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STM太空交通管理難度高 數據融合與共享成關鍵

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科技產業資訊室 (iKnow) - 何思穎 & 張小玫 發表於 2022年3月4日
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圖、STM太空交通管理難度高 數據融合與共享成關鍵

數百萬的太空垃圾(orbital debris),大到足以傷害衛星卻又小到無法追蹤,正威脅著軌道上的永久穩定和安全。
 
討論太空交通管理主要集中於三大目標:
1.從國家安全的角度追蹤需要追蹤的物體 (涉及太空船、太空國際工作站、衛星星群安全);
2.從航太的角度追蹤可以追蹤的物體 (涉及STM太空交通運輸安全);
3.使用主動清除垃圾系統清除太空碎片。
 
對於太空交通管理(STM)議題,美國政府缺乏對STM的實際行動,根本原因在於:無法管理無法衡量的東西。STM系統的其中一項基本原則是在管理範圍內探測、識別和準確追蹤所有物體。近地軌道管理範圍必須包括所有大型太空垃圾。然而,目前仍未開發出能夠有效預測衛星活動和大型太空垃圾之間連結所需的必要技術。而低軌道太空垃圾已較過去幾年就成長了22%。
 
截至2021年9月,據歐洲太空總署(ESA)的太空垃圾辦公室(Space Debris Office)統計:

  • 自1957年太空時代開始以來,成功發射的火箭數量大約為6100次。
  • 送入地球軌道的衛星數量大約為12,000顆,其中約7,500顆仍在軌道上。
  • 目前仍在運行的衛星數量約為4,700顆。
  • 由美國太空監視網(U.S. Space Surveillance Network)定期追蹤並維持紀錄中的大型太空垃圾數量超過29,000個。
  • 太空垃圾導致碎裂、爆炸、碰撞或異常事件超過600件。
  • 在地球軌道上的所有太空物體總質量超過9,600噸。
  • 透過統計模型估計,尺寸大於10公分的在軌碎片數量有3.65萬個。1至10公分的有100萬個,1毫米至1公分的物體有3.3億個。
由於感測器的覆蓋面積不足,目前面臨的最大挑戰之一便是對全面性太空領域的意識。目前,有一些已經開發或正在開發的系統,但沒有一個系統能夠達到水準之上的整合,提供全面的太空領域意識。大多數的STM討論聚焦於目前有在追蹤的大約35,000個物體上,但這也只是總數的0.01%。
 
所有多方著手的STM方法包括:太空垃圾清除,消除600公里至1200公里高度的5公分及更小物體,再加上4π立體感測器覆蓋以探測和追蹤更大的物體。這些軌道上的廢棄物小到無法追蹤,而且對衛星造成的損害也無法被核實或記錄。尤其,必須不斷且選擇性地清除部分1公分至10公分大小的廢棄物體。
 
需要更好的數據融合以執行防撞機制
除了開發更先進的太空光學感測器外,建立防撞機制也很重要,但關鍵在「全面的數據融合」,將美國政府免費提供的商業太空交通環境認知SSA數據(space situational awareness;SSA)和其他衛星運營商的數據相結合,也要改進建模是關鍵,例如更精確的衛星尺寸,而不是物體近似尺寸,以便提供衛星運營商用於精準執行防撞機制。
 
透過數據共享決定衛星通行權
衛星運營商之間雙邊協定是必要的,但也是有問題的。由於目前短期內,還看不到建立一個總體太空交通管制機構的前景,所以可從減少衛星之間碰撞風險的最佳方法來建立一個自組織的衛星運營商網路,其中就是提取分享安全數據,以便能更安全地運營。目前,已有美國國會議員提倡包括開發一個開放架構的數據存儲庫,該數據庫將結合來自政府和商業來源的SSA數據。而區塊鏈技術或許可以用在數據共享上,克服營運商之間的信任問題,也去掉了人為不良操縱的過程。(1164字;圖1)

 
 
參考資料:
The challenges of space traffic management. Space News, 2022/2/18.
From space traffic awareness to space traffic management, SpaceNews, 2021/10/20.
美國太空軍尋求低成本的感測器技術 監測地球靜止軌道。iKnow科技產業資訊室,2022/1/3。
歐盟提出太空計畫草案 投資60億歐元推動寬頻星座100顆低軌道衛星。iKnow科技產業資訊室,2022/2/17。


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