Nie potrzeba ogromnego teleskopu ani technologii NASA, żeby śledzić satelity. SOHBRIT powstał z dostępnego sprzętu i działa automatycznie.
Wystarczy obserwatorium o szerokości 3,7 m, komercyjnie dostępny sprzęt i odpowiednio napisane oprogramowanie. Allen Schnibben z Sandia National Laboratories właśnie udowodnił, iż tak przygotowany system może obserwować choćby 80 satelitów podczas jednej pogodnej nocy. Najciekawsze jest jednak to, iż naukowiec nie musi spędzać jej przy teleskopie. Wystarczy wcześniej przygotowany harmonogram, a rano na jego komputerze czekają fotografie i dane, które mogą pomóc w wykrywaniu nietypowych zachowań satelitów oraz przewidywaniu niebezpiecznych zbliżeń na orbicie.
80 satelitów jednej nocy
SOHBRIT to niewielkie obserwatorium działające w amerykańskim Sandia National Laboratories. Nie przypomina potężnych instalacji astronomicznych z wielometrowymi zwierciadłami ani nie wymaga rozbudowanego zespołu astronomów pracujących przez całą noc. Za jego działaniem stoi Allen Schnibben, informatyk, który zainteresował się astronomią jeszcze jako dziecko. Dzisiaj wykorzystuje swoje umiejętności programistyczne do obserwowania znacznie bliższych obiektów niż odległe galaktyki. Zamiast szukać nowych gwiazd, skupia się na sztucznych satelitach krążących wokół Ziemi.
Obserwatorium ma około 3,7 m szerokości i zostało zbudowane z komercyjnie dostępnych elementów. Schnibben nie potrzebował jednak projektować od podstaw każdego podzespołu. Postawił na połączenie istniejących rozwiązań i stworzenie oprogramowania, które będzie nimi zarządzać.
Przed rozpoczęciem nocnych obserwacji przygotowuje harmonogram zadań, a później system sam realizuje zaplanowaną pracę i zbiera kolejne obrazy. Naukowiec nie musi więc nieustannie kontrolować teleskopu ani osobiście wyzwalać każdej ekspozycji. Podczas typowej pogodnej nocy SOHBRIT może zaobserwować około 80 satelitów. Zebrane fotografie trafiają następnie do specjalistów, którzy mogą je wykorzystać w dalszych analizach.
Na orbicie robi się ciasno. Ktoś musi pilnować ruchu
Dlaczego niewielkie obserwatorium miałoby interesować amerykańskie laboratorium zajmujące się również bezpieczeństwem narodowym? Odpowiedź znajduje się tak naprawdę kilkaset kilometrów nad Ziemią.
Przestrzeń okołoziemska jest coraz bardziej zatłoczona. Według przywoływanych przez badaczy danych już w 2024 r. wokół naszej planety znajdowało się ponad 45 tys. obiektów stworzonych przez człowieka. Nie chodzi wyłącznie o sprawne satelity, ale również o nieaktywne urządzenia, człony rakiet i pozostałości wcześniejszych misji.
Sytuację dodatkowo komplikuje rozwój wielkich konstelacji satelitarnych. Zamiast wysyłać kilka dużych urządzeń, operatorzy umieszczają na orbicie tysiące mniejszych, które wspólnie tworzą sieci komunikacyjne lub obserwacyjne.
We wrześniu pisaliśmy, iż na orbitę trafia już średnio około 10 nowych satelitów dziennie, a jednocześnie ponad 3 duże obiekty każdego dnia wracają w ziemską atmosferę. Tak duży ruch wymaga nieustannego aktualizowania informacji o położeniu i stanie obiektów.
Największym zagrożeniem są oczywiście kolizje. Satelity na niskiej orbicie poruszają się z prędkościami liczonymi w dziesiątkach tysięcy kilometrów na godzinę. choćby zderzenie stosunkowo niewielkich urządzeń może doprowadzić do ich zniszczenia i powstania chmury odłamków.
Wcześniejsze badania pokazały zresztą, iż dla ogromnych konstelacji istnieje granica, po której liczba powstających odłamków może rosnąć szybciej, niż środowisko orbitalne jest w stanie się z nich oczyszczać. Dlatego samo wysyłanie kolejnych satelitów nie wystarcza. Trzeba jeszcze wiedzieć, gdzie znajdują się pozostałe obiekty.
Zamiast obserwatora przy teleskopie pracuje oprogramowanie
Najważniejszym elementem SOHBRIT jest tak naprawdę przede wszystkim automatyzacja. Nie oznacza ona jednak, iż komputer sam podejmuje wszystkie decyzje o tym, co warto obserwować. Naukowiec wcześniej planuje zadania, które aparatura później wykonuje bez konieczności stałej interwencji człowieka.
Tego typu podejście pozwala wykorzystać obserwatorium również wtedy, gdy jego operator wykonuje inne obowiązki. Przygotowanie planu, uruchomienie sekwencji i późniejsze pobranie wyników zastępuje wielogodzinną ręczną obsługę instrumentu.
Ważna jest również tutaj powtarzalność obserwacji. Jedno zdjęcie satelity pokazuje jego położenie w określonym momencie, a już seria obrazów wykonanych w różnych chwilach dostarcza znacznie więcej informacji i pozwala analizować zmiany widocznego położenia obiektu.
Dane z SOHBRIT mają służyć przede wszystkim eksperymentom prowadzonym w ramach programu kosmicznego Sandia. Naukowcy mogą testować algorytmy wykrywania obiektów na zdjęciach, sprawdzać metody przetwarzania obrazów i rozwijać modele uczenia maszynowego.
Nie jest to zatem gotowy system samodzielnie wydający ostrzeżenia przed każdą kolizją. Obserwatorium stanowi jedno ze źródeł danych, na których można rozwijać i weryfikować narzędzia potrzebne do skuteczniejszego monitorowania orbity.
Zdjęcie satelity może zdradzić znacznie więcej niż jego położenie
Fotografie zbierane przez naziemne obserwatoria nie muszą pokazywać satelity jako wyraźnej maszyny z antenami i panelami słonecznymi. Często widoczny jest jedynie niewielki punkt światła albo ślad pozostawiony przez poruszający się obiekt.
To jednak wystarcza, żeby rozpocząć analizę jego zachowania. Odpowiednie algorytmy mogą wykorzystywać pomiary położenia i jasności do wyciągania informacji, których człowiek nie dostrzeże bezpośrednio na fotografii.
Opisywaliśmy już system AI, który analizuje zmiany jasności satelitów i potrafi rozpoznawać nietypowe zachowania, w tym niekontrolowane obracanie się obiektu. W takim przypadku komputer nie musi widzieć szczegółów konstrukcji. Uczy się charakterystycznych zmian odbitego światła, a następnie porównuje z nimi nowe obserwacje.
SOHBRIT dostarcza innego, ale doskonale uzupełniającego się elementu tej układanki. Automatyzuje pozyskiwanie materiału obserwacyjnego, który później może zostać wykorzystany do opracowywania podobnych metod analizy.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
