Wywiad wojskowy USA i problem trzech ciał. Jak śledzić obiekty bliżej Księżyca? [ANALIZA]

4 września 2021, 12:44
HI595-1001
Ilustracja: U.S. Air Force Capt. David Buehler/AFRL [afrl.af.mil]

Jak sugerują najnowsze pogłoski o nadchodzącej aktualizacji amerykańskiego rządowego raportu pt. Challenges to Security in Space, agencja wywiadu wojskowego DIA (Defense Intelligence Agency) uznała pilną potrzebę wydatnego zwiększenia zasięgu rozpoznania i namierzania w kosmosie. Mowa jest o dystansach znacznie dalszych niż skrajne orbity geostacjonarne - aż po zasięg wytyczany trajektorią, po której wokół Ziemi krąży... sam Księżyc.

Rozległa domena (hipotetycznych) operacji kosmicznych

Zapowiedzi ukazania się kolejnej wersji tematycznego raportu DIA (Defense Intelligence Agency), wydanego pierwotnie w lutym 2019 roku pod tytułem Challenges to Security in Space, pojawiły się przy okazji tegorocznej konferencji Space Symposium, organizowanej 23-26 sierpnia w Colorado Springs. Doniesienia tej treści przekazał m.in. serwis Space News. Zgodnie z nimi, służba wywiadu podlegająca Departamentowi Obrony Stanów Zjednoczonych podkreśliła potrzebę fundamentalnego poszerzenia zdolności zapewniających świadomość sytuacyjną w kosmosie. Te natomiast dotyczyć mają nie tyle pasa orbit zajmowanych przez satelity użytkowe, co przestrzeni znajdującej się daleko poza nimi - domyślnie aż do granicy sfery, w której porusza się Księżyc (obejmując również punkty libracyjne wspólnego układu grawitacyjnego z Ziemią - nazywane punktami Lagrange'a).

Raport DIA w swoim pierwszym wydaniu podkreślał przede wszystkim rosnące wyzwania związane z konfrontacyjną postawą i doskonaleniem zdolności kosmicznych Chin i Rosji. Wskazano również na coraz większe możliwości tych państw w kwestii zdobywania informacji o działaniach amerykańskich w kosmosie i ich śledzenia.

Obecnie do zakresu tego dodawane są - jak wynika z dostępnych informacji - przewidywane konsekwencje wzmożonej eksploracji przestrzeni wokółksiężycowej, stawiającej nowe wyzwania w kontekście utrzymywania bezpieczeństwa transportu kosmicznego. Niejako w powiązaniu wspomina się także o ryzyku zawłaszczania newralgicznych obszarów oddziaływania w tej przestrzeni przez rywali międzynarodowych.

image
Ilustracja: NASA/ Jason Crusan-Wikimedia Commons (domena publiczna)

DIA idzie w tej kwestii śladami innych amerykańskich ośrodków rządowych, które w podobnym tonie postulują konieczność wypracowania nowych zdolności monitorowania ruchu sztucznych obiektów i ich aktywności w głębokiej przestrzeni okołoziemskiej. Chodzi tutaj m.in. o opracowanie opublikowane w maju br. przez Air Force Research Laboratory (AFRL), pod tytułem A Primer on Cislunar Space. Oprócz bliższego zdefiniowania samego wymiaru (przestrzeń rozciągająca się od najdalszej granicy użytkowych orbit satelitarnych aż po sferę bezpośredniego oddziaływania Księżyca), w raporcie podkreślono jego rosnące znaczenie, zarówno w sensie użytkowym, jak i strategicznym.

Martwe pole kosmicznego zwiadu

Ogólne przesłanie raportu pozostaje skierowane jednak przede wszystkim do US Space Force, wzywanego do wypracowania rozwiązań pozwalających Stanom Zjednoczonym oraz społeczności prywatnych operatorów na bezpieczne i niezakłócone prowadzenie operacji w głębokiej przestrzeni okołoziemskiej. Był to kolejny już zamierzony ruch AFRL w tym kierunku, po zaproponowaniu rok wcześniej realizacji eksperymentalnego projektu Cislunar Highway Patrol System (CHPS). Wspomniana inicjatywa zakłada sfinansowanie badań i testów rozwiązań inżynieryjnych w obszarze dalekodystansowego monitorowania przestrzeni kosmicznej oraz aktywności sztucznych obiektów - zarówno na poziomie sensorów, jak i algorytmów śledzenia. Jak się wskazuje, to zadanie obarczone poważnymi wyzwaniami technicznymi.

Wzrost aktywności będzie wymagał większej świadomości domeny - chcemy tam być, zapewniając bezpieczeństwo lotów, gdy Stany Zjednoczone ponownie postawią nogę na Księżycu.

Kpt. David Buehler, koordynator programów w Air Force Research Laboratory  

CHPS ma tutaj otworzyć drogę do zapełnienia poważnej luki, jaka występuje w wymiarze zdolności wykrywania i śledzenia przedmiotów między skrajem orbity geostacjonarnej (gdzie znajdować się ma obecnie większość satelitów Sił Kosmicznych Stanów Zjednoczonych) a Księżycem. Odnosi się to jedynie częściowo do konieczności wypracowania wyższych parametrów urządzeń obserwacyjnych (większego zasięgu podglądu) - podstawowe utrudnienie stanowią tutaj znaczące komplikacje związane z algorytmami określania charakterystyk ruchu obiektów oraz analizą dynamiki orbitalnej na większych dystansach od Ziemi i pod wpływem Księżyca. Chodzi o zachodzące odstępstwa od przyjętych sposobów matematyczno-fizycznego określania parametrów orbitalnych (elementów orbity), kojarzonych z ruchem keplerowskim - w układzie odniesienia obejmującym dwa ciała (Ziemię i sztucznego satelitę o pomijalnej masie). Przypadek ruchu w przestrzeni współdzielonej z Księżycem jest już materią wykluczającą stosowanie zasad ruchu keplerowskiego i klasycznego pojmowania orbit jako różnych wariacji uporządkowanego ruchu okrężnego. To moment, w którym wkraczamy na grunt zjawiska popularnie nazywanego problemem trzech (i więcej) ciał.

Głównie z tego powodu precyzyjne monitorowanie i śledzenie ruchu obiektów w dowolnym miejscu pomiędzy Ziemią a Księżycem nastręczać ma poważnych trudności. Aby z tym sobie poradzić, na użytek systemów Space Domain Awareness (SDA), Air Force Research Lab przyjmuje uproszczony schemat izolowanego układu trzech ciał (Ziemia-Księżyc-statek kosmiczny), o idealnie kołowych torach ruchu i wspólnej, stałej płaszczyźnie (Circular Restricted 3-Body Problem  - CR3BP). Choć układ ten nie odzwierciedla rzeczywistości, ma już umożliwiać uzyskiwanie matematycznych przybliżeń niezbędnych do określania geometrycznych modeli ruchu obiektów. "Ze względu na różnice między [układami dwu- a trójskładnikowymi], podczas typowania trajektorii, najlepszą praktyką jest wskazywanie chwilowych wektorów położenia i prędkości w uproszczonym układzie inercjalnym, w pewnym znanym momencie, rezygnując ze stosowania parametrów orbitalnych" - wskazano w opracowaniu A Primer on Cislunar Space.

image
Ilustracja: NASA [nasa.gov]

Jednocześnie podkreślono w tym kontekście zapotrzebowanie na całą gamę nowego rodzaju sensorów kosmicznych oraz urządzeń zapewniających punkt odniesienia dla obserwacji. "Nie ma jednej lokalizacji czujnika, która mogłaby zapewnić podgląd całej przestrzeni cislunarnej" - wskazano w raporcie AFRL. Odpowiedzi na tego rodzaju kwestie mają dostarczyć m.in. wyniki eksperymentów we wspomnianym projekcie Cislunar Highway Patrol System. Co jednak dodatkowo ciekawe, AFRL pokłada również nadzieje w startującej jeszcze w tym roku misji NASA CAPSTONE, która ma sprawdzić zdolności umieszczania i stabilizacji lekkich satelitów na orbicie okołoksiężycowej.

Poszukiwanie punktów zakotwiczenia

W kontekście najbardziej dogodnej lokalizacji czujników wskazuje się co najmniej kilka takich - naziemnych, w przestrzeni okołoziemskiej, jak również na orbicie okołoksiężycowej i w otoczeniu naturalnego satelity Ziemi. Wszystkie one mają być częścią jednolitego, wieloskładnikowego systemu. Jako szczególnie użyteczne do takich celów określa się jednakże - jak można się spodziewać - punkty libracyjne w układzie Ziemia-Księżyc. AFRL porównuje ich rolę wręcz do tej, jaką względem Ziemi odgrywa orbita geostacjonarna - dając specyficzne zdolności stabilizacji obiektów kosmicznych w tej przestrzeni.

Co do ogółu, ośrodki analityczne w USA nawołujące do zaradzenia niedoborowi świadomości sytuacyjnej ponad orbitą geostacjonarną podkreślają jednocześnie, jak trudne będzie to zadanie. Wymieniany jest cały katalog przeszkód - przede wszystkim znajdujące się tam obiekty zwyczajnie trudniej jest dostrzec (większe odległości wymagają bardziej zaawansowanych zdolności teledetekcji). Ponadto przedmioty w ruchu naturalnym po orbicie zwalniają w miarę wzrostu odległości od Ziemi (to ma oznaczać dłuższe interwały czasowe niezbędnej analizy zmierzającej do określenia parametrów ruchu). Co więcej, systemy optyczne mają trudności z obserwacjami w pobliżu Księżyca ze względu na jego wysoki współczynnik albedo (zdolność odbijania światła). Wreszcie też, pozorny ruch Słońca względem układu Ziemia-Księżyc powoduje, że występują cykliczne trudności w obserwowaniu części przestrzeni okołoksiężycowej.

Osobną sprawą jest utrudnione śledzenie już znanych obiektów. Przede wszystkim Ziemia obraca się znacznie szybciej w relacji do bardziej oddalonych płaszczyzn orbitalnych (pojedyncze obserwatorium naziemne może podążać za obiektem w radykalnie krótszym czasie). Z kolei dysponując nawet siecią sprzężonych czujników, nie do uniknięcia ma być opracowanie strategii asynchronicznego gromadzenia danych, komplikując planowanie zadań i ich realizację.

Przestrzeń Ziemia-Księżyc ma 10 razy większy zasięg niż GEO, [na takim dystansie] obiekty będą 100 razy słabiej widoczne. Dodatkowo, to 1000 razy większa objętość przestrzeni do monitorowania.

Doug Hendrix, dyrektor generalny ExoAnalytic Solutions - firmy obsługującej sieć teleskopów optycznych do śledzenia obiektów na orbicie

Garść spostrzeżeń

Wszystko to prowadzi do wniosków o konieczności osadzenia głównych zasobów takiego systemu (dalekosiężnego rozpoznania sytuacyjnego) w samej przestrzeni kosmicznej. Jako szczególnie atrakcyjne wymienia się ponownie punkty Lagrange'a - w roli stabilnych węzłów zakotwiczenia instrumentów podglądu przestrzeni Ziemia-Księżyc (zdaniem AFRL, "mogą zapewnić wyjątkową perspektywę wykrywania"), a w przyszłości być może nawet wokółksiężycowego systemu pozycjonowania i nawigacji. Inną wskazywaną grupą potencjalnie użytecznych czujników są systemy elektrooptyczne na orbitach umożliwiających skojarzenie ich ruchu z okresem synodycznym obiegu Księżyca wokół Ziemi (przy czym nie są to łatwo dostępne orbity).

image
Projekt CAPSTONE. Ilustracja: NASA/Rocket Lab/Advanced Space/Tyvak Nano-Satellite Systems [nasa.gov]

Co do klasyfikacji technicznej takich zdolności, AFRL podkreśla potencjalnie najwyższą użyteczność - obok klasycznych instrumentów optycznych i elektrooptycznych (teleskopy i kamery) - także radiowych systemów nadawczo-odbiorczych (z wyłączeniem radarów, uznawanych za niezdatne w tej roli z powodu wysokiego zapotrzebowania na energię oraz skutecznych tylko na krótkim dystansie).

Finalnie, raport AFRL formułuje też kilka ciekawych wniosków z punktu widzenia mechaniki orbitalnej dalekodystansowych operacji kosmicznych. Jak podkreślono w pierwszej kolejności, utrzymanie się na odległej orbicie lub trajektorii okołoziemskiej wymaga często powtarzanych delikatnych manewrów. Dodatkowo - te niewielkie manewry w warunkach słabszego ziemskiego oddziaływania grawitacyjnego i wpływu księżycowego mogą powodować nieproporcjonalnie duże zmiany trajektorii ruchu.

Przy tym, niezbędne przemieszczenie w rozpatrywanej przestrzeni odbywa się w sposób odmienny w porównaniu z LEO czy GEO. Wprawdzie część takich manewrów wykonywano już w praktyce przy okazji różnych misji księżycowych (bezpośredni transfer orbitalny), w odróżnieniu jednak od tych sposobów transportu (z dużym wydatkiem energetycznym), dla działań operacyjnych w przestrzeni Ziemia-Księżyc rozważane są głównie opcje transferów o niskim zaangażowaniu napędu lecz wydłużonym okresie ich wykonywania i powtarzalności manewrów składowych.

Koniec końców, dotychczasowe przemyślenia DIA oraz AFRL odnoszą się przede wszystkim do zadań, jakie spodziewane są do realizacji w ramach misji i operacji US Space Force. O ile USSF sygnalizowało niejednokrotnie uznawanie przestrzeni Ziemia-Księżyc jako swojej domeny operacyjnej (w dotychczasowych dokumentach doktrynalnych), nie zostało to dotąd przekute w ściśle określony plan i harmonogram realizacji działań monitorujących. Te natomiast mają być kluczowe w kontekście chociażby spodziewanych pierwszych efektów programu księżycowego NASA Artemis, jako ważnego operacyjnego segmentu zabezpieczenia powrotu Amerykanów na Księżyc już w najbliższych latach.


image
Reklama

 

KomentarzeLiczba komentarzy: 33
Eytu
niedziela, 19 września 2021, 15:54

Eris i Pluton doskonale nadają się do skanowania pasa planetoid oraz potencjalne NEA . Aby pozbyć się szumu satelitów dobrze byłoby na ciemnej stronie Księżyca umieścić wielką antenę odbiorczą oraz lasery. Na Eris i Plutonie specjalne zwierciadła ( ulepszone i powiększone reflektory- LRRR) . Dlaczego Eris i Pluton? Ponieważ one mają płaszczyznę orbity inną niż większość planet US (układu słonecznego). Będą więc dobrze skanowały przestrzenie, które są ignorowane przez dotychczasową aparaturę skanującą NEA.

Eytu
piątek, 10 września 2021, 22:09

Ps. Dobrze będzie przygotować się do zderzenia z galaktyką Andromedy i wypaleniem Słońca - za 4 i 5 miliardów lat. To długo. W jaki sposób? Przeniesienie ludzkości na Plutona i Eris. Jak napędzać tymi planetami karłowatymi i w jakim kierunku ? Najlepiej z prędkością zbliżania się do nas Andromedy czyli około 400 tys km/h. Dlaczego akurat Pluton i Eris, a nie Ziemia? Ponieważ my obracamy się w płaszczyźnie układu słonecznego i podróż przez Pas planetoid i pas Kuipera byłaby katastrofalna. Eris i Pluton Taka masa nie da się po prostu natychmiast przesunąć. Trzeba stosować napęd, który zwiększy stopniowo orbitę. Podróż trzeba dobrze zaplanować, aby nie trafić w gwiazdy. Nasza ekliptyka( Ziemi) jest zbliżona do innych planet układu słonecznego oraz jest nachylona pod kątem około 60 stopni do płaszczyzny Galaktyki. Orbita Plutona jest nachylona 17 stopni do płaszczyzny ekliptyki, Eris 44 stopnie. I teraz jak napędzać planety karłowate. Najekonomiczniej będzie zastosować napęd na ciśnienie promieniowania. Elektrownie termonuklearne (jeżeli powstaną) pomogą zasilać wielkie lasery. Lasery celując w Słońce będą tworzyły stosunkowo dużą siłę odrzutu ( w stosunku do masy traconej przy reakcji fuzji na promieniowanie ). Oczywiście po co podróżować planetą jak można podróżować statkiem kosmicznym. Tylko ile do niego wejdzie ludzi?

Eytu
poniedziałek, 6 września 2021, 21:07

Powinniśmy zacząć wysyłać w kosmos statki kosmiczne z androidami. Dlaczego? ograniczenia w kosmosie to energia (brak) i planetoidy oraz czarne dziury i ograniczenie prędkości. Aby na bieżąco korygować tor lotu trzeba quasiinetligencji. Coś co będzie podejmowało decyzje. Ponieważ nasza cywilizacja bardzo szybko dokonuje rozwoju w sztucznej inteligencji, trzeba zaprojektować otwarte układy scalone tych androidów. Jak zaplanować trasę lotu? Przeciwnie do obrotu naszej galaktyki. Nie będziemy ścigać gwiazd. To gwiazdy do nas przylecą. Trzeba zaplanować generacje statków kosmicznych, co dziesięć lat jeden statek kosmiczny na jeden kierunek lotu. Trzy kierunki lotu 180 stopni do ruchu kątowego galaktyki, 135 i 225 stopni. Kolejne statki będą ścigać stare, tak aby je przejąć i nowa "załoga" na swoim statku przetopi cenne materiały i skonstruuje nowe układy scalone ( roboty będą tworzyć roboty).

Fizyk amator
poniedziałek, 6 września 2021, 18:26

Ostatnie badania wraków ufo wskazują że latające spodki są napędzane silnikiem antygrawitacyjnym składającym się z mikroreaktora o emisji skoncentrowanych elektronów na zwojnice wolframowe z rdzeniem że stopu selenu,kobaltu. i paru innych.Wurzut elektronów zaburza grawitację na torze lotu.Takie pojazdy będą dronami do dalekich zwiadów.

Eytu
poniedziałek, 6 września 2021, 21:14

Silnik antygrawitacyjny to nawet dobry pomysł. Może właśnie dokonałeś przewrotu w fizyce i wytłumaczyłeś na czym polega czarna energia i czarna materia :) . Antygrawitacja musi oddziaływać z masą, bo masa tworzy siłę grawitacji. Jeżeli każda masa ma grawitację, to każda antymasa ma antygrawitację. Teraz potrzebujemy wyjścia ze wzoru E równa się m c kwadrat. minus E równa się minus m c kwadrat. Ujemna energia? Hmmmm. Brak energii to bezruch i nicość ( nawet w próżni występują cząstki wirtualne i efekt Casimira). Aby powstała ujemna energia potrzebaby umieć generować antymaterię. Ciekawe:)

gnago
wtorek, 7 września 2021, 15:42

To nie on a p. Pająk rozkminił budowę i zasadę działania magnetokraftów. Oficjalnie ignorowany, ale służby działały jak u śp Łągiewki

Eytu
wtorek, 7 września 2021, 17:39

Po pierwsze co mają magnokrafty wspólnego z antygrawitacją? To dwie inne siły. Mamy odkryte w fizyce cztery oddziaływania: oddziaływanie grawitacyjne (grawiton – cząstka hipotetyczna) oddziaływanie słabe (bozon W±, bozon Z) oddziaływanie elektromagnetyczne (foton) oddziaływanie silne (gluony), Oddziaływanie elektromagnetyczne jest 10 do potęgi 36 silniejsze od grawitacyjnego. Do tej pory nie słyszałem panu Pająku. Jest jedno ale. Siła odpychania służąca do hipotetycznego napędu magnetokraftu zmniejsza się potęgowo. Można go użyć do wystrzeliwania statków kosmicznych. Z tym że poziom przeciążenia g zniszczy elektronikę i organizmy żywe, albo do budowy broni i amunicji. Na razie budowane są armaty elektromagnetyczne, ale ponieważ pocisk musi przewodzić prąd, rozgrzewa się i szybko niszczy szynę - Railgun. Posumowując To nie ma z antygrawitacją nic wspólnego i poprawiam swój wcześniejszy wywód. antymateria posiada masę. Jest proponowana natomiast ujemna masa w teorii fizyki - wyjaśniałaby ciemną energię, ale to tylko taka hipoteza, tak jak kiedyś eter.

Green
poniedziałek, 6 września 2021, 17:21

Jednym z poważnych problemów dla technologii satelitarnych są satelitarne śmiecie. Nakrętka o średnicy 1 cm rozpędzona do prędkości kilku kilometrów na sekundę jest pociskiem zdolnym do zniszczenia wszystkich znanych materiałów. Zderzenie dwóch satelitów moze wygenerować tysiace takich pocisków ktore z kolei mogą uszkodzić i zmienić orbitę dziesiątków innych satelitów co doprowadzi do kolejnych zderzeń i wygenerowania tysięcy kolejnych pocisków. Itd. Typowa reakcja łańcuchowa. Powstają już komputerowe scenariusze satelitarnej zagłady ktora doprowadzi do wyłączenie większości znanych systemów satelitarnych poruszających sie na dotychczasowym mocno zagęszczonych orbitach. Projekty takie Starlink ktore wymagają umieszczenia tysięcy nowych satelitów na orbitach stanowią poważne zagrożenie w przypadku awarii i utraty kontroli nad kilkoma z nich. Dlatego umieszczanie nowych satelitów po za dotychczasowymi standardowymi orbitami moze kiedyś okazać sie sensownym rozwiązaniem. Zapewni to niektórym krajom możliwość podtrzymania satelitarnej łączności i nawigacji. Juz teraz zaczynają w to inwestować nie czekając na satelitarna zagładę.

Tweets Space24