В Европейском космическом агентстве (ESA) готовятся к использованию машинного обучения для защиты спутников от достаточно реалистичной и всё более возрастающей угрозы, исходящей от космического мусора.
В настоящее время в агентстве занимаются разработкой системы предотвращения столкновений, которая будет автоматически оценивать риск и вероятность столкновений в космосе, улучшать качество принимаемых решений о необходимости дополнительных манёвров, а также отправлять на спутники, находящиеся в зоне риска, команды, указывающие им варианты выхода из зоны опасности.
Подобные автоматизированные решения могут приниматься даже непосредственно на борту спутников, которые затем будут информировать напрямую операторов наземных станций и прочие спутники о своих намерениях, связанных с манёврами. Это крайне важно для того, чтобы автоматизированные действия одних спутников не мешали совершать манёвры другим аппаратам.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
По мере того как подобные автоматизированные системы будут набираться необходимого опыта и собирать данные, проводимая ими оценка степени риска конкретных ситуаций будет становиться всё более совершенной, что, в свою очередь, уменьшит количество ошибок и снизит стоимость операций.
«Существует острая необходимость обеспечения надлежащего управления космическим трафиком, с чёткими протоколами связи и большей степенью автоматизации», — заявил глава отдела космической безопасности в ESA Хольгер Краг.
«Именно таким образом на протяжении многих десятилетий работало управление воздушным движением, и теперь космическим операторам необходимо собраться вместе, чтобы выработать систему автоматической координации манёвров».
Сегодня условия проведения космической миссии значительно отличается от тех, которые были ранее. Мы всё чаще сталкиваемся на орбите со следами предыдущих запусков, которые продолжают всё активнее загрязнять околоземное пространство.
После примерно 5 450 запусков, произведенных с момента старта эры освоения космоса в 1957 году, по состоянию на январь 2019 года примерным оценкам на орбите находится следующее количество «мусорных» объектов:
- 34 000 объектов размером более 10 см.
- 900 000 объектов размером от 1 до 10 см.
- 128 миллионов объектов размером от 1 мм до 10 см.
Предотвращение столкновений «в ручном режиме»
Столь большое количество мусора на орбите привело к тому, что для операторов космических миссий, проходящих на перегруженных орбитах, стала обычным делом практика постоянного мониторинга ситуации в космосе с целью предотвращения катастрофических столкновений с космическими обломками. Операторам приходится часами планировать «манёвры во избежание столкновений», отправляя на орбиту команды, необходимые для перемещения космических аппаратов из опасных зон в безопасные.
Правильность и качество подобных манёвров зависят от наличия проверенных, точных и своевременно полученных данных космического наблюдения, предоставляемых, к примеру, Сетью наблюдения за состоянием космоса США, служащих основой для «сообщений с объединёнными данными», либо CDM, предупреждающих о возможности возникновения близких расстояний между их космическими кораблями и прочими спутниками либо космическими объектами.
Для каждого среднестатистического спутника, находящегося на низкой околоземной орбите, еженедельно выпускаются сотни подобных уведомлений об опасности. Затем, на протяжении недели, по мере сбора дополнительной орбитальной информации, риск столкновений уменьшается, однако, по некоторым ситуациям степень риска сохраняется на достаточно высоком уровне и требует принятия дополнительных мер.
В случае с находящимися сегодня на низкой околоземной орбите космическими аппаратами ESA еженедельно примерно два уведомления о возможной опасности требуют дальнейшего пристального наблюдения и анализа. Этот анализ, в частности, включает в себя часы просчётов расстояния на орбите между двумя объектами, их вероятного расположение в будущем. При этом достаточная неопределённость при наблюдении и, следовательно, в расчётах могут в конечном итоге привести к столкновению.
Если в результате проведенных расчётов делается вывод о том, что вероятность столкновения выше, чем 1 к 10 000, требуется дополнительно задействовать различные команды, которые занимаются подготовкой манёвров и отправкой на спутник соответствующих команд.
Каждый такой манёвр должен быть тщательно просчитан, дабы гарантировать, что он принесёт именно ожидаемый эффект, а не наоборот приблизит космический аппарат к опасному объекту или создаст риск опасной ситуации для других спутников.
В среднем специалистам ESA приходится ежегодно организовывать по одному манёвру на каждый спутник, оказывающийся под угрозой столкновений. И подавляющее количество данных угроз связано с космическим мусором.
Несмотря на то, что такие манёвры, в конечном итоге, могут защитить космический аппарат, они также нарушают их привычные графики, задерживая или прерывая научные наблюдения или нарушая связь, а часто также расходуют немалое количество дефицитного топлива, что в итоге сокращает срок их эксплуатации.
Новый космос
Стремительный рост количества небольших, частных спутников, запущенных на орбиту, ознаменовал собой начало эры «Нового космоса».
Многие из этих спутников будут работать сами по себе, однако, также анонсируется запуск «больших спутниковых созвездий» — крупных группировок спутников, вращающихся вместе на относительно низких орбитах над Землёй. Цель создания таких созвездий состоит в обеспечении глобального, сплошного покрытия Земли для нужд связи или проведения наблюдений.
Некоторые компании уже начали запускать на низкую околоземную орбиту подобные группировки для предоставления доступа в Интернет пользователям, проживающим на территориях с недостаточно развитой наземной инфраструктурой широкополосных сетей. Другие компании – такие, как Amazon и Boeing – озвучили подобные планы.
Это означает, что вскоре количество спутников, находящихся на орбите, превысит общее количество аппаратов запускавшихся в космос за все предыдущие годы с начала освоения космоса.
Создание подобных созвездий, разумеется, принесёт массу преимуществ жителям планеты, однако, если мы не изменим подход к управлению такими аппаратами, в долгосрочной перспективе они станут источником серьёзных проблем в космосе.
По мере того как движение на космических магистралях становится всё более оживлённым, а расстояние между космическими аппаратами, находящимися на орбите, всё больше сокращается, нынешняя практика «ручного» расчёта рисков столкновений и определения возможных вариантов избегания таковых становится всё менее удобной в силу больших затрат времени и малой эффективности. Соответственно, для решения проблемы требуются более современные подходы.
