El rápido aumento en el número de objetos orbitales requiere aumentar la cantidad de datos disponibles para respaldar operaciones espaciales seguras, sostenibles y seguras.
Es un cliché decir que los entornos orbitales han sufrido cambios dramáticos tanto en el uso como en la ocupación en la última década, especialmente con el crecimiento de vehículos de lanzamiento reutilizables y constelaciones gigantes. El aumento de diez veces en los objetos espaciales humanos es consistente con el crecimiento resultante en la cantidad de datos sobre el entorno espacial.
Ha habido un crecimiento exponencial en las compañías de conciencia de espacio espacial comercial (SSA), pero sigue siendo lo mismo en términos de disponibilidad de datos con respecto a sus operaciones en espacios cercanos al mundo. En su forma más simple, la conciencia situacional del espacio es comprender lo que está sucediendo, salir y suceder en el universo, pero la disponibilidad de datos para respaldarlo está lejos de ser simple.
Satisfacer la mayor necesidad de datos espaciales
Una encuesta de tráfico espacial realizada en 2021 predice que más de 500 datos del espacio alcanzarán más de 500 información durante la década actual. Esto representa un asombroso aumento de 14 veces durante la década. Esto es necesario para cumplir con los requisitos de gestión del tráfico espacial actual y futuros de los requisitos de tráfico espacial.
Adquirir información con volúmenes de datos equivalentes a 3.900 millones de volúmenes de datos durante la próxima década es simplemente la primera parte de la comprensión, el análisis y, con suerte, ajustar el entorno orbital. Esta discusión destaca algunos de los problemas en todas las formas de gestión de datos espaciales, lo que sugiere algunos de los pasos clave necesarios para abordar el aumento dramático de los objetos espaciales y garantizar una operación segura en el espacio.
Comprender la órbita de la tierra baja
Las discusiones sobre el espacio y los datos deben comenzar reconociendo la aparición de grandes constelaciones y un aumento dramático en el número de objetos espaciales en la órbita de la Tierra baja (LEO). Al momento de escribir, hay más de 13,000 satélites activos en la órbita, de los cuales más del 60% pertenecen a Starlink Constellation, un propietario/operador. La implementación a gran escala de estos pequeños satélites da como resultado un aumento significativo en las tasas de generación de datos. Para proporcionar una imagen completa para la conciencia situacional espacial, cada satélite requiere un seguimiento continuo de objetos y fenómenos en un entorno orbital más amplio, evaluación de evitación de colisiones y ajustes posteriores.
Starlink Constellation publica informes operativos bienales y emplea un algoritmo autónomo de evitación de colisiones que cada satélite puede operar para mantener la seguridad de otros satélites en su camino. Sin embargo, cada maniobra reduce la vida orbital del satélite e implica un suministro de «combustible» finito, y la precisión de la predicción del acoplamiento es, en el mejor de los casos, cuestionable.
El significado de la cantidad de datos necesarios/generados nos mueve más allá del simple seguimiento de objetos. Hay datos generados para los cálculos de propagación orbital, los ajustes de planificación de operaciones y las evaluaciones de probabilidad de colisión en tiempo real. A pesar de la constelación de Starlink, que se beneficia de la evitación autónoma de colisiones, otros usuarios satelitales deben considerar las operaciones orbitales planificadas, las actividades de mantenimiento de la estación y los procedimientos de eliminación de terminales. Este tipo de gestión de datos sofisticada requiere un sistema que pueda lidiar con numerosas actualizaciones, administrar datos orbitales multidimensionales y administrar las complejas relaciones satelitales interconceladas de modelos. Esto simplemente tiene en cuenta los datos generados por satélites operativos activos. Agregar restos de universo mortales e insinuables encuentra rápidamente diferentes requisitos para la clasificación de objetos, metodologías de detección alternativas, protocolos de almacenamiento y capacidades de procesamiento.
Actualmente, los datos de advertencia de vuelo son administrados, compartidos y asegurados por la Fuerza Espacial de EE. UU., El 18º Escuadrón de Defensa Espacial (18SDS). Este es un servicio que ha sido anterior a la actualización diaria de Spacetrack.org³, más tiempo que el aumento del tráfico espacial, y se logra proporcionando una advertencia directa al operador si se detecta una conjunción dentro de un cierto rango de probabilidad. Aunque ha habido un aumento en las empresas comerciales de la SSA durante la última década, las fuerzas espaciales de los Estados Unidos dependen principalmente de la Red de Vigilancia Espacial (SSN) de los Estados Unidos como fuente de datos e información.
Red de vigilancia espacial
SSN es una red de radares, sensores de radiofrecuencia electroóptica y pasiva (RF) utilizados para catalogar advertencias de misiles, objetos espaciales e identificar objetos espaciales, junto con el monitoreo de seguridad y cumplimiento. Pocos radares terrestres optimizados para admitir la advertencia de misiles y la defensa están dedicados al seguimiento espacial.
Junto con nuestro trabajo que hacemos en 3S Northumbria y nuestros socios estadounidenses en soluciones exo-analíticas, el análisis de datos de tráfico espacial muestra que no se trata solo de administrar la cantidad de información. Cubre la diversidad y la complejidad de los tipos de datos. Para obtener conciencia situacional del espacio completo, el sistema debe procesar datos de observación de sistemas de radar basados en tierra, telescopios ópticos y sensores espaciales. Cada uno de estos genera datos en diferentes formatos, con diferentes niveles de precisión, actualizados en diferentes momentos y, en última instancia, surge de diferentes fuentes.
Además, los diferentes regímenes de pista tienen diferentes requisitos. Los objetos LEO a menudo requieren tiempos de respuesta más rápidos que los objetos de órbita de la Tierra debido a la dinámica operativa del régimen. Viajan a una velocidad similar a 7 km/seg y orbitan la Tierra en solo 90 minutos. Por lo tanto, los cambios y las advertencias de peligro deben ser cortos y procesados y ejecutados de inmediato. Ni siquiera toca los efectos de la tierra fuera de la atmósfera. Esto puede tener un impacto significativo en la propagación orbital.
Utilice una nueva tecnología
Agregar inteligencia artificial (IA) y algoritmos de aprendizaje automático a la mezcla trae otra capa de complejidad. Dichos sistemas requieren amplios conjuntos de datos de entrenamiento, así como acceso a alimentos de sensores activos. En muchos casos, los datos ricos necesarios para respaldar la IA efectiva no están disponibles debido a las restricciones de clasificación gubernamental y militar. Todo esto, combinado con datos de tendencias históricas, intenta predecir con precisión las trayectorias y la probabilidad de colisión. Como resultado de todo esto, la infraestructura de datos debe acomodar no solo los datos observados sin procesar, sino también procesadas de estos diversos algoritmos. Estos desafíos no son insuperables, pero señalan algunos de los desafíos que los formuladores de políticas y reguladores encuentran cuando intentan administrar las operaciones satelitales en la órbita de la Tierra.
Las operaciones espaciales seguras dependen del tiempo compartido casi realista y la difusión de información para proporcionar advertencias de colisión y recomendar operaciones de evitación de colisión. Aunque el soporte actual para los operadores parece apropiado, hacemos la pregunta de si podemos manejar un mayor aumento en el tráfico espacial. La esperanza para la gestión del tráfico espacial futuro se basa en la capacidad de los proveedores de datos para proporcionar capacidades de procesamiento de datos casi realistas. Estandarizar la información y garantizar el intercambio de información transfronterizo no solo presenta desafíos técnicos con respecto a los formatos de datos. Además, no existe una línea de comunicación formal obvia entre rastreadores, reguladores, operadores y titulares de datos.
Establecer procedimientos y políticas
Además de estos procedimientos y procesos que deben colocarse dentro de la agencia correcta (y estos pueden variar según la jurisdicción), existe el desafío de establecer y mantener la calidad de los datos generados al tiempo que garantiza un espacio seguro, sostenible y seguro. Actualmente, el esquema de responsabilidad por daños causados por cierto objeto espacial es incierto, no probado y problemático. El Artículo III, el Convenio de responsabilidad de 1972, establece que el estado será responsable de los daños causados por el objeto espacial si es posible indicar que la condición (o la persona responsable) causó los daños. El Tratado de 1972 continúa estableciendo un mecanismo de cuasi-diplomacia que puede restaurar los daños a la responsabilidad.
Como probablemente pueda ver, si la persona defectuosa es responsable de daños en la pista, el operador debe decidir si realizar una operación de evitación de colisión y asegurarse de que los datos en los que confían sean de la más alta calidad posible. Hay muchas oportunidades para que los asesores legales imaginativos desafíen la integridad de los datos integrados de los sensores terrestres y procesados por los algoritmos. Los mecanismos para administrar y compartir datos deben ser tan seguros como los mecanismos para procesar y analizar esos datos. Los operadores que dependen de datos para operar seguros cuestionarán inmediatamente la probabilidad de datos cuando un conflicto resulte en un reclamo costoso por daños causados mientras actúan sobre esos datos.
Esta dependencia de grandes cantidades de datos revela algunas dificultades. El enfoque principal de estos es el requisito de que los datos se procesen, almacenen y compartan en un formato ampliamente entendido. El trabajo está en marcha tanto en los estándares de mensajería de datos acoplados del Comité Consultivo sobre Sistemas de Datos Espaciales (CCSDS) como en los estándares emergentes de ISO/TC20/SC14 para la coordinación del tráfico espacial, abordando la necesidad de estándares internacionales percibidos en la recopilación de datos, el almacenamiento e intercambio con formatos de mensajes interoperables. Se pueden establecer protocolos de intercambio de datos internacionales estandarizados, pero las interacciones entre todos los usos del espacio, incluidos los operadores satelitales, los reguladores nacionales, los proveedores comerciales de información de la SSA y los cambios en la forma en que se proporciona esto. Existe un claro debate de que la seguridad y la sostenibilidad del espacio deberían ser la «agente» de un ciudadano, y ahora está abierto a organizaciones militares que ofrecen apoyo para enfocarse en la seguridad.
Se requiere soporte adicional para los operadores espaciales
Mirando hacia el futuro, el trabajo realizado por el Departamento de Comercio de los Estados Unidos debería ayudar a aliviar los problemas y mejorar la seguridad para los operadores. El Departamento de Espacio y Comercio de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) está desarrollando el Sistema de Coordinación de Tráfico Espacial (TRACS) para proporcionar datos y servicios básicos de la SSA a los operadores civiles y comerciales para apoyar la seguridad espacial. Esto significa que el futuro de la regulación de los entornos orbitales implicará la integración de datos de tecnologías de sensores cada vez mayores. Sin embargo, es importante que la industria no pierda de vista la necesidad de mejorar esta capacidad, junto con otras formas más atractivas de gastar dinero. Más fuentes de datos inevitablemente proporcionan datos más confiables sobre el entorno orbital. La infraestructura de gestión de datos resultante debe ser lo suficientemente flexible como para acomodar estos nuevos tipos de sensores, mientras que es compatible con los sistemas heredados existentes. Y debe ser internacional.
Esta discusión busca resaltar algunos de los problemas con la gestión de datos a medida que el número de objetos en órbita continúa creciendo a un ritmo dramático. Estos problemas no existen de forma aislada. Deben abordarse los obstáculos de gobernanza técnica y operativa. Un número creciente y una diversidad de sensores que recopilan información sobre el entorno orbital inevitablemente conducirán a mejores datos para los operadores. Representa una fruta de bajo grado para aquellos que se benefician de administrar esos datos y difundirlos de manera efectiva y están preocupadas por la seguridad de sus operaciones en un entorno orbital cada vez más lleno de gente.
referencia
https://www.globenewswire.com/news-release/2021/12/06/2346194/0/en/nsr-report-space-traffic-data-volumes-incrase-14x-over-over-the-next-ten años.html https://www.kratosdefense.com/constellations/articles/spacex-semi-nual-pdate-on-starlink-network-weilure-collision-collision-collision-risk-spacetrack.org es un servicio que comparte información con el público con el departamento de defensa estadounidense que comparte servicios de SSA.
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