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#SpaceWatchGL意见:巨型星座如何导致外层空间可持续发展风险的增加

由Valentin Eder

学分:麻省理工学院

本文使用系统化方法的结果来研究巨型星座对外层空间碰撞风险的影响,该方法是基于SpaceX实例的联合分析来减少实际开发的不确定性的不确定性’使用来自space-track的TLE数据的Starlink。

空间 Analyzes(维也纳)对大约16.3亿个并列的数据进行了分析<在过去97天的5公里中,出现了一系列发展,应该丰富有关空间交通管理(STM)和 太空环境管理(SEM)。对于联结的系统性外观应在碰撞风险高于其他情况时带来答案‘regions’并显示当前趋势。

避免和不可避免的连词

该图显示了连词<在过去的94天中,每轨道高度在LEO中可避免的并合为1公里。外部显示为蓝色,内部显示为红色的Starlink连接。在外层空间中,不可避免的会出现连接(碎片与碎片或任何其他物体)‘non-piloted’对象)和可以避免将至少一个对象移动到何处的连词(避免连词)。注意,没有公开的数据表明哪种类型的物体具有主动推进系统,但是使用物体的寿命和类型,可以假定只有在LEO中具有一定大小的相对较新的物体才可以作为有效载荷。带推进力。


连词与纬度

该图根据纬度在背景中以红色(内部)和蓝色(外部)显示Starlink星座的所有合点,而在灰色中以灰色显示所有其他可避免的合点。给定星座内的高风险事件由气泡的大小表示(高风险是较大的大小)。在同一纬度中,星座内内部合词的规律性显示为红线。在给定的数据集中,最紧密的结合发生在STARLINK-1206和STARLINK-1618之间,如2021-01-02所发生的那样。


LEO轨道车道

此外,‘traffic-lanes’在外层空间有助于区分具有不同风险等级的某些区域。该图(左)显示了对上述图的放大,以显示Starlink的轨道车道。这两个主要分类建立了框架,以便在日常时间框架内查看连接词的不同方面。数据输入是来自太空轨道的公共TLE数据,尽管对单个对象的准确性有所限制,但用于长时间分析(〜20,000个对象@>10cm).


涉及的对象组

接下来,将查看归类为有效载荷的活动卫星,并假定这些对象可以避免合并。

结果是不言而喻的。超过50%与一家美国运营商建立了联系。这似乎是合理的,因为来自此运算符的空间对象的数量非常大。

为了更深入地了解这些对象的连接,时间图可以帮助您了解事件的动态。


连词概率

大致了解实际情况就是看统计合取的概率< 10m, here named ‘系统碰撞风险’(基于空间对象位置的实际精度)。空间对象彼此之间的分布可以估算风险。因此,不仅车道/区域中的物体数量,而且所有物体在车道/区域中的相对位置‘swarm’影响碰撞风险。

每天的概率<今天所有轨道的10m交会点约为6.5%,这意味着从统计角度看,每第二周有两个物体<相距10m。到2020年11月结束的可能性约为6.2%。两个连接之间的统计时间<11月底的10m比今天长1.5天。这意味着随着连接之间的时间变短,连接的概率(和碰撞的概率)也会增加。该图显示了每日‘系统合取概率’以蓝色表示可避免的连词,以红色表示7天的运行平均值,以绿色表示进度线。


避免和不可避免的连词

在这一阶段,必须考虑可避免的连词和不可避免的连词之间的区别。不可避免的连词形成一个‘natural growth’而实际上,对这种类型的合取而言,什么也做不了。删除一些较大的元素,例如火箭弹或‘big fish’ like 环保卫星,从太空系统到 减少较大碰撞的风险 .

今天,可以通过警告(导致动作)处理避免相互靠近的两个元素中的至少一个可以移动的可避免连词,并且在给定的系统外观空间环境下,将其处理为‘artificial input’到系统。因此,总而言之,在减少不可避免事件中减少概率增长方面几乎无能为力,对于可避免事件而言,行为者或利益相关者有责任减少增长和/或降低风险!

上面提到的6.5%概率分为可避免和不可避免,表明从6.2%到6.5%的显着增加来自可避免的合取结果。活动卫星的输入大大增加了合相的可能性。在94天之内,具有主动推进系统的卫星与之结伴的概率增加了69%(从0.7到1.2点),而自然增长为-3.6%(从5.6到5.4点)。卫星运营商可将可避免因素视为‘low risk’情况?仅当操作员知道正在飞出的东西并且他们拥有(并使用)其资源来这样做时,这才是正确的。给定的数据基于代表所有项目的TLE>10厘米较小的物品(此处称为‘system noise’)不包括在上述概率计算中。估计有60万至80万个空间碎片>1厘米速度为14km / s的1cm³铝制零件的动能代表了以炮弹的相对速度对4.5kg钢的冲击。所以这些小东西 能够 破坏或严重破坏空间中的任何(死的或活动的)物体,从而产生未知因素的其他空间碎片。如果现在这样‘noise’(未知的小物体)用于概率计算,实际状态可以乘以28到38之间的某个值(或两个之间的时间间隔)<如上所述的10m个连合事件,除以该因子)。 28和38之间的因数是零件数量之间的关系>1cm及零件数>10cm.


适用于巨型星座的内部和外部合取

以Starlink的连词为例,应该回答有关内部连词的部分(即Starlink与Starlink)以及出现哪些其他外部连词的问题。在堆叠的图表中,似乎内部连词仅占所有连词总数的一小部分<1公里然而,内部连词似乎在外部类型事件之后增加。给定的解释提出了一个问题:“如果发生联合风险,运营中心将如何处理?”

似乎在操作员尝试避免与外部对象结合时,它将自己的对象置于危险之中!如果老人或小孩是驾驶员,这似乎类似于应用于自动驾驶汽车的众所周知的问题(手推车问题)!

能以某种方式证明吗?图(左)显示了内部和外部合取事件之间的相关性。那么,需要多少个外部连词才能触发内部连词?

有趣的是,图表中的数字越小,意味着外部连词对巨型星座的影响越大(特别注意:这两个图的右侧)。

比较这两个图,可以得出这样的判断,即外部事件的数量也会降低相关性。再次,这意味着给定的Starlink Mega-Constellation示例显示了系统对外部设备的脆弱性‘input’而且系统本身很脆弱!

健壮的星座不会显示内部连词有风险,而对内部连词的外部影响则很少。它还表明,在我们的示例中,Starlink星座显示为“僵硬或不灵活”的网络,并且无法像 一群 可以实现灵活,稳定的操作。


数据分析结论:

在LEO轨道上,自然增长(不可避免的合取)导致空间系统中的风险每年下降约10%。鉴于来自‘artificial input’(避免的连词)每3个月增加一倍,导致总风险增长为<10 m连贯,每年约26%!

预测从2032年开始每天的单个风险的实际联合风险<距离为10m,到2034年中,每天增加一倍<10m conjunctions.

风险增加由一个单独的巨型星座负责>活动卫星合相的50%。

在MEO轨道中,有10个连合,碰撞风险似乎中等<1km in three months.

在地球静止轨道(尤其是在安全带中)的轨道似乎也很适中,因为三个月以来,有4次伴随事件<发生了1公里,但一切都是可以避免的。但是,即使一次碰撞也将污染数十年来无法使用的GEO地带。

数据分析表明,如今的Starlink星座非常脆弱,并因此产生了可能发生连锁反应的重大风险。

注意:

  1. 所有提到的数字都是基于假设的公共可用数据<10cm.
  2. 未知物品<1厘米会增加28至38倍的碰撞风险!

结论:

  • 卫星内部两个卫星之间的任何重大碰撞‘area of influence’ of Starlink’s constellation

                  …or

  • 星联内部发生碰撞’s constellation

                  …不可避免地会导致星座图不稳定并导致碰撞链反应。

                  此外,这些图还可以指示出‘orbit lane’.

因此,如果流量饱和度很高,那么任何系统干扰都可能会影响整个系统


以上分析代表以下内容…

  • 每日长期可持续性监测的示例为国家当局提供了执行国家太空法律的可能性。
  • 通过基于经验数据的风险透明性,可以降低不确定性。
  • 强调大型星座对投资者在太空活动中的风险透明性。
  • 最后但并非最不重要的一点是,它有助于实施 联合国外空厅 LTS准则.

要求伪造的闭幕词

本文显示的结果是由Space Analyzes整理的结果,被认为是最好的结果之一’的知识和信念。使用这些结果给出的解释代表作者的个人观点。

但是我们还是建议根据OECD标准伪造结果,并特别注意SpaceX’的Starlink团队拥有自己的数据和发现。作者将热烈欢迎在公开和公开讨论中驳斥所有上述发现。


太空分析公司(奥地利维也纳),于2014年成立 瓦伦丁·埃德,研究大数据与时空连续体的融合,并将结果应用于诸如卫星通信和空间碎片管理之类的领域。 Space Analyzes开发用于卫星有效载荷和航天器操作的整体数据分析解决方案。通过将地球观测,RF监测,卫星运营和软件开发的专有技术相结合,Space Analyzes成为了卫星和卫星网络运营商的重要合作伙伴。

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