Automatické systémy omezující kolize družic

Tradiční smutný pohled na zaneřádění nízké oběžné dráhy zdroj:theblaze.com

Evropská kosmická agentura vydala zprávu, že začíná s přípravami inovativního systému, který by využíval procesů strojového učení, aby chránil družice před hrozbou kolize s jinými objekty – ať již pasivními družicemi nebo kosmickou tříští. Jinými slovy ESA vyvíjí systém, který zabrání kolizím, jelikož bude automaticky vyhodnocovat míru rizika srážky na oběžné dráze. Tento systém by umožnil zlepšit celý proces rozhodování, zda je úhybný manévr potřebný, či nikoliv. Systém by dokonce měl být schopen posílat konkrétní a na míru šité pokyny konkrétním družicím, kterým kolize hrozí, aby se mohly vyhnout.

Plakát Evropské kosmické agentury, který uměleckou formou popisuje úhybný manévr družice při hrozící srážce s jiným objektem.

Plakát Evropské kosmické agentury, který uměleckou formou popisuje úhybný manévr družice při hrozící srážce s jiným objektem.
Zdroj: https://esamultimedia.esa.int

Tím však plány nekončí. Podobná automatická rozhodnutí by se mohla odehrávat přímo na palubě družic, který by přímo informoval pozemní operátory na zemi i ostatní družice na oběžné dráze o svých záměrech. Tato schopnost bude nezbytná, aby automatická rozhodnutí jedné družice nezasahovala do  plánů manévrování ostatních. Dá se očekávat, že čím více dat a zkušeností tyto inteligentní systémy nasbírají, tím lépe se budou rozhodovat a zlepší se i jejich schopnost předvídat, jak se může celá situace vyvinout. Díky tomu by postupně klesaly jak počty prvotních chyb při rozhodování, tak i náklady na provoz systému.

Máme tu urgentní potřebu pro správu kosmického provozu, která bude mít jasné komunikační protokoly a bude více automatizovaná,“ uvedl Holger Krag, šéf oddělení Kosmické bezpečnosti v ESA a dodal: „Řízení leteckého provozu takto funguje už desítky let. Nyní je potřeba, aby se družicoví provozovatelé sešli a definovali koordinaci automatických manévrů.“

Kosmonautika se v posledních letech stále více proměňuje, ale na druhou stranu musí současné projekty čelit i historickým výzvám v podobě pozůstatků dřívějších družic, které zůstávají na oběžné dráze. Od začátku kosmického věku v roce 1957 proběhlo na celém světě zhruba 5 500 kosmických startů. Jen část vynesených objektů zanikla v atmosféře či odletěla mimo zemskou oběžnou dráhu. V lednu letošního roku byly odhady počtu objektů na oběžné dráze Země následující:

  • 34 000 objektů větších než 10 centimetrů
  • 900 000 objektů o velikosti 1 – 10 centimetrů
  • 128 000 000 objektů o velikosti 1 – 10 milimetrů

Vzhledem k těmto číslům je pro pozemní operátory denním chlebem ochrana jim svěřených družic, zvlášť pokud jsou na hodně frekventovaných oběžných drahách. Tito lidé věnují velké množství času snaze zabránit katastrofické srážce jejich družice s kosmickou tříští. Aby těmto srážkám zabránili, posílají družicím příkazy k úpravě oběžné dráhy. Zjednodušeně řečeno jde o úhybné manévry, které družici pošlou mimo dráhu nebezpečného projektilu. Takové manévry vyžadují ověřená, přesná a aktuální data o oběžných drahách mnoha objektů. Tato data poskytuje například americká síť Space Surveillance Network, která plní roli jakési základny datových zpráv conjunction data messages, zkráceně CDM. Tyto zprávy varují před kolizí nebo blízkým přiblížením družice k jiné družici či k úlomku.

Potenciální srážka Starlink44 s družicí Aeolus 2. 9. 2019

Potenciální srážka Starlink44 s družicí Aeolus 2. 9. 2019
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Typická družice na nízké oběžné dráze nasbírá každý týden několik stovek těchto varování. Pro většinu z nich se riziko srážky postupně snižuje podle toho, jak čas postupuje a s tím se sbírají další informace o obou oběžných drahách. Některá varování však zůstávají i nadále vysoká a je potřeba přistoupit k akci. ESA ve svém článku zmiňuje, že každá její družice na nízké oběžné dráze má každý týden průměrně dvě události, jejichž řešení vyžaduje detailní analýzu. Ta obnáší hodiny procházení dat a výpočtů vzdáleností mezi oběma objekty, či jejich pozice v budoucnu. Do toho všeho je potřeba započítat i nejistotu při pozorování a výsledkem je pravděpodobnost kolize.

Pokud výsledek ukáže pravděpodobnost srážky vyšší než 1 : 10 000, musí se příslušné týmy pustit do práce na přípravě úhybného manévru. Jakmile mají manévr naplánovaný, pošlou sondě příslušné pokyny. Manévr musí být prověřen, aby se zajistilo, že bude mít očekávaný efekt. Dále se klade důraz na to, aby například nepřiblížil sondu nebezpečně blízko k jinému tělesu, nebo dokonce nezpůsobil srážku.

Grafika zobrazující počty družic na různě vysokých oběžných drahách.

Grafika zobrazující počty družic na různě vysokých oběžných drahách.
Zdroj: https://www.esa.int

Průměrně dělá ESA u každé družice jeden úhybný manévr ročně. Při většině z nich se družice vyhýbají kosmické tříšti. Cílem těchto manévrů je ochránit družici, ale podobné manévry velmi často naruší její chod. Výjimkou není přerušení sběru vědeckých informací či komunikace. Zapomínat nemůžeme ani na skutečnost, že každý manévr stojí družici cenné pohonné látky, jejichž množství hraje významnou roli v otázce životnosti každé družice.

Schematické zobrazení oběžných drah systému Starlink.

Schematické zobrazení oběžných drah systému Starlink.
Zdroj:

Jak již bylo uvedeno výše, kosmonautika se v posledních letech mění. Počet malých soukromých družic rok od roku roste a toto tempo nabírá stále větší obrátky. ESA proto hovoří o začátku éry NewSpace, tedy nový vesmír. Mnoho družic funguje samostatně, ale poslední dobou jsou z úst mnoha firem oznamovány družicové konstelace o mnoha tisících kusech. Tyto masivní sítě, které mají poskytovat telekomunikační služby nebo zajišťují pozorování Země, se většinou umísťují právě na nízkou oběžnou dráhu.

Některé firmy už přikročily od slov k činům a začaly budovat družicové sítě tvořené stovkami či tisícovkami družic, které fotí Zemi nebo mají pokrýt naši planetu spolehlivým připojením k internetu. Tento trend se netýká pouze sítě Starlink od SpaceX, ve hře je mnohem více hráčů a do budoucna se nedá čekat žádné omezování tohoto trendu. Brzy tedy bude na oběžné dráze více aktivních družic, než kolik jich lidstvo vypustilo za celou svou dosavadní existenci.

Takto by mohl vypadat start družic OneWeb na raketě Ariane 6.

Takto by mohl vypadat start družic OneWeb na raketě Ariane 6.
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

Tyto družicové sítě budou mít pro obyvatele Země nesporný přínos, ale mnozí odborníci varují, že pokud nezměníme styl, jakým s družicemi pracujeme, může se z nich stát zdroj problémů z hlediska dlouhodobé udržitelnosti vesmírného prostředí. S tím, jak se budou oběžné dráhy kolem Země měnit na družicové dálnice, bude samozřejmě častěji docházet k blízkým přiblížením k jiným objektům. V tu chvíli se aktuálně používané manuální procesy výpočtu rizika kolizí a hledání možností, jak by měla družice reagovat, stanou příliš pomalými na to, aby fungovaly efektivně. Otevírá se tedy prostor pro automatické systémy, které dokáží data vyhodnocovat rychleji a přesněji než lidé.

Tým, který má v Evropské kosmické agentuře na starosti kosmickou tříšť.

Tým, který má v Evropské kosmické agentuře na starosti kosmickou tříšť.
Zdroj: https://www.esa.int/

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://www.theblaze.com/…/Space-Debris_University-of-Southampton.jpg
https://esamultimedia.esa.int/img/2019/03/SSS_POSTER_DIGITAL_85.pdf
https://pbs.twimg.com/media/EDd2yM6WsAAJVU6?format=png
https://www.esa.int/…/Spatial_density_of_objects_by_orbital_altitude.png
https://2.bp.blogspot.com/…vZfDWFgK_a_gCLcBGAs/s1600/satelliteschematic.png
https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/…/2019/03/ariane6_constellation.jpg
https://www.esa.int/…/space_debris_team/16904247-4-eng-GB/Space_debris_team.jpg

Automatické systémy omezující kolize družic, 5.0 out of 5 based on 6 ratings
Pin It
(Visited 1 674 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (6 votes cast)
(Visited 1 674 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


20 komentářů ke článku “Automatické systémy omezující kolize družic”

  1. kopapaka napsal:

    Jako záměr dobré, ale říkám si, že by možná nebylo od věci, kdyby se ten systém řešil víc společně s ostatními uživateli. Úplně ideální by samozřejmě bylo, aby družice u těch manévrů spolupracovaly(pokud jde o vzájemné vyhnutí dvou aktivních).

  2. xxl napsal:

    zbytocna robota, radsej si to maju kupit od elona ten to uz urcite ma pre svoj starlink vyvinute a funkcne

  3. Maiden napsal:

    Diky umele inteligenci bude moci byt na obezne draze 10x vice bordelu, nez dnes… Tomu rikam pokrok.

    • Dušan Majer napsal:

      Výrazem bordel se označují nefunkční družice, horní stupně či jejich úlomky. K jejich navýšení nejde. Naopak se má zvyšovat počet aktivních družic, které budu prospěšné. Je to podobné jako kdybyste řekl, že díky řízení letového provozu bude moci být ve vzduchu x-krát víc létajících trosek (letadel). Paralela je v tomto případě úplně stejná. Tomu se říká pokrok. Lidstvo se postupně naučilo, jak zvyšovat počty letadel, auto či vlaků. Družice tato změna čeká v nejbližší době a opravdu se nemohu dočkat možností, které se nám díky tomu otevřou.

      • Tovy napsal:

        Uvidíme, jak to dopadne. Jednotný a povinný systém, jako v letectví, je dobrý start. Jen se státy musí nutně dohodnout, všichni víme, jak je to dnes problém se standartizací. Pro nefunkční objekty by pak mohly letět tahače a snášet je dolů.

        Překvapilo mne, kolik družic je nad oběžnou drahou ISS – skoro všechno :-).
        Možná přijdou na řadu i oběžné dráhy pro “amatéry a družice bez možnosti manévrování” na nějaké nízké dráze se schopností samočištění.
        Taky mne překvapuje, kolik bordelu odpadá z objektů při manévrech (odpojování druzic od adaptéru, zbytky paliva, atd.).

        • Dušan Majer napsal:

          Zbytky paliva se bez problémů vypaří, v tom problém z dlouhodobého hlediska není.

          • Co si máme představit pod pojmem “bez problému se vypaří”? Zbytky paliva i spalin z raketových motorů jsou velkým problémem. Prosím tedy o vysvětlení. Díky.

          • Dušan Majer napsal:

            Pán psal o tom, že z družic či horních stupňů odpadávají zbytky paliva. Bral jsem, že jde ve většině případů o kyslík, který na slunečním světle přejde do plynné fáze a tudíž ho nemusíme řešit.

          • Jiný Honza napsal:

            Pokud o tom něco víte, podělte se. Přeci jenom žijete z našich daní.

          • Dušan Majer napsal:

            Vaše poznámka v poslední větě byla opravdu vcelku nevhodná a nebojím se říct až neomalená. Prosím, takto u nás nediskutujte, děkuji.

          • Jiný Honza – z vašich daní nežiji. S ohledem na vaši argumentaci (a navíc ještě nesprávnou) nemám důvod vám vůbec odpovídat.

          • Dušane, problém je velmi složitý. Tvůj příklad s kyslíkem není také šťastný, neboť molekulární kyslík se vlivem tvrdého ultrafialového záření rozpadá na atomární a tedy velmi reaktivní kyslík. A ten je pro umělá kosmická tělesa na nízké oběžné dráze velkou nepříjemností, proti které se musí bránit. Samozřejmě drtivá většina tohoto kyslíku pochází z rozkladu molekulárního kyslíku naší atmosféry.

          • Dušan Majer napsal:

            Máš pravdu, ale jak píšeš na konci, bral jsem to jako nepodstatný detail vzhledem k množství kyslíku ze zemské atmosféry. Ale moc díky za vysvětlení a rozbor.

          • No, jenom ještě pro teda závěr. To že se něco vypaří, neznamená, že to tam není. Maximálně se teda změní skupenství nebo dojte k rozkladu původní látky, ale nic nezmizí. Proto i zbytky paliva nebo jeho spaliny jsou problém, které kosmonautika řeší, zejména se to týká fotovoltaických panelů a jiných nechráněných částí umělých kosmických těles nebo částí, které chránit nejde, jako je třeba optika či různé průzory apod. Problematika je to velmi široká, rozhodně nejde říct, že to problém není.

          • Dušan Majer napsal:

            Díky za info. Já to bral jen z užšího hlediska, ze kterého to bral asi i pan tazatel, tedy z hlediska kolize s hmotným objektem. Na tyhle Tebou zmíněné aspekty jsem nepomyslel.

  4. Pavelll napsal:

    Zajimave, ze nejvetsi hustota trosek ue okolo 800 km. Cekal jsem ten pik(y) niz.

    • Dušan Majer napsal:

      Ta dráha je hodně využívána družicemi pro sledování Země a navíc je už dost vysoko, takže tam samočistící procesy známé z nižších drah trvají mnohem déle.

Zanechte komentář