Быстрое развитие мегасозвездий на низкой околоземной орбите (НОО) внесло значительный вклад в несколько аспектов человеческого научного прогресса, таких как связь, навигация и дистанционное зондирование. Однако безудержное развертывание группировок также привело к истощению орбитальных ресурсов и увеличению перегруженности космических аппаратов на НОО, что серьезно влияет на безопасность эксплуатации на орбите многих космических средств.

Для долгосрочного и устойчивого развития космической деятельности в регионах НОО необходимо поддерживать стабильность космической среды с помощью более рациональных механизмов наблюдения и управления. В обзорной статье, недавно опубликованной в журнале Space: Science & Technology , Цзинжуй Чжан из Школы аэрокосмической инженерии Пекинского технологического института проанализировал пробелы в исследованиях и способствовал развитию мегасозвездий LEO.

В первую очередь автор рассмотрел текущие разработки типичных мегасозвездий LEO, включая Starlink, OneWeb, Iridium Next, Globalstar и Flock. Взяв в качестве примера Starlink от SpaceX, он стремится создать группировку LEO, содержащую 42 000 спутников, для достижения глобального покрытия, высокоскоростной космической глобальной системы связи с большой пропускной способностью и малой задержкой. Starlink показал отличные результаты в смежных областях, таких как международная авиация и морские перевозки. Более того, Starlink можно построить как мощную сеть управления и связи, и она уже стала важным символом вепонизации космического пространства в Соединенных Штатах.

Затем автор проанализировал влияние мегасозвездий LEO с точки зрения астрономических наблюдений, безопасности космических аппаратов на орбите и эволюции космической среды. С точки зрения космической науки такие воздействия были особенно заметны в астрономических наблюдениях , безопасности космических кораблей на орбите и эволюции космической среды. С точки зрения астрономических наблюдений, новые мегасозвездия НОО, которые в основном будут развернуты на расстояниях 350–1100 км, существенно повлияют на нормальную работу наземного оборудования для астрономических наблюдений. Для наземных оптических телескопов прохождение спутника через его поле зрения вызывало разную степень повреждения наблюдательных данных в зависимости от яркости спутника.

Кроме того, избыточное количество спутников и плохие возможности управления мегагруппировками LEO представляли серьезную угрозу безопасности космических аппаратов на орбите. Особенно для крупных пилотируемых космических кораблей высокой ценности это не только увеличивало риск значительных экономических потерь, но и угрожало безопасности космонавтов. Помимо создания угрозы безопасности отдельных космических аппаратов на орбите, мегасозвездия НОО увеличили неопределенность эволюции космической среды. Число неуправляемых целей значительно увеличилось с появлением мегасозвездий НОО, что привело к резкому увеличению плотности космических объектов на НОО, что создало серьезные проблемы для предотвращения космического мусора и управления космическим движением. Быстрый рост мегасозвездий LEO может привести к окончательному коллапсу космической среды.

Далее автор разделил процесс смягчения или пресечения негативного воздействия на два основных аспекта: наблюдение и управление космическими объектами. Наблюдение за космическими целями должно было обеспечить безопасную эксплуатацию космических аппаратов с использованием инфраструктур наблюдения за космическим пространством и технологий ситуационной осведомленности в космосе.

Многие учреждения и ученые предприняли несколько исследовательских усилий и сформировали прикладную область космической ситуационной осведомленности (SSA) с полной архитектурой. Система наблюдения в основном включала два места развертывания, наземное и космическое, и два метода обнаружения , оптический и радиолокационный. В настоящее время лучшей системой космического наблюдения с точки зрения глобальных характеристик является SSN из США, за ней следуют Российская система космического наблюдения (SSS) и Система космического наблюдения и слежения Европейского Союза (EUSST).

В связи с созданием мегасозвездия LEO компания SSA столкнулась с новыми проблемами с точки зрения управления несколькими датчиками и объединения данных. Чтобы максимизировать возможности SSA, требовалось эффективное распределение нескольких датчиков с эффективным объединением данных нескольких датчиков. Метод управления несколькими датчиками можно понимать с точки зрения планирования датчиков или распределения задач наблюдения, что относится к распределению соответствующих инструкций по наблюдению в соответствующее время, чтобы вся сеть датчиков могла работать вместе для выполнения требований задачи.

С увеличением числа наземных и космических датчиков наблюдения, которые выходят в онлайн, эффективные методы управления несколькими датчиками стали насущной потребностью космического сообщества. В дополнение к типичным методам оптимизации были предложены эффективные и оптимальные методы распределения задач, основанные на алгоритмах глубокого обучения с подкреплением и связанных с ними методах, для достижения хорошей производительности в многомерных и крупномасштабных сценариях.

Слияние информации из нескольких источников представляло собой многоуровневый и многогранный процесс обработки информации, который обнаруживает, сопоставляет и объединяет данные от нескольких датчиков и источников информации для получения точной оценки состояния и личности цели, а также полной оценки состояния окружающей среды и угроз.

Однако объединение информации с нескольких датчиков имело ограничения, такие как низкая автономность и низкая своевременность. В отношении управления космическими объектами существовало два основных метода управления. Первая категория, утилизация после миссии (PMD), заключалась в сокращении образования новых космических объектов с помощью бортовых стратегий схода с орбиты. Вторая категория, активное удаление мусора (ADR), в основном была направлена ​​на ускорение схода с орбиты вышедших из строя космических объектов, а конечной целью было столкновение целей с атмосферой за счет активной деятельности человека. PMD может значительно снизить рождаемость и увеличить количество космических отказов.

Однако это не может остановить тенденцию роста. ADR может избавиться от существующих целей отказа и существенно обуздать тенденцию к росту космического мусора. Однако возникла острая необходимость в повышении эффективности удаления. Поэтому комплексное использование как ПМД, так и активного вывода космических объектов было обязательным условием обеспечения устойчивости космической среды.

Наконец, были изучены будущее развитие и потенциальные направления исследований мегасозвездий LEO. Комплексное применение мегасозвездий LEO все еще находится на стадии предварительного исследования из-за некоторых уникальных характеристик, таких как ограниченные частотно-орбитальные ресурсы, глобальное воздействие и сложные ограничения.

Таким образом, можно выделить четыре основных направления дальнейшего развития:

1. Фирмы-лидеры будут быстро резервировать частотно-орбитальные ресурсы партиями.
2. Мегасозвездия LEO могут нанести беспрецедентный ущерб космической среде.
3. Системы наблюдения могут эволюционировать от наземных к космическим.
4. Методы управления могут эволюционировать от одноцелевых целей к многоцелевым, недорогим и высокоэффективным целям.

В соответствии с приведенной выше тенденцией, большой интерес представляют четыре потенциальных направления исследований:

1. Должна быть создана более справедливая координационная структура для распределения частотно-орбитальных ресурсов НОО.
2. Следует предложить разумный и единый технический стандарт для управления космическим движением для дальнейшего совершенствования механизмов предварительных переговоров, механизмов кризисного контроля во время аварий и механизмов устранения последствий аварии.
3. Крайне необходимы критические технологии для своевременного наблюдения, разработки в области автономности, скорости и эффективности объединения информации с нескольких датчиков.
4. Ключевые методы эффективного управления заслуживают дальнейшей разработки. Сведение с орбиты нефункционирующих космических объектов должно быть ускорено за счет разработки стандартизированных, модульных, эффективных и инженерных средств управления.