Геостационарная орбита (GEO) считается одной из ключевых точек в околоземном пространстве, где располагаются важнейшие спутники для GPS, метеонаблюдений и связи. Однако поддержание её чистоты от космического мусора представляет собой серьезную задачу. Мелкие частицы, находясь на такой высоте, могут ускользать от нашего внимания даже при использовании самых чувствительных датчиков. В свежей статье, опубликованной в Journal of Astronautical Sciences, группа исследователей во главе с Джеймсом Блейком представила новый алгоритм, способный выявлять малозаметный мусор, который традиционные методы обнаружения не в состоянии зафиксировать.
Проблема космического мусора
Космический мусор становится всё более актуальной проблемой. В 2024 году распад спутника Intelsat 33e привёл к образованию 36 новых фрагментов, добавленных в каталог Space-Track, однако на самом деле количество выброшенных частей было гораздо большим. Эксперты по космическому мусору объясняют, что такие события могут приводить к образованию тысяч мелких фрагментов, представляющих опасность для работающих спутников, которые вынуждены перемещаться по «микроскопическому минному полю».
Исследовательская команда решила использовать телескоп Isaac Newton Telescope (INT) на Ла-Пальме, Канарские острова, для поиска таких мелких фрагментов. Ранее астрономы ограничивались короткими 10-секундными экспозицими, которые не позволяли фиксировать наименьшие элементы мусора. Чтобы преодолеть этот порог чувствительности, исследователи применили алгоритм «слепой стекировки».
Метод слепой стекировки
Алгоритмы слепой стекировки представляют собой трудоемкий способ наложения нескольких изображений друг на друга. Программа сначала объединяет множество кадров, сделанных в ходе «последовательности», затем исследует тысячи предполагаемых траекторий движения объекта между последовательными кадрами. После этого изображения сдвигаются и накладываются в соответствии с предполагаемыми путями, усиливая слабый сигнал от фрагмента мусора, одновременно подавляя случайный шум фона.
Для точного определения положения звёзд команда воспользовалась специализированными математическими функциями, такими как гауссовские и функции «Тепуи». Это позволило достичь угловой точности менее одной угловой секунды — критически важного показателя при наложении изображений.
Используя данные, собранные телескопом INT, новый алгоритм нашёл 25 новых потенциальных следов мусора, которые не были обнаружены традиционными методами. Авторы подсчитали, что удалось улучшить порог чувствительности на одну величину, что делает возможным обнаружение объектов размером около 5-10 см.
Успехи с коммерческими телескопами
С таким же успехом исследователи применили метод слепой стекировки к данным, полученным с помощью 36-сантиметрового роботизированного астрофотографа (RASA). Несмотря на то, что этот телескоп заметно слабее, чем INT, он продемонстрировал впечатляющее улучшение в обнаружении мусора после обработки данных с новыми алгоритмами. Ожидаемо, RASA, обладая более широким полем зрения и коротким временем считывания, оказался оптимально подходящим для такого алгоритмического подхода.
Алгоритм выявил 62 новыхdistinct tracklets в данных RASA, что соответствует увеличению чувствительности примерно на две величины по сравнению с традиционными методами. Команда также смогла восстановить многие из тех же фрагментов, найденных с помощью INT, используя наблюдения с RASA. Это доказывает, что доступные коммерческие телескопы могут значительно помочь в задачах информированности о космической среде, если объединить их с продвинутыми алгоритмами.
Что это значит для науки?
Исследование продолжает развиваться: команда уже запустила дополнительную кампанию с использованием более мощных телескопов, таких как 1.35-метровый SkyMapper в Австралии и 1-метровый Центр охраны космоса Бисей в Японии. Эти телескопы оборудованы высокоскоростными CMOS-датчиками, которые существенно уменьшают время простоя между кадрами, увеличивая скорость сбора данных. Учитывая растущее количество космического мусора на критических орбитах, новые методы обнаружения представляют собой важный шаг в их отслеживании и мониторинге.
Мнение SpaceDiscover
Проблема космического мусора становится всё более актуальной, и применение современных алгоритмов для его обнаружения крайне необходимо. Разработка методов, которые позволяют работать с данными даже с менее мощными телескопами, открывает новые горизонты в области космической безопасности. Это исследование демонстрирует, что прогресс в обработке данных может привести к значительному улучшению мониторинга космической среды и, в конечном итоге, повышению безопасности спутников.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
