Konstelacje sztucznych satelitów stanowią coraz większe zagrożenie dla badań naukowych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W miarę jak zwiększa się liczba pojazdów w przestrzeni kosmicznej, im bardziej skomplikowane są misje kosmiczne i w im większej odległości się odbywają, tym większą rolę odgrywa automatyzacja zadań. Dużą liczbą satelitów nie da się ręcznie zarządzać, dlatego większość z nich korzysta z systemów automatycznych, a ludzka interwencja potrzebna jest w sytuacjach awaryjnych, w przypadku aktualizacji oprogramowania czy zmiany orbity. Z kolei w przypadku misji w dalszych częściach Układu Słonecznego ręczne sterowanie pojazdami jest wręcz niemożliwe z powodu dużych odległości i opóźnień sygnału.
Coraz większa automatyzacja jest więc niezbędna, gdyż wysyłamy poza Ziemię coraz więcej pojazdów i chcemy eksplorować coraz dalsze zakątki przestrzeni kosmicznej. W ostatnich latach na MIT uruchomiono Kerbal Space Program Differential Game Challenge. To rodzaj zawodów, opartych o grę Kerbal Space Program, których celem jest zachęcenie specjalistów do rozwijania autonomicznych systemów dla programów kosmicznych. Gra Kerbal Space Program powstała w 2015 roku i jest to pseudorealistyczny symulator lotów kosmicznych, uwzględniających prawdziwe manewry orbitalne, jak na przykład dokowanie w przestrzeni kosmicznej czy manewr transferowy Hohmanna. Zawody na MIT uwzględniają różne scenariusze, na przykład zadaniem uczestników jest podążanie za satelitą i jego przechwycenie.
Alejandro Carrasco, Victor Rodriguez-Fernandez i Richard Linares postanowili sprawdzić, jak w zawodach poradzą sobie komercyjne wielkie modele językowe, jak ChatGPT czy Llama. Zdecydowali się oni użyć LLM, gdyż tradycyjne metody tworzenia systemów autonomicznych wymagają wielokrotnych sesji treningowych i poprawkowych. Ciągłe udoskonalanie modelu jest niepraktyczne, gdyż każda z misji w Kerbal trwa jedynie kilka godzin. Tymczasem wielkie modele językowe są już wytrenowane na olbrzymiej liczbie tekstów i wymają jedynie niewielkiego doszlifowania pod kątem inżynieryjnym. Badacze najpierw musieli opracować metodę, która przekładała stan pojazdu kosmicznego i zadania na tekst. Był on następnie wysyłany do wielkich modeli językowych z prośbą o rekomendacje, co do odpowiednich działań. Zalecenia LLM były następnie przekładane na kod, który sterował pojazdem.
Po krótkiej nauce ChatGPT poradził sobie doskonale. Uplasował się na 2. miejscu w zawodach. Pierwsze miejsce zajął inny, wyspecjalizowany kod. Co więcej, badania – których wyniki mają zostać wkrótce opublikowane na łamach Journal of Advances in Space Research – zostały przeprowadzone jeszcze zanim dostępna była wersja ChatGPT 4. Co prawda LLM nie jest jeszcze gotowy do sterowania misją kosmiczną. Szczególnie poważny problem stanowią podawane przezeń czasem nonsensowne przypadkowe rozwiązania, które zakończyłyby się katastrofą w przypadku prawdziwej misji. Jednak przeprowadzone badania pokazują, że nawet standardowy komercyjny LLM może być wykorzystany do pracy w sposób, którego jego twórcy z pewnością nie przewidzieli.
Źródło: Large Language Models as Autonomous Spacecraft Operators in Kerbal Space Program, https://arxiv.org/abs/2505.19896
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Niedawno astronomowie usłyszeli głos z kosmicznych zaświatów. Potężny krótkotrwały impuls na chwilę przyćmił wszystkie źródła sygnałów radiowych. Clancy James z australijskiego Curtin University i jego zespół skanowali nieboskłon za pomocą Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) – zestawu 36 radioteleskopów znajdujących się w Zachodniej Australii – odebrali krótki, bardzo silny sygnał.
Niezwykle podekscytowani stwierdzili, być może odkryli nowy pulsar lub inny obiekt, a że źródło sygnału wydawało się pochodzić z naszej galaktyki, stwierdzili, że nowy obiekt powinien być widoczny za pomocą teleskopów optycznych. Jednak gdy bardziej szczegółowo przeanalizowali sygnał okazało się, że jego źródło było tak blisko, iż ASKAP nie skupić na nim jednocześnie wszystkich swoich anten. A to oznaczało, że źródło sygnału musi znajdować się mniej niż 20 tysięcy kilometrów od Ziemi. Impuls trwał zaledwie 30 nanosekund i przez tę chwilę silniejszy, niż wszystko inne rejestrowane za pomocą radioteleskopów.
Gdy Australijczycy przeanalizowali pozycję źródła sygnału i porównali ją z pozycjami wszystkich znanych satelitów okazało się, że jedynym możliwym źródłem sygnału jest Relay 2. To jeden z pierwszych satelitów w historii. Został wystrzelony w 1964 roku i służył NASA jako eksperymentalne urządzenie komunikacyjne. Agencja przestała używać Relay 2 już w 1965 roku, natomiast pokładowa elektronika satelity działała do roku 1967. Wówczas Relay 2 zamilkł i od tej pory krąży wokół Ziemi jako bezwładny kawałek metalu.
Teraz, po niemal 60 latach satelita znowu wysłał sygnał. Jednak jego urządzenie nie działają, więc źródłem sygnału musiały być czynniki zewnętrzne. Clancy i jego koledzy sądzą, że albo na powierzchni satelity zebrały się ładunki elektrostatyczne i doszło do wyładowania, albo uderzył w niego mikrometeoryt, który wywołał pojawienie się chmury plazmy. Sygnały z obu tych wydarzeń wyglądają podobnie, więc trudno byłoby je odróżnić. Przede wszystkim ktoś musiałby chcieć przeprowadzić takie badania. Tylko po co?
Źródło: A nanosecond-duration radio pulse originating from the defunct Relay 2 satellite, https://arxiv.org/abs/2506.11462
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że sposób, w jaki emisja gazów cieplarnianych wpływa na atmosferę, zmniejszy liczbę satelitów, które można będzie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Na łamach Nature Sustainability stwierdzają, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych zmniejsza zdolność atmosfery do usuwania odpadków krążących wokół Ziemi.
Badacze zauważyli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują, iż górne warstwy atmosfery się kurczą. Głównie interesuje ich termosfera, w której krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. Gdy termosfera się kurczy, jej zmniejszająca się gęstość prowadzi do zmniejszenia oporów, a to właśnie opór aerodynamiczny jest tym czynnikiem, który powoduje, że kosmiczne śmieci – chociażby pozostałości po nieczynnych satelitach – opadają w kierunku Ziemi i płoną w atmosferze. Mniejszy opór oznacza, że odpady takie będą dłużej znajdowały się na orbicie, zatem ich liczba będzie rosła, a to zwiększa ryzyko kolizji z działającymi satelitami i innymi urządzeniami znajdującymi się w tych samych rejonach.
Naukowcy przeprowadzili symulacje, których celem było sprawdzenie, jak emisja dwutlenku węgla wpłynie na górne partie atmosfery i astrodynamikę. Wynika z nich, że do roku 2100 pojemność najpopularniejszych regionów orbity zmniejszy się o 50–66 procent właśnie z powodu gazów cieplarnianych.
Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat, mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków, dodaje główny autor badań, William Parker.
Termosfera kurczy się i rozszerza w 11-letnich cyklach, związanych z cyklami aktywności słonecznej. Gdy aktywność naszej gwiazdy jest niska, do Ziemi dociera mniej promieniowania, najbardziej zewnętrzne warstwy atmosfery tymczasowo się ochładzają i kurczą. W okresie zwiększonej aktywności słonecznej są one cieplejsze i rozszerzają się.
Już w latach 90. naukowcy stworzyli modele, z których wynikało, że w miarę ocieplania się klimatu na Ziemi, górne warstwy atmosfery będą się schładzały, co doprowadzi do kurczenia się termosfery i zmniejszania jej gęstości.
W ciągu ostatniej dekady nauka zyskała możliwość precyzyjnych pomiarów oporu aerodynamicznego działającego na satelity. Pomiary te pokazały, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na zjawisko wykraczające poza naturalny 11-letni cykl. Niebo dosłownie spada, w tempie liczonych w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity, wyjaśnia Parker.
Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Ma ona wysokość do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Obecnie na orbicie tej znajduje się ponad 10 000 satelitów. Ich liczba jest już tak duża, że operatorzy satelitów standardowo muszą wykonywać manewry unikania kolizji. Każda taka kolizja oznacza nie tylko zniszczenie satelity, ale też pojawienie się olbrzymiej liczby szczątków, które będą krążyły na orbicie przez kolejne dekady i stulecia, zwiększając ryzyko kolejnych kolizji.
W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów, niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej można będzie utrzymać w przyszłości. Naukowcy symulowali różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych i sprawdzali, jak wpływa to na gęstość atmosfery i opór aerodynamiczny. Następnie dla każdego z tych scenariuszy sprawdzali jego wpływ na astrodynamikę i ryzyko kolizji w zależności od liczby obiektów znajdujących się na orbicie. W ten sposób obliczali „zdolność ładunkową” orbity. Podobnie jak sprawdza się, ile osobników danego gatunku może utrzymać się w danym ekosystemie.
Z obliczeń wynika, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie rosła, to liczba satelitów, jakie można umieścić na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią będzie o 50–66 procent mniejsza niż w scenariuszu utrzymania poziomu emisji z roku 2000. Jeśli „zdolność ładunkowa” orbity zostanie przekroczona, nawet lokalnie, dojdzie do całej serii kolizji, przez co pojawi się tyle szczątków, że orbita stanie się bezużyteczna.
Autorzy badań ostrzegają, że niektóre regiony orbity już zbliżają się do granicy ich „zdolności ładunkowej”. Dzieje się tak głównie przez nowy trend, budowanie megakonstelacji olbrzymiej liczby małych satelitów, takich jak Starlink SpaceX.
Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, podsumowuje Richard Linares.
Specjaliści szacują, że obecnie na orbicie znajduje się 40 500 odpadków o rozmiarach większych niż 10 cm, 1 milion 100 tysięcy odpadków wielkości od 1 do 10 cm oraz 130 milionów śmieci wielkości od 1 mm do 1 cm. Nawet te najmniejsze odpady stanowią duże zagrożenie. Średnia prędkość kolizji, do jakich między nimi dochodzi, to 11 km/s czyli około 40 000 km/h.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy doszło do nieudanego wystrzelenia satelitów z konstelacji Starlink. W wyniku awarii satelity znalazły się na bardzo niskiej orbicie i wkrótce spłoną w atmosferze. Firma SpaceX zapewnia, że nie stanowią one zagrożenia. Pierwsze Starlinki trafiły na orbitę w 2019 roku. Obecnie konstelacja składa się z ponad 6000 niewielkich satelitów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO).
Dwadzieścia satelitów Starlink zostało wystrzelonych przed 4 dniami na pokładzie rakiety Falcon 9 z Vandenberg Space Force Base. Pierwszy stopień rakiety spisał się bez zarzutu, wynosząc na orbitę drugi stopień i satelity. Następnie oddzielił się od nich i z powodzeniem wylądował. Było to już 329. udane lądowanie rakiety nośnej przeprowadzone przez SpaceX.
Pierwsze uruchomienie silników 2. stopnia przebiegło zgodnie z planem, jednak pojawił się wyciek ciekłego tlenu. W związku z tym silnik Merlin, który miał wynieść satelity na prawidłową orbitę, nie spełnił swojego zadania.
Co prawda satelity zostały prawidłowo zwolnione, ale znajdują się na orbicie o dużym mimośrodzie, która w najniższym punkcie znajduje się zaledwie 135 kilometrów nad Ziemią. To ponaddwukrotnie niżej, niż powinny się znaleźć. Na tej wysokości pojazdy doświadczają znacznego tarcia o atmosferę, przez co z każdym obiegiem tracą 5 kilometrów wysokości w apogeum (najwyższym punkcie orbity). Oddziaływanie atmosfery na satelity jest tak silne, że ich silniki nie poradzą sobie z wyniesieniem pojazdów na prawidłową orbitę. Dlatego wkrótce satelity wejdą w atmosferę i w niej spłoną.
SpaceX oświadczyła, że nie zagrażają one ani innym satelitom, ani ludziom na Ziemi. To przypomina nam, jak wymagające technicznie są loty w kosmos. Dotychczas przeprowadziliśmy 364 udane starty rakiet Falcon – które bezpiecznie dostarczały astronautów, ładunki i tysiące satelitów Starlink na orbitę – co czyni z rodziny Falcon jedną z najlepszych serii rakiet nośnych w historii, czytamy w firmowym oświadczeniu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Zmiany klimatu niosą ze sobą wiele różnych zagrożeń. Jedną są bardziej oczywiste, inne mniej. Do kategorii tych drugich należą z pewnością zagrożenia dla... badań astronomicznych. Naukowcy z Uniwersytetu w Bernie, Politechniki Federalnej w Zurichu, Europejskiego Obserwatorium Południowego oraz Uniwersytetu w Reading przeprowadzili analizy wpływu zmian klimatycznych na badania prowadzone przez osiem najważniejszych naziemnych teleskopów. Wynika z nich, że musimy spodziewać się pogorszenia warunków do badań, a co za tym idzie, skrócenia czasu obserwacyjnego dla jednych z najcenniejszych instrumentów badawczych dostępnych nauce.
Miejsca, w których zostaną wybudowane teleskopy przyszłej generacji są wybierane na dekady zanim urządzenia te rozpoczną swoje obserwacje. Później teleskopy takie pracują przez około 30 lat. Jest zatem niezwykle ważne, by móc określić, z wyprzedzeniem wynoszącym wiele dekad, móc określić, jak będą zmieniały się warunki w miejscu planowanej budowy. Tymczasem obecnie wyboru miejsc dokonuje się na podstawie pomiarów zbyt krótkich, by mogły one dać odpowiedź na pytanie o długookresowe zmiany klimatu.
Jakość naziemnych obserwacji astronomicznych w dużej mierze zależy od klimatu. Supernowoczesne potężne teleskopy zwykle umieszcza się na dużych wysokościach, by skorzystać z dobrej przejrzystości atmosfery oraz szuka się miejsc o niskiej temperaturze i niskiej zawartości pary wodnej.
Astrofizyk Caroline Haslebacher z Uniwersytetu w Bernie i jej koledzy zwracają uwagę, że zwykle przy wyszukiwaniu takiego miejsca bierze się pod uwagę ostatnich 5 lat. To zbyt mało. Uczeni postanowili więc zmierzyć się z tym problemem i przeprowadzili analizę, która miała na celu sprawdzić, jak w miejscach, w których znajdują się najważniejsze obecnie teleskopy – na Hawajach, w Chile, na Wyspach Kanaryjskich, w Australii, RPA i Meksyku – będzie zmieniał się klimat. Okazało się, że do roku 2050 wszędzie tam dojdzie do zwiększenia temperatury, wilgotności właściwej oraz zawartości wody opadowej w atmosferze.
Czynniki te zmniejszą jakość obserwacji i prawdopodobnie doprowadzą do mniej intensywnego wykorzystania urządzeń z powodu złych warunków obserwacyjnych. Na przykład zwiększenie temperatury i wilgotności właściwej może zwiększyć kondensację pary wodnej na urządzeniach oraz będzie miało negatywny wpływ na systemy chłodzenia wewnątrz kopuł teleskopów. Z kolei zwiększenie zawartości wody opadowej będzie wiązało się z większą absorpcją światła, szczególnie podczerwonego, przez atmosferę, a więc mniej światła będzie docierało do teleskopów.
Problemy szczególnie dotkną obserwatoriów projektowanych z myślą o pracy w szczególnych warunkach. Na przykład Paranal Observatory w Chile może pracować, gdy temperatura powietrza przy powierzchni nie przekracza 16 stopni Celsjusza, a Teleskop Williama Herschela na Wyspach Kanaryjskich nie może pracować, jeśli temperatura jego lustra wynosi 2 stopnie Celsjusza lub mniej powyżej punktu rosy.
Przeprowadzona analiza nie wykazała za to zmian wilgotności względnej, pokrywy chmur czy turbulencji atmosferycznych. Autorzy badań zastrzegają jednak, że turbulencje jest szczególnie trudno przewidzieć, a w związku ze zmianami temperatury i prądów powietrznych należy się ich spodziewać.
Antropogeniczne zmiany klimatu powinny być brane pod uwagę przy wybieraniu miejsc budowy teleskopów przyszłej generacji, podsumowuje Haslebacher.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.