美国宇航局:火星周围太空交通控制的艺术

特殊的避免软件/算法现在为碰撞的潜在观察

美国国家航空航天局

在火星周围,太空交通并不是那么糟糕——五艘宇宙飞船在火星周围数百英里的宇宙空间内竞争——但严格的太空交通控制仍然是必要的,以防止碰撞。

本周,美国宇航局喷气推进实验室(JPL)控制着火星周围的空域,该实验室表示,他们已经实施了正式的防撞技术,该技术将使当前和未来的轨道飞行器彼此保持安全距离,并在两个轨道飞行器过于接近时向科学家发出警告。

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在一个喷气推进实验室科学家撰写的论文研究人员说,在火星(或使用类似躲避技术的月球)周围发生碰撞的可能性是微乎其微的。

然而,碰撞的后果是灾难性的:数百万到数十亿美元/欧元/日元/等等。税收损失、投资损失、无法弥补的科学数据损失以及在原本纯净的轨道环境中产生的碎片环境是三个明显的后果。来自两个不同国家/机构的航天器相撞的国际影响也很可能是不受欢迎的。考虑到世界经济,尽管太空探索有许多好处,但航天器碰撞和由此产生的税收浪费可能会导致世界航天机构的公众支持率下降。”

美国宇航局表示,新的正式的火星防撞过程是多任务自动深空会合评估过程的一部分。它的一个附带好处是,关于两颗轨道飞行器何时会靠近对方的信息——尽管可以安全地分开——可以用于计划协调的科学观测。这对望远镜可以用互补的仪器从本质上相同的角度同时观察火星的某些部分或它的大气层。”

在火星周围运行的航天器包括美国宇航局的奥德赛号、火星勘测轨道飞行器(MRO)和火星大气与挥发性演化(MAVEN)、印度的火星轨道飞行器任务和欧洲航天局的火星快车。该系统还跟踪了美国宇航局的火星全球探测者号,这是一个1997年的人造卫星,现在已经停止工作。

当你考虑到航天器所遵循的不同轨道类型时,就需要进行集中控制。美国宇航局表示,MAVEN研究的是高层大气,它的飞行轨道较长,有时离火星比NASA的其他轨道飞行器更远,有时离火星更近,因此它穿越了其他轨道飞行器占据的高度。

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“以前,奥德赛号和MRO的导航小组是协调避免碰撞的,”加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室火星项目首席工程师罗伯特·肖特韦尔(Robert Shotwell)在一份声明中说。“出现问题的可能性更小了。MAVEN的高度椭圆轨道,跨越了其他轨道的高度,改变了有人需要进行避免碰撞操作的可能性。我们现在更密切地跟踪轨道器。需要采取行动的可能性仍然很小,但这是我们需要控制的事情。”

所有火星航天器的轨迹信息通过NASA的深空网络发送到JPL,由JPL的工程师收集,他们通过计算机预测未来几周的轨迹。

“对于火星轨道飞行器几天前的预测位置,不确定的程度超过了一英里(超过两公里)。对未来几周的预测进行计算,会使不确定性增加到数十英里或数公里。在大多数情况下,当无法从两周前的预测中排除碰撞的可能性时,随着日期越来越近,预测精度的提高将排除碰撞的可能性,而不需要采取躲避行动。当预测显示可能发生碰撞时,有关轨道飞行器的任务小组将提前得到通知,即使这种可能性在随后的预测中很可能消失。这种情况发生在2015年新年的周末,NASA说。

美国宇航局1月3日表示,自动监测结果显示,两周后,MAVEN和MRO的距离可能会缩小到两英里(三公里)以内,但精确的经过距离仍存在很大的不确定性。自动信息被发送给操控轨道飞行器的团队。美国宇航局说,在这种情况下,在时间短到需要计划一个躲避动作之前,不确定性减小了,这就排除了两个航天器过于接近的可能性。

根据NASA的说法,“如果需要为躲避操作做准备,飞船指令将被编写、测试和批准,以备不备,但除非一两天前的预测显示有可能发生危险的会合,否则这样的指令不会被发送到飞船上。”每个航天器确切位置的不确定程度各不相同,因此被认为不安全的距离也各不相同。在某些情况下,一天前两艘飞船相距100码(100米)的投影可能触发机动。”

火星上的太空交通管理要比地球轨道上复杂得多。在地球轨道上,超过1000个活动轨道加上额外的非活动硬件,创造了一个具有挑战性的规避环境。

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