#spacewatchgl意见:走向决策智能流程,以评估太空中的碰撞风险

玛丽巴博士杰赫

Starlink卫星在2020年4月在夜空中可见;信用:Patrick Pleul / Picture Alliance通过Getty Images

我们中的许多人都意识到了一个所谓的 近乎错过了两颗卫星之间 在低地球轨道中,一个由Spacex操作,另一个由OneWeb操作。随着空间领域的越来越多的参与者,协调和规划空间活动的问题,以及开发共同的空间操作实践,协议或行为规范越来越重要。

空间社区倾向于使用称为碰撞概率的数量,作为对轨道碰撞风险的一种方式,甚至做出关于这种风险的积极响应或缺乏的决定。事实证明,我对此主题有几件事。

实际上,在空间中有可能碰撞的物体,并且许多碰撞实际上是不可能的。这组不可能的碰撞对于占据账户至关重要,因为我将随后阐述的是,社区需要拥抱最大熵的原则。更稍后的更多。现在,对于可能碰撞的空间对象,他们绝对没有或它们绝对没有。这是每次的二元成果。没有局部碰撞这样的东西。这是一个无法形容的事实。太空中的两个或多个东西在同一时间与同一位置见面或者没有。这方面的物理和环境后果依赖于他们的位置速度匹配的速度。

尽管碰撞的可能性存在巨大的许多物体,但我们不会在不知道的情况下积极地将卫星移开,因为我们可以使情况变得更糟。所以,我们的默认行动是像往常一样进行我们的空间操作或 现状,而不是做任何不同的事情。我们执行默认行动的规则是(a)在没有证据(b)时的证据过于不完整(c)时(c)当支持我们的零假设的证据是压倒性的。这使我们能够确定我们的零假设,在这种情况下,它是“我的卫星免受碰撞。”我们唯一拒绝我们的零假设的时间是我们有证据表明它看起来似乎荒谬。这是手头的核心。换句话说,改变主意的证据是什么证明,哦,顺便说一下,这不是一个常见的集合。不同的运营商有不同的证据,他们考虑做出这些决定,甚至不含风险姿势。这一不均匀的证据和共享共同轨道栖息地所需的风险程度,以采取导致积极成果的整体行动,是导致近地球空间的不利结果。

Leolabs雷达关闭;积分:leolabs.

让我们走到兔子洞。知道是否会发生碰撞或不会发生碰撞取决于我们对所考虑的物体的实际运动的知识和理解。 为了了解某事,必须测量它;为了了解某些东西,必须预测它!“ 这是咒语支持我自己的研究小组,我的学生在最大程度上将其内化。由于我们无法衡量此过程中涉及的一切,因此我们留下了推断我们所可以的,并且推断是从相关的不确定性的证据中得出结论。因此,这意味着我们所有的决定都必须在不确定性下进行。影响我们对空间对象运动的影响的事情是(a)对象的实际运动的原因(b)我们这种运动模型不准确和不精确地(c)我们对这些物体的实际测量值不准确和不精确(d)我们的模型,这些物体的测量值不准确,并且以不同于(c)和(e)所采用的方法来推断给予(a)(b)到(d)的方法。实际上,这是非微不足道的。

关于预测和为什么评估我们的理解至关重要,我们知道如果我们确切地知道(a)并且能够准确地且精确地代表这一点,并且确切地知道(c)并且能够准确且精确地代表(d)中的且严谨(e),我们将预测真相并预测真相将量化,因为我们从证据获得零惊喜或信息熵。换句话说,我们完全符合证据,因此对我们来说是完全不知情的;我们没有任何东西可以学习,因为我们完全知道这一点。这是我们无法实现的目标,努力了解和建模真相。实际上,我们寻求理解,使用和管理信息,以这种方式导致所需的结果。这种能力被称为决策情报,这是发展情境或域名认识的原因。

截图;积分:杰赫博士

好的,让我们制定碰撞风险评估和决策情报的方法。首先,我们必须承认我们并非全部知识并持有人才需要推断对象的运动,而在不确定下预测这些。我们将依靠在此过程中绑架推理,从而给予证据,我们必须寻求枚举解释它的所有可能假设。这是确定什么是不可能的,这是至关重要的。鉴于过去和目前的所有可能假设的集合正在应用 最大熵原理 并代表我们的不确定性。此最大熵表示是适当申请的目标 奥卡姆剃刀 其中最谨慎的代表性是使假设最少或迫使最少的限制代表证据的表示。另一种说法的方式是,在尝试从证据推断因果时,偶尔的剃刀是尽可能偏见的偏见。许多人曾经偶尔剃须刀意味着选择最简单的假设,但我坚信这是一个严重缺陷的解释。

一旦我们拥有这个最大熵表示,我们所做的一件事就是寻求更多的证据,一旦我们得到它,我们就可以提出我们可能的假设,以预测我们拥有的证据。我们可以计算 信息内容 在证据我们基于每个假设的证据感到惊讶。假设越仔细地预测实际证据,这对证据令人惊讶的是,证据是这一假设的较少,因为其制约因素和偏见似乎在预测现实方面做得很好。

在这个多假设检测过程中,我们同时申请 Karl Popper的伪石脂原则 我们寻求评估哪些可能的假设,证明是不可能或伪造的证据。如果证据证明是不可能的假设,那么只有这样,我们就可以从我们的集合中删除它,并且我们的最大熵因结果而变化。要清楚,我们不会删除显示的假设是不可能的或不太可能的,因为这些仍然可能并且代表我们的无知。我们不负责任,无视我们的无知,支持偏见,这往往导致我们确认偏见和不期望的结果。正如Carl Sagan曾经说过,“没有证据不是缺席的证据。”

有趣的是,每个特定证据集中具有最少的惊喜量的一组假设构成了系统的最低熵陈述。没有保证这是事实,但我们知道真相会遵循这条道路。我们使用此最小熵状态表示来通知我们的底层模型和参数,以便我们可以使用它来提高我们的预测。它可以显示我们的行为模式或趋势。

好吧,我们在这一努力之后我们真的是什么,就是寻求证据伪造零假设。换句话说,在必须做出决定的那一刻,有证据表明我们向我们展示了“我们的卫星是安全的”,这是一个不可能的是,给定最大熵状态。如果已经绑架最大熵状态的证据显示了零假设是假的,我们必须采取行动和机动以避免碰撞。否则,我们应该继续使用我们的默认操作。

我们很少能基于完整的证据来做出这一决定。当Rudolf Emil Kalman,Kalman滤波器的共同发明人在轨迹估计中如此重要的时候,1985年接受了京都奖,他分享了他在接受演讲中的数据的看法。他说,如果数据确切并完成,那么只有一个最小或简单的假设可以解释他们的原因。他称之为最小建模的“唯一性原则”,它是一种理想化。卡尔曼继续说,“不确定的数据不能提供确切的模型,”他警告说,允许偏见影响从不确定数据中推断出尤为型模型的科学过程。我们的证据可以说是完整的,即使是不适的如果它导致不一致 唯一性。通过我们的绑架推断,同时应用最大熵和卡尔波普尔的原则,如果证据已经伪造了一个但一个假设,我们可以声称取得唯一性,这是理想的决策情景,因为它构成了一个 - 一个因果关系。

有可能发生碰撞,如果可能的话,它要么发生或不发生。即使社区用作指标,也没有实际碰撞概率。如果可能的碰撞,我们必须询问自己证据表明我们采取逃避行动所需的证据,我们必须通过正确承认和代表我们无知的决定来负责。如果空间运营商分享共同的轨道栖息地,社区令人越来越大的帮助,如果有普遍的轨道栖息地就这些问题同意并制定业务议定书和做法,那么提高透明度,可预测性和问责制。这些都会有助于更安全,更安全,更可持续的空间环境。

玛丽巴博士;照片由作者提供

玛丽巴jah. 是航空航天工程与工程力学的副教授,以及德克萨斯大学奥斯汀的德克萨斯大学奥德省的奥德计算工程与科学研究所的一组。在此之前,玛丽巴通过空军研究实验室和美国宇航局的喷气式推进实验室来到UT AUSTIN,在那里他是一场马斯马尔斯的航天器导航员。
Moriba是多个组织的研究员:泰德,美国航空学院(AIAA),美国宇航会(AAS),国际空间安全(IAASS),皇家天文学会(RAS)和空军的国际协会研究实验室(AFRL)。 He has served on the US delegation to the United Nations Committee On Peaceful Uses of Outer Space (UN-COPUOS), is an elected Academician of the International Academy of Astronautics (IAA), and has testified to congress on his work as related to SSA.  和空间交通管理。他是eStelsvier的副主编空间研究期刊,并在多个委员会上服务:IAA空间碎片,AIAA码流量,IAF码态和IAF空间安全。

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