Startup zajmujący się śledzeniem przestrzeni kosmicznej wykorzystuje radar do monitorowania tysięcy satelitów

Pod koniec stycznia dwa satelity, które od dziesięcioleci nieszkodliwie okrążają Ziemię prawie się ze sobą zderzyli. Gdyby to zrobili, przy prędkości 14 kilometrów na sekundę, oba zostałyby natychmiast zniszczone.

Ludzie pracujący w przemyśle kosmicznym nazywają to „katastrofalną kolizją”. Jak się okazuje, katastrofą nie jest wygaśnięcie samych dwóch satelitów. Część katastrofalna odnosi się do tego, co stanie się później. Dwa poprzednie satelity zamieniłyby się w niebiańskie wystrzały ze strzelby, chmury drobnych śmieci. Początkowo poruszały się one po swoich pierwotnych orbitach. Jednak w ciągu następnych kilku miesięcy obie rozproszyłyby się, tworząc cienką powłokę gruzu wokół Ziemi. Każdy, kto w dowolnym momencie w ciągu następnych kilku stuleci przejdzie przez tę powłokę, niezależnie od tego, czy będzie to inny satelita, czy załogowy statek kosmiczny zmierzający na Księżyc lub Marsa, byłby narażony na zwiększone ryzyko zderzenia z jednym z małych, potencjalnie śmiercionośnych, szybkich statków powietrznych. paprochy.

Na szczęście tak się nie stało. Obydwa satelity przemknęły obok siebie w odległości zaledwie 40 stóp między nimi, co odpowiada mniej niż połowie regulaminowego boiska do koszykówki. Przy tej okazji dopisało nam szczęście.

Ale to bliskie spudłowanie podkreśla coś ważnego. Nikt z nas nie ma dużej świadomości wydarzeń, które dzieją się około 560 mil nad naszymi głowami. Pomimo (uzasadnionych) ponownych obaw dotyczących wpływu, jaki ludzkość wywiera na nasze ziemskie środowisko, tak nie jest koniecznie rezerwujmy tę samą strachliwość w stosunku do tego, co robimy naszemu środowisku, nawet tak blisko domu, jak Niska Ziemia Orbita. Jest to w pewnym sensie Dziki Zachód nieuregulowanej działalności. A za mało ludzi zwraca na to uwagę.

Na szczęście zadzwonił startup zajmujący się mapowaniem przestrzeni w Dolinie Krzemowej LeoLabs Jest. To oni podnieśli alarm w związku z niedawnym goleniem satelity. Mają też nadzieję zrewolucjonizować sposób, w jaki śledzimy satelity i inne obiekty w kosmosie. To nie może nastąpić wystarczająco szybko!

Kontrola ruchu kosmicznego

Każdego dnia około 15 000 osób w Stanach Zjednoczonych wstaje i idzie do pracy jako federalni kontrolerzy ruchu lotniczego, bardzo skupieni na wycinku przestrzeni powietrznej, aby upewnić się, że każdy samolot w amerykańskiej przestrzeni powietrznej pozostaje odpowiednio oddzielony od siebie niebo. Na dużym lotnisku w jednym czasie może pełnić służbę ponad 50 kontrolerów. W centrum kontroli ruchu lotniczego liczba ta sięga setek.

Dla porównania, ile osób obserwuje ruch kosmiczny? Prawdopodobnie mniej, niż można by się spodziewać. „Przed nami nikt nie obserwował kolizji opuszczonych satelitów” Dana Ceperleya, dyrektor generalny LeoLabs, powiedział Digital Trends.

Na pierwszy rzut oka zarządzanie ruchem kosmicznym przypomina pracę, w której Tony Soprano nie pojawia się dla siostrzeńca, wymagającą niewiele więcej niż zwykłą pensję za minimalną pracę. To znaczy, kto słyszał o ruchu w kosmosie? Jak się okazuje, ruch kosmiczny jest większym problemem, niż większość z nas może sobie wyobrazić. Ceperley lubi pokazywać ludziom pewien obraz, opowiadając o tym, czym się zajmuje. Na pierwszy rzut oka wygląda jak zdjęcie wirusa pod mikroskopem – ciemna kula otoczona drobnymi zielonymi kropkami. W rzeczywistości jest to wizualizacja przedstawiająca ostatnie 24 godziny niskiej orbity okołoziemskiej, wraz ze wszystkimi obiektami, które obecnie krążą wokół naszej planety. „To imponujące na swój sposób przerażające” – powiedział.

W tej chwili na niskiej orbicie okołoziemskiej znajduje się około 14 000 obiektów większych niż 10 centymetrów. Około 1400 z nich to działające satelity. Pozostałe to mieszanka porzuconych satelitów, starych korpusów rakiet i różnych kawałków kosmicznych śmieci, których nikt nie był w stanie ani nie chciał usunąć. Dziesięć centymetrów, około czterech cali, może nie wydawać się szczególnie duże. Ale przy prędkości, z jaką się poruszają, wielokrotnie większej niż kula wystrzelona z karabinu, dość łatwo jest spowodować katastrofalną kolizję ze wszystkim, z czym się zderzy.

Nadążanie za popytem

LeoLabs zapewnia całodobową usługę monitorowania tego, co dzieje się na niebie. W pracy stosowane są dwie podstawowe technologie. Pierwsza to rosnąca sieć (obecnie trzy, w ciągu najbliższych dwóch lat kolejne trzy) radarów naziemnych. Te radary do obserwacji przestrzeni kosmicznej, zlokalizowane na Alasce, w Teksasie i Nowej Zelandii, przeczesują niebo, wyróżniając każdy obiekt, który przelatuje nad głową na niskiej orbicie okołoziemskiej. Radary z układem fazowanym firmy LeoLabs są w stanie szybko przełączać się z patrzenia na jednego satelitę na drugiego, nawet co milisekundę, jeśli sobie tego życzą. Na coraz bardziej zatłoczonym niebie jest to koniecznością.

Przed pojawieniem się LeoLabs jedynymi firmami budującymi porównywalne radary były gigantyczne agencje obronne lub organizacje kosmiczne. Ceperley zwraca jednak uwagę, że w miarę wystrzeliwania na orbitę coraz większej liczby satelitów podaż tych radarów po prostu spadła w stosunku do popytu.

„Biorąc pod uwagę ilość nowego ruchu w Internecie, budowanie jednego nowego radaru co dziesięć lat po prostu nie nadąża za wszystkim, co dzieje się w kosmosie” – powiedział. „Korzystamy z innego modelu i ścigamy się tak szybko, jak to możliwe”.

Drugą podstawową technologią leżącą u podstaw LeoLabs jest oprogramowanie. „Mamy platformę, która analizuje te dane i wysyła informacje w formie alertów” – wyjaśnił. „Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o swoim satelicie, możemy Ci dokładnie powiedzieć, gdzie on się znajduje, gdzie będzie w przyszłym tygodniu i czy w tym czasie będzie musiał stawić czoła ryzykownym sytuacjom”.

Mapowanie nieba

Ceperley poznał swoich dwóch współzałożycieli LeoLabs podczas ich poprzedniej pracy w SRI International, legendarnym laboratorium badawczym w San Francisco, które pomogło w stworzeniu pierwszej myszy komputerowej i asystenta głosowego Siri. Ceperley pracował tam przez osiem lat, prowadząc finansowane przez rząd badania nad możliwościami lepszego śledzenia satelitów. W ramach swojej pracy regularnie otrzymywał wiadomości od prywatnych firm z prośbą o pomoc w śledzeniu ich satelitów.

Jednak pomysł na LeoLabs zaczął się rozwijać dopiero po spotkaniu z innymi inżynierami SRI, Mikiem Nicollsem i Johnem Buonocore.

„Okazuje się, że [oni] pracowali na końcu korytarza” – wspomina Ceperley. „Badali zorzę polarną, zorzę polarną. Spędzili około 20 lat projektując i budując radary, które to umożliwiły. Któregoś dnia zadzwonili do mnie na korytarz i powiedzieli: „Słyszeliśmy, że potrzebujesz danych satelitarnych. Pokażemy ci, co zebraliśmy.’”

Para wręczyła Ceperleyowi obraz, który wyglądał jak okno zabrudzone kroplami deszczu. Zapytał, co to jest. Nicolls i Buonocore powiedzieli mu, że każda z kresek na zdjęciu to satelita lub kawałek śmiecia kosmicznego przelatujący przez pole, które chcą obserwować. Satelity rujnowały ich obserwacje do tego stopnia, że ​​ostatnie dwa lata spędziły na tworzeniu oprogramowania do rozpoznawania i cyfrowego usuwania ich z danych. Ceperley był zdumiony.

„Twoje śmieci mogą być skarbem kogoś innego” – powiedział im.

Śledzenie satelitarne jako usługa

LeoLabs oficjalnie powstało w 2015 roku. Odniosła natychmiastowy sukces w branży – do tej pory pozyskała 17 milionów dolarów inwestycji. Spółka świadczy swoje usługi w modelu abonamentowym. Użytkownicy mogą zapłacić za dostęp do wyników badań i otrzymać ostrzeżenie w przypadku ryzyka możliwej kolizji. (Nie, nie można zmusić satelity do skrętu w lewo lub w prawo, aby uniknąć kolizji. Można jednak zmieniać prędkość w taki sam sposób, w jaki dwa samochody mogą koordynować przejazd przez skrzyżowanie.)

Do tej pory LeoLabs pozyskał klientów z branży obronnej, ubezpieczeniowej i regulacyjnej. Jednak największą nową publicznością są prywatni właściciele satelitów. W ostatnich latach właśnie ta grupa demograficzna eksplodowała na scenie wraz z napływem wszystkiego, od małych przedsiębiorstw start-upy wystrzeliwujące pojedyncze CubeSaty gigantom takim jak SpaceX strzelającym w niebo prawdziwymi armiami satelitów orbita.

Oprócz modelu biznesowego „śledzenia satelitarnego jako usługi” jednym ze sposobów wprowadzania innowacji przez LeoLabs jest znajdowanie sposobów śledzenia coraz mniejszych obiektów w przestrzeni kosmicznej. Jego najnowszy nowy radar, znajdujący się w Nowej Zelandii, Kiwi Space Radar, został uruchomiony pod koniec 2019 roku. Po raz pierwszy pozwala LeoLabs śledzić orbitujące obiekty o wielkości zaledwie dwóch centymetrów. Kiedy poszerzysz parametry poprzez monitorowanie obiektów do tego rozmiaru, całkowita liczba obiektów na orbicie wzrośnie z 14 000 do ogromnych 250 000. Te wcześniej nieśledzone obiekty, nawet z odległości dwóch centymetrów, są w stanie rozbić każdego satelitę, z którym się zderzą.

„Kiedy wyśledzimy [tego rodzaju] drobne rzeczy, możemy zaobserwować 20 sytuacji potencjalnie nieudanych tygodniowo” – powiedział Ceperley.

Jest jeszcze wiele do zrobienia. Rozbudowa sieci radarowej zwiększy możliwości prognostyczne LeoLabs. Ale firma ma także nadzieję na podniesienie świadomości na temat problemu ruchu kosmicznego. Podobnie jak astronomowie, którzy zaczęli bić na alarm w związku z ogromną liczbą satelitów wystrzeliwanych w przestrzeń kosmiczną, LeoLabs pragnie edukować społeczeństwo — i prawodawców — w dziedzinie zasad i przepisów, która jest wciąż w powijakach przepisy prawne.

„W tej chwili naprawdę nie ma dobrej definicji tego, co oznacza bezpieczeństwo w kosmosie” – powiedział Ceperley. „Myślę, że głównym powodem jest to, że nie było zbyt wielu danych na temat ryzyka w kosmosie. Zasadniczo postanowiliśmy rozwiązać ten problem. Mając doświadczenie w radarach i oprogramowaniu, wiedzieliśmy, że możemy stworzyć duży zbiór danych i źródło danych pokazujące sytuację w przestrzeni kosmicznej. Można to następnie wykorzystać do zdefiniowania, co jest bezpieczne i podkreślenia tego, co nie jest”.

Zalecenia redaktorów

• Nowy rekord kosmiczny dla załogi na orbicie okołoziemskiej
• Duży satelita NASA spada na Ziemię po kilkudziesięciu latach na orbicie
• Orbiter Mars Express przekazał dane z siedmiu różnych misji marsjańskich
• Jak obejrzeć drugą próbę dotarcia na orbitę startującej rakiety Firefly Aerospace
• Zobacz, jak ten amerykański satelita szpiegowski zostaje wystrzelony na orbitę przez rywala SpaceX