Το Πανεπιστήμιο της Δυτικής Βιρτζίνια ερευνά τη χρήση διαστημικών λέιζερ με τεχνητή νοημοσύνη για την ανακατεύθυνση διαστημικών συντριμμιών, μειώνοντας τους κινδύνους σύγκρουσης. Υποστηριζόμενο από NASA η πρωτοβουλία στοχεύει να αντιμετωπίσει τα συντρίμμια όλων των μεγεθών και επί του παρόντος επικυρώνει τους αλγόριθμους και τα μοντέλα της.
Εάν η έρευνα αποδώσει, τα συντρίμμια που κατακλύζουν την τροχιά του πλανήτη και αποτελούν απειλή για τα διαστημόπλοια και τους δορυφόρους θα μπορούσαν να απομακρυνθούν από πιθανές πορείες σύγκρουσης από ένα συντονισμένο δίκτυο διαστημικών λέιζερ.
Ο Hang Woon Lee, διευθυντής του Εργαστηρίου Έρευνας Διαστημικών Συστημάτων στο WVU, είπε ότι μια σκουπίδια από ανθρωπογενή συντρίμμια, συμπεριλαμβανομένων των ανενεργών δορυφόρων, συσσωρεύεται γύρω από τη Γη. Όσο περισσότερα συντρίμμια στην τροχιά, τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος κάποια από αυτά τα συντρίμμια να συγκρουστούν με επανδρωμένα και μη επανδρωμένα διαστημικά στοιχεία. Είπε ότι πιστεύει ότι η καλύτερη ευκαιρία για την αποτροπή αυτών των συγκρούσεων είναι μια σειρά από πολλαπλά λέιζερ τοποθετημένα σε πλατφόρμες στο διάστημα. Τα λέιζερ που τροφοδοτούνται από τεχνητή νοημοσύνη θα μπορούσαν να ελίσσονται και να συνεργάζονται για να ανταποκρίνονται γρήγορα σε συντρίμμια οποιουδήποτε μεγέθους.
Διαβάστε επίσης: Τα συντρίμμια του Dragon του SpaceX δημιουργούν μια λαμπρή βολίδα κατά την επανείσοδο
Υποστήριξη και Έρευνα της NASA
Ο Lee, επίκουρος καθηγητής στη μηχανολογία και την αεροδιαστημική μηχανική στο Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources, είναι αποδέκτης του 2023 του περίφημου βραβείου Early Career Faculty της NASA για δυνητικά πρωτοποριακή έρευνα. Η NASA υποστηρίζει τη μελέτη απομάκρυνσης συντριμμιών ταχείας απόκρισης του Lee με χρηματοδότηση 200.000 $ ετησίως για έως και τρία χρόνια.
Η εργασία βρίσκεται στα αρχικά της στάδια και, επί του παρόντος, η ερευνητική ομάδα επαληθεύει τους αλγόριθμους που προτείνει η ανάπτυξη για τη λειτουργία του συστήματος λέιζερ θα ήταν μια έγκυρη, οικονομικά αποδοτική λύση. Αλλά το όραμα μεγάλων αποστάσεων είναι «πολλαπλά διαστημικά λέιζερ που εκτελούν ενεργά τροχιακούς ελιγμούς και αντιμετωπίζουν συνεργατικά τροχιακά συντρίμμια», είπε ο Lee.
Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε έγκαιρη αποφυγή σύγκρουσης με διαστημικά στοιχεία υψηλής αξίας.
«Στόχος μας είναι να αναπτύξουμε ένα δίκτυο επαναδιαμορφώσιμων διαστημικών λέιζερ, μαζί με μια σειρά αλγορίθμων. Αυτοί οι αλγόριθμοι θα είναι η τεχνολογία που επιτρέπει τη δημιουργία ενός τέτοιου δικτύου και θα μεγιστοποιήσει τα οφέλη του.»
The Rising Challenge of Space Debris
Εάν ένα φυσικό αντικείμενο, όπως ένα μικρομετεωροειδές, χτυπήσει ένα ανθρωπογενές αντικείμενο, όπως τα υπολείμματα ενός οχήματος εκτόξευσης, τα συντρίμμια που προκύπτουν μπορούν να ταξιδέψουν αρκετά γρήγορα ώστε ακόμη και ένα κομμάτι τόσο μικρό όσο μια κηλίδα χρώματος μπορεί να έχει τη δύναμη να τρυπήσει μια παρατήρηση ή τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο ή την πλευρά του Διεθνής Διαστημικός Σταθμός.
Αυτό έχει γίνει επείγον πρόβλημα επειδή ο χώρος γίνεται όλο και πιο ακατάστατος. Συγκεκριμένα, η χαμηλή τροχιά της Γης έχει προσελκύσει εμπορικά συστήματα τηλεπικοινωνιών όπως SpaceXΤο Starlink, το οποίο χρησιμοποιεί δορυφόρους για να προσφέρει ευρυζωνικό διαδίκτυο στους συνδρομητές. Η χαμηλή τροχιά φιλοξενεί επίσης δορυφόρους που χρησιμοποιούνται στην πρόγνωση καιρού και στην ανάλυση της κάλυψης της γης, και είναι το στάδιο για εξερεύνηση στο βαθύ διάστημα.
«Αυτός ο αυξημένος πληθυσμός αντικειμένων αυξάνει τον κίνδυνο συγκρούσεων, θέτει σε κίνδυνο επανδρωμένες αποστολές και θέτει σε κίνδυνο επιστημονικές και βιομηχανικές αποστολές υψηλής αξίας», είπε ο Lee. Πρόσθεσε ότι οι συγκρούσεις στο διάστημα μπορούν να προκαλέσουν ένα φαινόμενο ντόμινο που ονομάζεται «Σύνδρομο Κέσλερ», το οποίο προκαλεί μια αλυσιδωτή αντίδραση αυξάνοντας τον κίνδυνο περαιτέρω συγκρούσεων, «καθιστώντας το διάστημα μη βιώσιμο και εχθρικό».
Πλεονέκτημα λέιζερ έναντι άλλων τεχνολογιών
Άλλοι ερευνητές αναπτύσσουν τεχνολογίες αφαίρεσης συντριμμιών όπως γάντζοι, καμάκια, δίχτυα και σάρωθρες, αλλά αυτές λειτουργούν μόνο σε μεγάλα συντρίμμια. Η προσέγγιση του Lee θα πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζεται συντρίμμια σχεδόν οποιουδήποτε μεγέθους.
Η σουίτα αλγορίθμων που θα αναπτύξει η ομάδα του Lee μπορεί να λειτουργεί σε λέιζερ που είναι τοποθετημένα σε μεγάλους δορυφόρους ή μπορεί να τροφοδοτεί λέιζερ που ζουν στις δικές τους αποκλειστικές πλατφόρμες. Θα αξιολογήσει τις διάφορες μορφές που μπορεί να λάβει ένα δίκτυο λέιζερ ως μέρος της μελέτης. Είτε έτσι είτε αλλιώς, η τεχνολογία θα μπορεί να λαμβάνει πολλές αποφάσεις μόνη της, εκτελώντας ανεξάρτητα ελιγμούς και θέτοντας προτεραιότητες.
Το σύστημα θα υπαγορεύσει ποιος συνδυασμός λέιζερ στοχεύει ποια κομμάτια συντριμμιών, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι οι προκύπτουσες τροχιές παραμένουν χωρίς σύγκρουση.
Όταν μια ακτίνα λέιζερ εκτοξεύει ένα κομμάτι συντριμμιών, δεν το παρασύρει στη λήθη. Αντίθετα, τα συντρίμμια ωθούνται σε μια νέα τροχιά, συχνά μέσω αφαίρεσης με λέιζερ. Αυτό σημαίνει ότι η δέσμη λέιζερ εξατμίζει ένα μικρό μέρος των συντριμμιών, δημιουργώντας μια υψηλή ταχύτητα πλάσμα αίματος λοφίο που σπρώχνει τα συντρίμμια εκτός πορείας.
«Η διαδικασία της αφαίρεσης με λέιζερ και φωτόνιο Η πίεση προκαλεί μια αλλαγή στην ταχύτητα στα θραύσματα στόχου, η οποία τελικά αλλάζει το μέγεθος και το σχήμα της τροχιάς του. Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι το κίνητρο για τη χρήση λέιζερ. Η ικανότητα αλλαγής της τροχιάς των συντριμμιών μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά από ένα δίκτυο λέιζερ για να σπρώχνουν ή να απομακρύνουν τα διαστημικά σκουπίδια, αποφεύγοντας δυνητικά καταστροφικά γεγονότα όπως οι συγκρούσεις», εξήγησε ο Lee.
«Η χρήση ενός συστήματος πολλαπλών λέιζερ μπορεί να δημιουργήσει πολλαπλές ευκαιρίες εμπλοκής με συντρίμμια και να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματικό έλεγχο των τροχιών. Πολλά λέιζερ μπορούν να δράσουν ταυτόχρονα σε έναν στόχο σε μεγαλύτερο φάσμα έντασης, αλλάζοντας την τροχιά του με τρόπο που θα ήταν αδύνατο με ένα μόνο λέιζερ».
Ο Lee θα συνεργαστεί με τον Scott Zemerick, επικεφαλής μηχανικό συστημάτων της TMC Technologies, που βρίσκεται στο Fairmont, για να επικυρώσει όλα τα μοντέλα και τους αλγόριθμους που αναπτύχθηκαν σε όλο το έργο σε ένα «ψηφιακό δίδυμο περιβάλλον». Αυτό θα διασφαλίσει ότι τα προϊόντα είναι έτοιμα για λογισμικό πτήσης, είπε ο Lee.
Διαβάστε επίσης:
Ταμποναριστά για μικροβιακά διαστημικά και εξαρτήματα επιδιόρθωσης
Πρωτοποριακή μελέτη αποκαλύπτει την ικανότητα του πρωτεύοντος για σύνθετη λήψη αποφάσεων
