Концентрация космического мусора вокруг Земли напоминает постоянно движущуюся, неизменно растущую кольчужную сеть — чем больше спутников запускается на орбиту Земли, тем выше риск случайного столкновения с обломками других небесных тел. А чем больше столкновений, тем больше мусора образуется. Европейское космическое агентство заявило, что в настоящее время на орбите Земли находится около 40 000 объектов, но, согласно их прогнозам, это число растёт экспоненциально и будет продолжать расти. Большая часть мусора образуется при фрагментации полезной нагрузки или ракеты, к которой прикреплён спутник, но и сами спутники могут разрушаться под воздействием окружающей среды. Например, в октябре 2024 года спутник Intelsat-33e разрушился, выбросив более 700 фрагментов на геостационарную орбиту, где находится большинство спутников связи.
Трудно найти земной аналог опасности, которую представляет для космических аппаратов различные космические фрагменты. В космосе всё гораздо серьёзнее — столкновения с частицами размером всего 1 см могут вывести космический аппарат из строя, либо привести к его полному неуправляемому дрейфу с последующим разрушением. Обломки размером около 10 см – длина небольшой ложки – могут полностью и сразу уничтожить даже большой космический аппарат. Одна португальская компания, занимающаяся разработкой программного обеспечения по визуализации космических помех, использует периферийные вычисления, чтобы предоставить операторам спутников лучшие инструменты для навигации по «космическим маршрутам», которые вскоре станут самыми опасными в мире.
Специалисты этой фирмы сначала отслеживают спутники своих клиентов с помощью контейнерных телескопов и общедоступных данных, затем информация обрабатывается, а после этого анализируется посредством машинного обучения нейросети, работающей на базе облачных технологий. Для тех, кто хочет отправить спутник в космос в настоящее время обеспечивают сразу несколько государственных и частных компаний. Но вот с управлением всё обстоит немного иначе и сложнее. У американцев, например, основу глобального управления космическим движением осуществляют Космические силы США, которые используют платформу Space-Track, отслеживающую и прогнозирующую потенциальные столкновения. Когда система обнаруживает вероятность слишком близкого сближения двух объектов, она отправляет операторам сообщения с данными о сближении, которые оценивают угрозу и при необходимости планируют манёвры уклонения.
Но проблема заключается в том, что эта система не вполне удобна для пользователя, так как формат файлов системы управления клиентскими данными (CDM — Customer Data Management) содержит необработанную информацию, которую операторам приходится потом по-разному анализировать, чтобы извлечь из неё смысл. Такой процесс не является стопроцентной гарантией столкновения, но не гарантирует что его можно избежать — в конце концов, «критическое сближение», как это определяется в астрономии, — это ситуация, когда два объекта в космосе кажутся находящимися близко друг к другу, а операторы могут получать различные CDM, относящиеся к одному и тому же сближению. Операторам приходится просматривать повторяющиеся уведомления, чтобы определить, представляет ли объект реальную угрозу для их спутника, что отнимает много времени. А потом они получают ещё не одно похожее предупреждение — и каждый раз им приходится заниматься определёнными вычислениями возможных траекторий опасности.
Решение, которое предлагают португальцы (а уже на данный момент компания отслеживает более 450 космических аппаратов) заключается в создании отдельной платформы, которая лучше справляется с интерпретацией этих данных. Это означает, что сервер в дата-центре анализирует CDM-данные, предоставляемых операторами (в том числе и от Space-Track), а также данных ряда других компаний, у которых есть оптические, радарные или лазерные средства слежения. Сюда же подтягиваются прогнозы «космической погоды» (различных явлений, происходящих в Солнечной системе, которые могут влиять на сами сигналы и объекты). В дальнейшем компания намерена интегрировать данные с европейской, китайской и российской платформ космического наблюдения и слежения. Несмотря на то, что эта организация (Neuraspace) является компанией-разработчиком программного обеспечения, она также получает данные со своих собственных телескопов, и в этом её преимущество. В сентябре 2024 года компания установила свой первый телескоп на военном объекте в Португалии, а в декабре того же года доставила ещё один телескоп в чилийский парк телескопов.
Но зачем компании-разработчику ПО собственные телескопы? Во-первых, просто нет частных операторов, которые управляли бы крупными сетями телескопов и сдавали бы их в аренду по фиксированной цене. Усилия по повышению устойчивости космоса приносят пользу всем, но если вы единственный, кто вкладывает в это ресурсы, то это не имеет большого значения, так как люди привыкли сохранять то, что к ним ближе, а поэтому предпочитают заниматься проблемой изменения климата или любой другой, которая, как им кажется, является трагедией всемирной. К этому нужно относиться как к управлению воздушным движением. Когда вокруг летало всего несколько самолётов, не было диспетчерских пунктов, радаров, отслеживающих всё воздушное пространство, и диспетчеров, постоянно проверяющих, есть ли риск столкновения, и так далее. По мере развития отрасли трафик стал настолько интенсивным, что возникла необходимость в системе, которая бы регулировала всё это движение.
Во-вторых, Neuraspace посчитала необходимым иметь собственные данные, так как разработчики хотят ещё использовать их частично для экспериментов, тестирования новых алгоритмов, машинного обучения. А руководства и бухгалтеров всегда существует ограничение на то, сколько можно заплатить контрагентам за понадобившуюся информацию. Наличие собственных телескопов — это вложения на перспективу, которое предполагает, что компания, возможно, сможет продавать эти данные в будущем. Третья причина — управление цепочкой поставок. Если вы покупаете услугу у другого оператора, вы, очевидно, зависите от его возможностей и прочего. А сейчас на рынке не так много подходящих телескопов для аренды, поэтому просто нет зрелого сформировавшегося рынка такого рода услуг. Как следствие этого — ни у кого нет понимания того, сколько нужно заплатить и что можно за эти деньги получить.
Все эти данные затем первоначально обрабатываются в специальном комбинированном устройстве, которое находится в белом контейнере формы шара, расположенном непосредственно под телескопами компании. Возможности этой аппаратной платформы, которую разработчики назвали «Neuraspace Edge», весьма впечатляют, так как она оснащена всеми приборами, необходимыми для работы полностью автоматизированной системы дистанционного спутникового наблюдения. Комплектация включает в себя полную оптическую сборку (телескоп, крепление, камера), метеорологические приборы, средства контроля окружающей среды, плюс всю ИТ-инфраструктуру для локальной обработки, мониторинга и безопасной связи (брандмауэры, коммутаторы, серверы).
Сначала телескоп делает длинную серию снимков. Некоторые методы астрометрии – термин, описывающий измерение положения и движения небесных объектов – используются для определения точного положения спутника, путём сопоставления его с другими объектами (планетами, звёздами и спутниками). Датчики, которые также присутствуют в контейнере, отслеживают информацию о качестве неба и переменные параметры окружающей среды. Затем они объединяются для создания файлов меньшего размера, содержащих фактические координаты и траекторию движения спутника. После этого, уже упорядоченные данные передаются в облако для дальнейшего анализа. Уже на облачном сервисе запускаются процессы специализированной нейросети и подкреплённого машинного обучения, требующие больших вычислительных затрат, которые позволяют должным образом анализировать данные. У компании есть два телескопа, каждый из которых может отслеживать максимум 500 объектов с сотнями соответствующих измерений – и сверять их траектории с примерно 20 000 другими объектами, другими CDMS и сообщениями об орбитальных данных.
Можно задаться вопросом, зачем понадобилось разрабатывать целый сложный блок со своим отдельным сервером и устройствами телекоммуникации? Почему бы просто не использовать облако сразу для всего, передавая туда поток данных прямо с телескопа? Но всё дело в том, что телескопы работают в удалённых местах, где пропускная способность сети ограничена. Такие условия делают непрактичной передачу больших объёмов необработанной информации (в основном изображений большого разрешения) в режиме реального времени. А установка «Edge» помогает значительно сократить объем данных перед их передачей в облако. Фотометрические (относящиеся к яркости) и астрометрические (позиционные) данные, могут быть весьма громоздкими, если их предварительно не обработать. После обработки на облачный сервер посылаются в основном массивы текста и чисел, файлы которых весьма малы по размеру.
Задолго до того, как рекламный локомотив ChatGPT пронёсся по коллективному сознанию, организации, заинтересованные в космическом отслеживании, уже осознали преимущества искусственного интеллекта. Одно из них — это своего рода помощник по классификации / расстановке приоритетов, где [искусственный интеллект] просматривает все поступающие данные о конъюнкции и определяет, какие из них вызывают беспокойство, а какие нет.
Ещё одной важной прогностической возможностью «компьютерного разума» является построение атмосферной модели. Одной из самых больших неопределённостей, связанных со спутниками на низких орбитах, является вид остаточной атмосферы, и очень трудно предсказать, какова её плотность. Существуют аналитические, научно обоснованные, специфические космические модели, но для человека невероятно сложно мгновенно применять уравнения с физическими переменными. Без использования высокопроизводительных вычислений эти процедуры были бы сущим кошмаром. К тому же, ИИ может выявлять определённые закономерности, которые потом используются для корректировки моделирования.
По мере того, как космос становится новейшим геополитическим рубежом, интерес к таким системам со стороны правительств и поставщиков оборонных услуг резко возрос. В конце концов, космическая инфраструктура может быть в будущем бесценна. Из-за развития спутникового интернета и систем геопозиционирования. То, что оператор решит делать с информацией, предоставленной на платформе, зависит от него самого. Но в будущем, компании могут более тесно сотрудничать с провайдерами, чтобы напрямую взаимодействовать со спутниками, чтобы на периферии эффективно помогать его работе.