verzenden van observatietaken, wat verwees naar het toewijzen van geschikte observatie-instructies op de juiste momenten, zodat het hele sensornetwerk kan samenwerken om aan de taakvereisten te voldoen.

Met het toenemende aantal op de grond en in de ruimte gebaseerde observatiesensoren die online komen, werden effectieve multi-sensorbeheermethoden een dringende vraag van de ruimtegemeenschap. Naast de typische optimalisatiemethoden werden efficiënte en optimale taaktoewijzingsmethoden voorgesteld op basis van diepe versterkingsleeralgoritmen en gerelateerde methoden om goede prestaties te bereiken in hoogdimensionale en grootschalige scenario's.

Informatiefusie met meerdere bronnen was een proces van informatieverwerking met meerdere niveaus en meerdere facetten dat gegevens van meerdere sensoren en informatiebronnen detecteert, correleert en combineert om een ​​nauwkeurige schatting te krijgen van de status en identiteit van het doelwit, evenals een volledige beoordeling van de houding en bedreigingen van de omgeving.

Informatiefusie met meerdere sensoren ondervond echter beperkingen, zoals een lage autonomie en een slechte tijdigheid. In de richting van het beheer van ruimtevoorwerpen waren er twee belangrijke bestuursmethoden. De eerste categorie, post-mission verwijdering (PMD), was om het genereren van nieuwe ruimtevoorwerpen te verminderen door aan boord van de baan strategieën. De tweede categorie, actieve puinverwijdering (ADR), was voornamelijk bedoeld om de baan van buiten dienst gestelde ruimtevoorwerpen te versnellen, en het uiteindelijke doel was om doelen in de atmosfeer te laten crashen door actieve menselijke activiteit. PMD kan het geboortecijfer aanzienlijk verlagen en het aantal doelen voor ruimtegebrek verhogen.

Dit kan de groeitrend echter niet afremmen. ADR kan bestaande mislukkingsdoelen wegnemen en de neiging tot groei van ruimteafval fundamenteel indammen. Er was echter een dringende behoefte om de verwijderingsefficiëntie te verbeteren. Daarom was het geïntegreerde gebruik van zowel PMD als de actieve verwijdering van ruimtevoorwerpen een voorwaarde om de duurzaamheid van de ruimteomgeving te waarborgen.

Ten slotte werden de toekomstige ontwikkeling en mogelijke onderzoeksrichtingen van LEO-megaconstellaties geprospecteerd. Uitgebreide toepassingen van LEO-megaconstellaties bevinden zich nog in de fase van voorlopige verkenning vanwege enkele unieke kenmerken, zoals beperkte frequentie-baanbronnen, wereldwijde impact en complexe beperkingen.

Er zijn dus vier hoofdtrends voor de toekomstige ontwikkeling:

1. De bellwether-firma's zouden snel middelen in de frequentiebaan in batches reserveren.
2. Ongekende schade door LEO-megaconstellaties kan worden veroorzaakt aan de ruimteomgeving.
3. De bewakingssystemen kunnen evolueren van op de grond naar in de ruimte.
4. De bestuursmethoden kunnen evolueren van doelstellingen met één doelstelling naar doelstellingen met meerdere doelstellingen, tegen lage kosten en met hoge efficiëntie.

Volgens de hierboven samengevatte tendens zijn vier mogelijke onderzoeksrichtingen van groot belang:

1. Er moet een rechtvaardiger coördinatiekader komen voor de toewijzing van LEO-frequentie-orbit-middelen.
2. Er moet een redelijke en uniforme technische norm voor ruimteverkeersbeheer worden voorgesteld om de ex-ante onderhandelingsmechanismen, crisisbeheersingsmechanismen tijdens ongevallen en ex-post-ongevallenverwerkingsmechanismen verder te verbeteren.
3. Kritieke technologieën voor tijdige bewaking, ontwikkelingen in de autonomiesnelheid en effectiviteit van multisensorinformatiefusie zijn dringend vereist.
4. Belangrijke methoden voor efficiënt bestuur zijn het waard om verder te worden ontwikkeld. Het uit hun baan brengen van ter ziele gegane ruimtevoorwerpen moet worden versneld door het ontwikkelen van gestandaardiseerde, modulaire, efficiënte en gemanipuleerde bestuursmethoden.

Commerciële satellietrace roept op tot meer regels