Lasers alimentados por IA: uma solução moderna para detritos espaciais

SCTD, 12/10/2023 

A West Virginia University está pesquisando o uso de lasers espaciais alimentados por IA para redirecionar detritos espaciais, reduzindo os riscos de colisão. Apoiada pela NASA, a iniciativa visa combater detritos de todos os tamanhos e está atualmente a validar os seus algoritmos e modelos.

Se a pesquisa tiver resultados, os detritos que se espalham pela órbita do planeta e representam uma ameaça para as naves espaciais e os satélites, poderão ser afastados de potenciais rotas de colisão por uma rede coordenada de lasers espaciais.

Hang Woon Lee, diretor do Laboratório de Pesquisa de Operações de Sistemas Espaciais da WVU, disse que um ferro-velho de detritos produzidos pelo homem, incluindo satélites extintos, está se acumulando ao redor da Terra. Quanto mais detritos em órbita, maior o risco de alguns desses detritos colidirem com recursos espaciais tripulados e não tripulados. Ele disse acreditar que a melhor chance de evitar essas colisões é um conjunto de múltiplos lasers montados em plataformas no espaço. Os lasers alimentados por inteligência artificial poderiam manobrar e trabalhar juntos para responder rapidamente a detritos de qualquer tamanho.

Apoio e progresso da pesquisa da NASA

Hang Woon Lee

Lee, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial na Faculdade de Engenharia e Recursos Minerais Benjamin M. Statler, recebeu em 2023 o prestigiado prêmio Early Career Faculty da NASA por pesquisas potencialmente inovadoras. A NASA está apoiando o estudo de remoção de detritos de resposta rápida de Lee com US$ 200.000 em financiamento por ano, por até três anos.

O trabalho está em seus estágios iniciais e, atualmente, a equipe de pesquisa está verificando se os algoritmos que propõem desenvolver para operar o sistema de lasers seriam uma solução válida e econômica. Mas a visão de longo prazo é de “múltiplos lasers baseados no espaço realizando ativamente manobras orbitais e abordando de forma colaborativa os detritos orbitais”, disse Lee.

Isto poderia levar a evitar colisões just-in-time com ativos espaciais de alto valor.

“Nosso objetivo é desenvolver uma rede de lasers reconfiguráveis ​​baseados no espaço, juntamente com um conjunto de algoritmos. Esses algoritmos serão a tecnologia que possibilitará essa rede e maximizará seus benefícios.”

O desafio crescente dos detritos espaciais

Se um objeto natural, como um micrometeoróide, atingir um objeto feito pelo homem, como os restos de um veículo de lançamento, os detritos resultantes podem viajar com rapidez suficiente para que mesmo um pedaço tão pequeno quanto uma mancha de tinta possa ter a força para perfurar uma observação, ou satélite de telecomunicações ou lateral da Estação Espacial Internacional.

Isso se tornou um problema urgente porque o espaço está ficando cada vez mais confuso. Em particular, a órbita baixa da Terra atraiu sistemas de telecomunicações comerciais como o Starlink da SpaceX, que utiliza satélites para levar Internet de banda larga aos assinantes. A órbita baixa também abriga satélites usados ​​na previsão do tempo e na análise da cobertura do solo, e é o palco para a exploração do espaço profundo.

“Esse aumento da população de objetos aumenta o risco de colisões, põe em perigo as missões tripuladas e põe em risco missões científicas e industriais de alto valor”, disse Lee. Ele acrescentou que as colisões no espaço podem desencadear um efeito dominó denominado “Síndrome de Kessler”, que induz uma reação em cadeia que aumenta o risco de novas colisões, “tornando o espaço insustentável e hostil”.

Vantagem do laser sobre outras tecnologias

Outros pesquisadores estão desenvolvendo tecnologias de remoção de detritos, como ganchos, arpões, redes e varredores, mas elas funcionam apenas em detritos grandes. A abordagem de Lee deve ser capaz de lidar com detritos de quase qualquer tamanho.

O conjunto de algoritmos que a equipe de Lee desenvolverá pode funcionar em lasers montados em grandes satélites ou pode alimentar lasers que vivem em suas próprias plataformas dedicadas. Ele avaliará as diversas formas que uma rede de laser pode assumir como parte do estudo. De qualquer forma, a tecnologia será capaz de tomar muitas decisões por conta própria, realizando manobras e estabelecendo prioridades de forma independente.

O sistema ditará qual combinação de lasers atingirá quais pedaços de detritos, garantindo ao mesmo tempo que as trajetórias resultantes permaneçam livres de colisões.

Quando um raio laser dispara um pedaço de entulho, ele não o leva ao esquecimento. Em vez disso, os detritos são empurrados para uma nova órbita, muitas vezes através de ablação a laser. Isso significa que o feixe de laser vaporiza uma pequena porção dos detritos, gerando uma pluma de plasma de alta velocidade que empurra os detritos para fora do curso.

“O processo de ablação a laser e pressão de fótons induz uma mudança na velocidade dos detritos alvo, o que acaba alterando o tamanho e a forma de sua órbita. É aqui que entra em jogo a motivação para o uso de lasers. A capacidade de alterar a órbita dos detritos pode ser efetivamente controlada por uma rede de lasers para empurrar ou desorbitar os detritos espaciais, evitando eventos potencialmente catastróficos, como colisões”, explicou Lee.

“O uso de um sistema de múltiplos lasers pode criar múltiplas oportunidades de envolvimento com detritos e levar a um controle mais eficiente das trajetórias. Vários lasers podem atuar simultaneamente sobre um único alvo com maior espectro de intensidade, alterando sua trajetória de uma forma que seria impossível com um único laser.”

Lee colaborará com Scott Zemerick, engenheiro-chefe de sistemas da TMC Technologies, localizada em Fairmont, para validar todos os modelos e algoritmos desenvolvidos ao longo do projeto em um “ambiente de gêmeo digital”. Isso garantirá que os produtos estejam prontos para software de voo, disse Lee.

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Fonte:https://scitechdaily.com/ai-powered-lasers-a-modern-solution-to-space-debris/