ИИ улучшает телескопы с лазерным дальномером, чтобы точно определять космический мусор

• Новая модель нейронной сети повышает точность лазерных телескопов.
• Это позволяет ученым точно определять положение более мелких обломков на околоземной орбите без увеличения чувствительности телескопов.

Космический мусор - это вышедшие из строя искусственные объекты на околоземной орбите, которые больше не нужны. Они образуются во время космической деятельности и в основном возникают из-за последней ступени ракет-носителей и нежелательных материалов космических кораблей, распадающихся на орбите.

По состоянию на 2019 год на орбите Земли находилось около 20000 искусственных объектов, в том числе 2218 действующих спутников. Однако это единственные объекты, достаточно большие, чтобы их можно было отследить.

Более 130 миллионов кусков мусора имеют размер менее 1 сантиметра, около 1 миллиона кусков имеют размер от 1 до 10 сантиметров и более 30 000 кусков имеют размер более 10 сантиметров. Все они находятся на орбите вокруг Земли, и их существование серьезно влияет на безопасность космического корабля.

В настоящее время существует более 50 глобальных станций лазерного наблюдения, которые отслеживают космический мусор. Однако их отслеживание - чрезвычайно сложная задача:чем меньше объект, тем сложнее его обнаружить и отследить.

Новое исследование представляет модель нейронной сети, которая повышает точность лазерных телескопов, позволяя ученым точно определять положение более мелких обломков.

Насколько это точно?

Чтобы точно определить орбитальный мусор, ученые используют метод, называемый лазерной визуализацией. Это включает в себя запуск в космос высокоэнергетических лазеров и использование телескопа для улавливания сигналов, отраженных обратно от орбитального мусора. Эти отраженные сигналы затем используются для оценки расстояния до мусора. Этот процесс аналогичен тому, как летучие мыши используют эхолокацию для отслеживания добычи.

Но поскольку более мелкие осколки не отражают много света, их сложно точно определить. Несмотря на то, что предыдущие методы улучшали лазерное дальномерное обнаружение обломков, они могут определять обломки только на уровне 1 км.

С другой стороны, новый метод позволяет находить обломки размером всего 1 квадратный метр на расстоянии около 1500 км.

Ссылка:Журнал лазерных приложений | DOI:10.2351 / 1.5110748 | Википедия

Для этого исследователи использовали нейронную сеть обратного распространения, которая оптимизирована с помощью двух корректирующих алгоритмов:генетического алгоритма и Левенберга – Марквардта.

Иллюстрация космического мусора, видимого с высокой околоземной орбиты | Википедия

Нейронная сеть помогла телескопам стабилизировать свои способности наведения и распознавать слабые сигналы небольших кусочков космического мусора. Все это делается без увеличения чувствительности телескопов или модернизации оборудования.

Кроме того, телескопы теперь могут более точно обнаруживать обломки в определенных областях космоса без множества ложных срабатываний.

Тестирование

Исследователи протестировали свой метод на трех стандартных моделях:модели крепления, модели основных параметров и модели сферических гармонических функций. Они обнаружили, что точность нейронной сети превосходит эти три стандартные модели, а также преодолевает недостатки низкой скорости сходимости.

Прочтите:Что нужно знать о космическом мусоре

Чтобы продемонстрировать возможности нейронной сети, исследователи использовали данные наблюдений за 95 звездами, чтобы вычислить коэффициент алгоритма для всех 4 моделей. Они оценили точность обнаружения еще 22 звезд. Новый алгоритм оказался не только наиболее точным, но и легко управляемым с приличной производительностью в реальном времени.

Команда планирует продолжить оптимизацию нейронной сети, чтобы обнаруживать еще более мелкий мусор.