'لا يمكنك الوصول إلى ما لا يمكنك رؤيته' هي عبارة شائعة في الألعاب الرياضية وقد تم اشتقاقها في الأصل لوصف رامي البيسبول والتر جونسون فاست بول. لكن الشيء نفسه ينطبق على الأشياء ذات الدوران الأكثر خطورة ، مثل بعض ملايين قطع الحطام العائمة في المدار الأرضي المنخفض (LEO). الآن ، توصل فريق من الباحثين إلى نظام تصوير جديد من شأنه أن يسمح للوكالات والحكومات بالتتبع عن كثب لبعض الحطام الذي يكتسح المدار الأرضي المنخفض ويحتمل أن يعرض توسع البشرية المستقبلي إلى النجوم للخطر.
تم وصف هذا الخطر لأول مرة من قبل دونالد كيسلر في عام 1978 وهو معروف الآن باسم ' متلازمة كيسلر '. في مثل هذا السيناريو ، يصبح حقل الحطام المحيط بالأرض سيئًا للغاية لدرجة أنه يمنع الوصول إلى (أو من) الفضاء. لتجنب مثل هذا المصير ، سيتعين على البشرية في النهاية التوصل إلى طرق للتعامل مع الحطام الفضائي. إن الأمل في أن الأشياء التي تُركت لتتحلل في المدار الأرضي المنخفض وتحترق في الغلاف الجوي ليست استراتيجية تخفيف قابلة للتطبيق.
تصوير مرئي لمتلازمة كيسلر.
الائتمان: مكتب برنامج الحطام المداري التابع لناسا
وقد ثبت حتى الآن صعوبة تطوير استراتيجية التخفيف هذه. يعد فهم وتتبع عدد العناصر الموجودة بالفعل أحد التحديات الرئيسية التي تواجه أي جهد من هذا القبيل. العديد من القطع صغيرة للغاية ، وتدور بسرعة كبيرة ، وتتحرك بشكل أسرع. هذه الخصائص مجتمعة تجعل من الصعب للغاية تتبعها.
تقليديًا ، يستخدم الباحثون إحدى طريقتين للتصوير ، تسمى 'هجرة نقطة واحدة للارتباطات المتقاطعة' أو 'هجرة كيرشوف' على التوالي. ترحيل النقطة الواحدة ذو دقة سيئة بشكل ملحوظ ، مما يجعل من الصعب تحديد الحجم الدقيق وموضع الكائن. ومع ذلك ، فإنه لا يتأثر كثيرا بالتغيرات في الغلاف الجوي. بدلاً من ذلك ، تتأثر هجرة كيرشوف سلبًا بتقلبات الغلاف الجوي ، ولكنها توفر دقة أعلى بكثير.
فيديو YouTube Droid الغريب يناقش متلازمة كيسلر.
الائتمان: قناة Curious Droid على YouTube
النهج الجديد الذي طوره الباحثون ، والمعروف باسم التصوير من المرتبة الأولى ، يوفر أفضل ما في العالمين. لديها دقة مماثلة لهجرة كيرشوف ، في حين أنها تكاد تكون محصنة ضد التداخل الجوي ، مثل الهجرة من نقطة واحدة.
يكمن سر نجاح المرتبة الأولى في الخوارزمية. من أصعب أجزاء تتبع جسم مدار حول LEO هو تتبعه لفترة كافية للحصول على صورة عالية الدقة. يتعلق التحدي الأساسي لهذا التتبع بتدوير الكائن ، والذي يمكن أن يتخلص حتى من أفضل خوارزميات التتبع نظرًا لكيفية تغيير انعكاس الكائنات.
نتيجة الخوارزميات المختلفة لبيانات الإدخال الموضحة في الصورة الرئيسية. اليسار: ترحيل من نقطة واحدة. المركز: خوارزمية المرتبة الأولى ، على اليمين: هجرة كيرشوف
الائتمان: ماتان ليبوفيتش ، جورج بابانيكولاو ، كريسولا تسوغكا
تحاول الرتبة 1 تقدير معدل دوران جسم ما لفهم البياض المتغير. يمكن أن تنجح تقديرات الدوران الإجباري القاسي لتلائم البيانات ، ولكنها تتطلب وقتًا وحسابًا مكثفًا. بدلاً من ذلك ، تستخدم خوارزمية المرتبة الأولى البيانات التي تم التقاطها من الكائن نفسه لإبلاغ خوارزمية التتبع الخاصة به حول اتجاه وسرعة دورانه. باستخدام هذه التقديرات ، يثبت كائن التتبع أنه أسهل بكثير ، مما يسمح للخوارزمية بالحصول على صورة بدقة أعلى.
حتى الآن ، تم استخدام النظام فقط في النماذج ولم يتم بعد تصوير كائن مباشرة في المدار الأرضي المنخفض. ومع ذلك ، كان أداء الخوارزمية ممتازًا مع بيانات النموذج المقدمة ، خاصة عند مقارنتها بالخوارزميتين المتنافستين. مع مزيد من التطوير وبعض الوقت في تتبع الأشياء الحقيقية ، يمكن أن تصبح خوارزمية المرتبة الأولى جزءًا من ترسانة البشرية لمكافحة التهديد المتزايد المتمثل في عزلها عن الفضاء. إذا لم يكن هناك شيء آخر على الأقل ، فسنكون قادرين على رؤية التهديد قادمًا.
يتعلم أكثر:
أخبار سيام - تصوير الحطام الفضائي بدقة عالية
شبكة أخبار الابتكار: تسمح الصور الجديدة للحطام الفضائي للعلماء بمنع الاصطدامات الفضائية
مجلة SIAM لعلوم التصوير: التصوير القائم على الارتباط للأقمار الصناعية الدوارة
خارج: قد يكون الحطام الفضائي كارثيًا للبعثات المستقبلية (وجوجل إيرث يتابع ...)
الصورة الرئيسية:
الصور المرئية للبيانات المغذية في الخوارزميات الثلاثة قيد الاختبار.
الائتمان: ماتان ليبوفيتش ، جورج بابانيكولاو ، وكريسولا تسوغكا
