Orbita Ziemi staje się coraz gęściej zaludnionym obszarem, przekształcając się w złożone i potencjalnie niebezpieczne środowisko. Z ponad 11 000 aktywnych satelitów krążących obecnie wokół naszej planety i dziesiątkami tysięcy nowych, które mają zostać wystrzelone w nadchodzących latach, przestrzeń kosmiczna staje się zasobem premium. Dodatkowe i być może jeszcze większe zagrożenie stanowią śmieci kosmiczne. Szacuje się, że istnieje ponad 1,2 miliona fragmentów kosmicznych śmieci większych niż jeden centymetr, a każdy z tych fragmentów, niezależnie od wielkości, porusza się z prędkością, która czyni go śmiertelnym pociskiem. W takich warunkach ryzyko kolizji na orbicie nie jest już hipotetycznym zagrożeniem, ale codziennym problemem operacyjnym dla operatorów satelitarnych na całym świecie. Uznając powagę sytuacji, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) intensywnie inwestuje w rozwój zaawansowanych technologii automatyzacji, które mogą pomóc w skuteczniejszym reagowaniu na te rosnące zagrożenia.

Serce strategii ESA: Projekt CREAM

W samym sercu tych wysiłków znajduje się projekt o nazwie CREAM (Collision Risk Estimation and Automated Mitigation), co w tłumaczeniu oznacza „Szacowanie Ryzyka Kolizji i Zautomatyzowane Łagodzenie”. Projekt ten stanowi kluczowy element szerszego Programu Bezpieczeństwa Kosmicznego ESA, a jego głównym celem jest radykalna zmiana sposobu zarządzania zagrożeniami w przestrzeni kosmicznej. Misja projektu jest wieloaspektowa: zmniejszenie ogromnego obciążenia i nakładu pracy spoczywającego na ludzkich operatorach, drastyczne zmniejszenie liczby fałszywych alarmów, które pochłaniają czas i zasoby, skrócenie czasu reakcji potrzebnego do wykonania manewrów unikania kolizji oraz, ostatecznie, znaczne poprawienie bezpieczeństwa każdej pojedynczej misji kosmicznej. Projekt, który rozpoczął się w 2020 roku, wchodzi obecnie w krytyczną fazę testów operacyjnych systemów naziemnych i przygotowań do demonstracji technologii bezpośrednio na orbicie kosmicznej.

Koszt unikania kolizji: Złożony proces o wysoką stawkę

Ocena ryzyka potencjalnej kolizji oraz, jeśli okaże się to konieczne, zaprojektowanie i wykonanie manewru unikowego, to dwa niezwykle pracochłonne zadania. Obecne procesy w dużej mierze opierają się na analizie i decyzjach człowieka. Komunikacja między różnymi operatorami satelitarnymi jest często improwizowana, odbywa się ad hoc, nie zawsze jest prosta i w niektórych sytuacjach może prowadzić do dodatkowych komplikacji i nieporozumień. Właśnie w celu ułatwienia tego ogromnego wysiłku manualnego opracowano wizję systemu CREAM. Pomysł polega na tym, aby ten zautomatyzowany system przejął znaczną liczbę powiązanych działań: od ciągłej oceny potencjalnych bliskich spotkań (koniunkcji) i generowania optymalnych planów manewrów unikowych, po zapewnienie wsparcia w procesie podejmowania decyzji. System jest również pomyślany jako platforma do koordynacji z innymi operatorami oraz jako narzędzie nadzorujące, które mogliby wykorzystywać przyszli regulatorzy ruchu kosmicznego.

Jeden z kluczowych komponentów systemu jest projektowany w celu umożliwienia kontaktu między zróżnicowanym ekosystemem interesariuszy. Łącząc operatorów satelitarnych, dostawców usług świadomości sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej (Space Situational Awareness - SSA), organy regulacyjne i niezależnych obserwatorów, CREAM może ułatwić cały proces podejmowania decyzji. Jest to szczególnie ważne w złożonych scenariuszach, w których grozi kolizja dwóch aktywnych satelitów, w przeciwieństwie do sytuacji z pasywnym fragmentem kosmicznego śmiecia. W przyszłości CREAM mógłby również ułatwiać negocjacje między operatorami, minimalizując potrzebę interwencji człowieka. W przypadkach braku zgody co do proponowanego rozwiązania, system mógłby eskalować problem do wyspecjalizowanej służby mediacyjnej, zapewniając przy tym elastyczność, przejrzystość i sprawiedliwość w rozwiązywaniu sporów.

Z ziemi na orbitę: Ewolucja systemu

W tej chwili prototypowe komponenty systemu CREAM, opracowane przez wiodące firmy technologiczne GMV i Guardtime, są integrowane we wspólnej platformie pod kierownictwem firmy GMV. System, który na tym etapie jest jeszcze oparty na Ziemi, już teraz posiada zdolność do wydawania ostrzeżeń o możliwych kolizjach i generowania konkretnych, skutecznych manewrów unikowych. Te zalecenia są wysyłane do segmentu naziemnego misji w celu ich wdrożenia, a system zapewnia również wsparcie w koordynacji między zaangażowanymi stronami. Projekt wchodzi teraz w rozszerzoną fazę pilotażową, podczas której będą dodawane nowe technologie w celu usprawnienia procesu podejmowania decyzji. Równolegle intensywnie przygotowywane są również demonstracje na orbicie. Obejmują one tak zwane „misje piggyback”, w ramach których system zostanie umieszczony na istniejących satelitach jako ładunek cyfrowy, ale planowane jest również wystrzelenie dedykowanej, poświęconej misji demonstracyjnej CREAM на orbicie.

Wsparcie dla standardów zrównoważonego rozwoju w kosmosie

Wkład projektu CREAM wykracza poza samo unikanie kolizji i zapobieganie tworzeniu nowych śmieci. Integracja komponentu CREAM bezpośrednio na statkach kosmicznych może, jako element technologiczny, ułatwić bardzo potrzebną transformację w środowisku regulacyjnym zarządzania ruchem kosmicznym. Problem z ustanowieniem jakichkolwiek „przepisów ruchu drogowego” w kosmosie nie zależy tylko od potrzeby osiągnięcia globalnego konsensusu w sprawie tych przepisów, ale także od dostępności technologii, które umożliwiłyby ich stosowanie. To swego rodzaju problem „jajka i kury”. CREAM może wspierać przyszłe ramy zarządzania ruchem kosmicznym, oferując znormalizowany zestaw narzędzi, który pozwala operatorom przestrzegać najlepszych praktyk i zasad, a regulatorom monitorować ich zgodność. Został zaprojektowany tak, aby był wyjątkowo elastyczny, umożliwiając nawet nietechnicznym użytkownikom definiowanie w systemie standardów, które będą ewoluować z czasem. Ta elastyczność zapewnia długoterminową przydatność projektu w miarę dojrzewania najlepszych praktyk, norm międzynarodowych i samych technologii.