Исследователи разработали математическую модель, которая позволит предсказывать количество фрагментов мусора в космическом пространстве с помощью компьютерного зрения.
18.12.2024
С развитием космической активности на околоземной орбите стремительно растет количество неуправляемых объектов, известных как космический мусор. Он включает в себя фрагменты спутников, отработанные ступени ракет и другие обломки, остающиеся после запусков. Эти объекты имеют разные размеры, формы и состав, а также могут двигаться с высокой скоростью.
Столкновения с космическим мусором представляют серьезную угрозу: повреждения спутников могут привести к цепной реакции – эффекту, подобному бильярдным шарам, когда разрушение одного аппарата порождает множество новых фрагментов, что в свою очередь увеличивает риск последующих столкновений. В теории одним из наиболее опасных последствий этого процесса может стать полная блокировка возможности для человека выводить на орбиту спутники и вообще летать в космос.
Одним из инструментов для предотвращения подобных угроз является система мер по наблюдению и отслеживанию объектов, которые могут представлять опасность для космических полетов и спутниковой инфраструктуры. В рамках такого мониторинга проводятся наблюдения за орбитальным движением крупных объектов (более 10 см) космического мусора, определение их координат и скоростей, а также прогнозирование их будущего положения на орбите. Однако сегодня не существует методов и инструментов для расчета того, как мониторить более мелкие фрагменты мусора.
«Фактически мы разработали технологию по созданию цифрового двойника космического спутника решающего задачу мониторинга космического мусора. Уникальным достижением нашей работы является высокий показатель точности (ошибка в пределах 10%) предсказания количества обнаруживаемых объектов космического мусора малых размеров конкретным космическим аппаратом. Такой результат получен благодаря объединению в единую вычислительную платформу сложных статистических и пространственных моделей космического мусора, модели формирования и алгоритмов обработки изображений с учетом параметров движения космического мусора и космического аппарата в околоземном пространстве».
В ходе проекта ученые ЛЭТИ апробировали свой метод на основе реальных миссий, которые производили мониторинг космического мусора.
«Благодаря нашей математической модели, а также разработанному методу оценки, можно определить количественную меру эффективности орбитальной системы компьютерного зрения по мониторингу объектов космического мусора малых размеров. Становится возможным производить как сравнительный анализ различных конфигураций этих систем при одинаковых окружающих условиях, так и тестировать одну конфигурацию при различной окружающей обстановке. Это может стать хорошим инструментом на этапе разработки космических систем компьютерного зрения, который сэкономит временные и финансовые ресурсы».
В перспективе на основе своих математических алгоритмов исследователи планируют создать макет аппаратуры, которую можно будет устанавливать в качестве полезной нагрузки на наиболее активно используемый сейчас тип спутников – кубсат (небольшой спутник объемом 10 куб.см с массой до 1,33 кг). Данная аппаратура будет способствовать высокоточному мониторингу космического мусора, обеспечивая безопасность работы человечества на околоземной орбите.
Проект исследователей СПбГЭТУ ЛЭТИ поддержан грантом Российского научного фонда 25-29-00958.
Разработка ведется в русле научно-исследовательской политики программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030».
