Las actividades espaciales humanas son cada vez más frecuentes, generando una cantidad significativa de residuos espaciales que constituyen una grave amenaza para la seguridad de las naves espaciales en órbita. El seguimiento y la predicción de residuos espaciales para brindar alertas tempranas de posibles colisiones catastróficas es un método comúnmente utilizado. Sin embargo, debido a los errores de determinación orbital de las naves espaciales y los residuos espaciales, los resultados de la predicción de colisiones son altamente inciertos. En consecuencia, las maniobras evasivas realizadas por las naves espaciales en respuesta a las advertencias de colisión pueden ser innecesarias, desperdiciando un valioso combustible de la nave espacial y aumentando significativamente la carga de la gestión y el control de los activos espaciales. Con el rápido aumento de las naves espaciales en órbita y los residuos espaciales, esta carga se volverá insostenible. Por lo tanto, mejorar la precisión de las advertencias de colisión es un problema urgente que debe abordarse.
En un artículo reciente publicado en Space: Science & Technology por el Distributed and Intelligent Space System Lab (DSSL) de la Universidad de Tsinghua, se propone un método para reducir la incertidumbre en las predicciones de colisión de residuos espaciales utilizando datos orbitales precisos de las naves espaciales. El método se aplicó para analizar y evaluar un evento de conjunción peligroso que involucró a los residuos espaciales y al satélite de ciencia atmosférica y gravitatoria de la Universidad de Tsinghua (Q-Sat), descartando efectivamente la posibilidad de una colisión. La aplicación generalizada de este método mejorará significativamente la gestión de la seguridad de las naves espaciales.
En primer lugar, el artículo presenta brevemente los métodos y suposiciones principales para calcular la probabilidad de colisión en las advertencias de colisión. A partir de las fórmulas de cálculo, los principales factores que influyen en la probabilidad de colisión son los tamaños de los objetos compuestos, la distancia de conjunción y el error de posición.
La distancia de conjunción es la distancia más cercana entre dos objetos, obtenida a través de predicciones de modelos dinámicos. El artículo propone un método de predicción orbital de naves espaciales de órbita terrestre baja basado en datos orbitales precisos. Al utilizar datos orbitales de alta precisión para realizar correcciones a corto y mediano plazo en el modelo de densidad atmosférica, el modelo corregido se incorpora en el proceso de “corrección-predicción”. Esto permite la corrección del modelo de densidad atmosférica y la identificación del coeficiente de arrastre atmosférico, mejorando así la precisión de las predicciones orbitales de las naves espaciales de órbita terrestre baja. Los datos empíricos indican que este método puede lograr una precisión de predicción orbital mejor que 150 metros durante 24 horas.
El error de posición es el error de predicción después del error de determinación orbital inicial de los dos objetos. El artículo propone un método de cálculo del error de predicción basado en la inteligencia artificial, utilizando datos históricos y predichos de los objetivos para generar un conjunto de datos de error de predicción. Se establece una red neuronal de retropropagación (BP), y mediante un entrenamiento intensivo, simula las características de distribución del error de posición. Los datos empíricos muestran que este método puede resolver el problema de la propagación del error de predicción.
El artículo utiliza el ejemplo de un evento de conjunción peligroso que involucró a Q-Sat y residuos espaciales reportados por los medios en línea el 18 de enero de 2022, para analizar las advertencias de colisión de residuos espaciales. Q-Sat, desarrollado por la Universidad de Tsinghua, es el primer satélite de China dedicado a las mediciones de ciencia atmosférica y gravitatoria, con la misión de detectar conjuntamente la densidad atmosférica de la órbita terrestre baja y los campos de gravedad de longitud de onda larga. El satélite pesa 21,2 kg, tiene un diámetro de 510 mm y su órbita de misión inicial es una órbita sincrónica con el sol a una altitud de 499,3 km. Está equipado con un receptor de navegación global de doble frecuencia desarrollado internamente, logrando una precisión de determinación orbital a nivel de centímetros. Utilizando los datos orbitales de alta precisión obtenidos del satélite y el método de predicción de colisión propuesto en el artículo, se determinó que la distancia más cercana entre los dos objetivos no era inferior a 2,7 km, con una probabilidad de colisión de 1,16×10⁻¹¹, muy por debajo del umbral internacional de evasión de 10⁻⁴. Esto fue una falsa alarma, y los datos de observación posteriores confirmaron que no se produjo ninguna colisión.
El artículo concluye que con el rápido crecimiento de las naves espaciales en órbita, los riesgos y los costos de la gestión de la seguridad de los activos espaciales están aumentando. En el futuro, transportar cargas útiles de determinación de órbita precisa de bajo costo en naves espaciales en órbita, combinado con el método de cálculo de predicción de colisión propuesto en el artículo, puede reducir significativamente la ambigüedad en las predicciones de colisión, identificar y eliminar las advertencias de conjunción peligrosas de bajo riesgo de manera temprana y mejorar los niveles de gestión de la seguridad espacial.
