AIは、レーザー測距望遠鏡を改良して、スペースデブリを正確に発見します

• 新しいニューラルネットワークモデルにより、レーザー測距望遠鏡の精度が向上します。
• これにより、科学者は望遠鏡の感度を上げることなく、地球軌道上の小さな破片の位置を正確に特定することができます。

スペースデブリは、地球軌道上で機能しなくなった人工物であり、もはや有用ではありません。それらは宇宙活動中に生成され、主にロケットの最終段階から発生し、宇宙船の不要な物質が軌道上で崩壊します。

2019年の時点で、2,218の運用衛星を含む、地球上の軌道上に約20,000の人工衛星がありました。ただし、トレースするのに十分な大きさのオブジェクトはこれらだけです。

1億3000万個以上の破片は1センチメートル未満であり、約100万個は1〜10センチメートルであり、3万個以上は10センチメートルを超えています。それらはすべて地球の周りを周回しており、それらの存在は宇宙船の安全性に深刻な影響を及ぼします。

現在、スペースデブリを監視している世界のレーザー観測所は50か所以上あります。ただし、それらを追跡することは非常に困難な作業です。オブジェクトが小さいほど、検出と追跡が難しくなります。

新しい研究では、レーザー望遠鏡の精度を向上させ、科学者が小さな破片の位置を特定できるようにするニューラルネットワークモデルを紹介しています。

それはどれくらい正確ですか？

軌道デブリを特定するために、科学者はレーザーイメージングと呼ばれる方法を利用します。これには、高エネルギーレーザーを宇宙に照射し、望遠鏡を使用して、軌道を回る破片から反射して戻ってくる信号を拾うことが含まれます。これらの反射信号は、破片の距離を評価するために使用されます。このプロセスは、コウモリがエコーロケーションを使用して獲物を追跡する方法と似ています。

しかし、小さな破片はあまり光を反射しないため、正確に見つけることは困難です。以前の手法では、破片のレーザーレンジ検出が強化されていましたが、破片の一部を特定できるのは1kmレベルのみです。

一方、新しい方法では、約1,500km離れた1平方メートルの小さな破片を見つけることができます。

参照：Journal of Laser Applications | DOI：10.2351 / 1.5110748 |ウィキペディア

これを達成するために、研究では、遺伝的アルゴリズムとLevenberg–Marquardtの2つの修正アルゴリズムを介して最適化されたバックプロパゲーションニューラルネットワークを使用しました。

高軌道から見たスペースデブリのイラスト|ウィキペディア

ニューラルネットワークは、望遠鏡がポインティング能力を安定させ、スペースデブリの小さな断片の弱い信号を認識するのに役立ちました。これはすべて、望遠鏡の感度を上げたり、ハードウェアをアップグレードしたりすることなく行われます。

また、望遠鏡は、多くの誤検知を発生させることなく、空間の局所的な領域で破片をより正確に検出できるようになりました。

テスト

研究者は、マウントモデル、基本パラメータモデル、球面調和関数モデルの3つの標準モデルに対してメソッドをテストしました。彼らは、ニューラルネットワークの精度がこれらの3つの標準モデルよりも優れており、収束速度が遅いという欠点も克服していることを発見しました。

読む：スペースジャンクについて知っておくべきこと

ニューラルネットワークの機能を実証するために、研究者は95個の星の観測データを使用して、4つのモデルすべてからのアルゴリズム係数を解きました。彼らは他の22個の星を検出する精度を評価しました。新しいアルゴリズムは最も正確であることが証明されただけでなく、まともなリアルタイムパフォーマンスで簡単に操作することもできました。

チームは、ニューラルネットワークをさらに最適化して、さらに小さな破片を見つけることを計画しています。