Análisis y diseño de métodos de filtrado de conjunciones espaciales aplicados a poblaciones realistas en órbita baja terrestre

Abstract

Dado el cada vez mayor riesgo de colisiones entre cuerpos en órbita alrededor de la Tierra, se decide realizar una aproximación al problema del análisis del mismo y la elaboración de herramientas que lo traten. En ese sentido, se ha hecho un repaso del problema de los dos cuerpos, junto con algunos apuntes al respecto de la manera en la que se recoge la información sobre la situación de los satélites, los TLEs. A continuación, se elabora un propagador de órbitas basado en la ecuación del movimiento, al que incorporaremos los efectos de las perturbaciones vinculadas a la no esfericidad de la Tierra (J2 ) y la resistencia atmosférica. Además, se incluirán comprobaciones del funcionamiento de este propagador. Con el propagador completo, se van a comentar los desarrollos hechos para elaborar herramientas de filtrado de posibles conjunciones. Con estas en mano, también se harán algunas pruebas de comprobación para verificarlas. Finalmente, se va a realizar una prueba, usando todas las herramientas creadas sobre una población de objetos en órbita baja y analizando las posibles conjunciones y el riesgo de colisiones en la zona. Como conclusiones, la elaboración de las herramientas necesarias para cumplir los objetivos propuestos nos muestra las limitaciones propias de los modelos físicos empleados y la necesidad de ajustarlos al ámbito de aplicación que vaya a tener. Por otra parte, los resultados finales obtenidos de la prueba ejecutada nos muestran claramente como existen casos de conjunciones incluso en poblaciones relativamente reducidas, de lo que se intuye la necesidad de mejorar las herramientas de filtrado y detección para manipular una población cada vez mayor y más expuesta a posibles colisiones. Las futuras líneas de trabajo deberían enfocarse a mejorar las herramientas ya disponibles, mediante modelos más precisos y filtros más rápidos, además de continuar en el desarrollo de herramientas que, para conjunciones verificadas, analicen en profundidad la posibilidad de colisión, además de abordar el estudio de maniobras de evasión.

Given the increasing risk of collision between objects orbiting Earth, it’s been decided to make an approach to the problem of both to analyse it and to develop tools capable of working with it. With this in mind, a brief study of the two bodies problem has been made, along some notes about the way in which data about satellite’s situation is gather, the TLEs format. Following those notes, an orbit propagator based on the motion equation has been made. The effects of perturbations associated with Earth’s non-esphericity (through the J2 harmonic) and atmospheric resistance will be added. Checks focused on the correct execution of the propagator will be included too. With the propagator completed, the development of filtering tools to detect possible conjunctions will be discussed. As in the previous case, some checks will be done in order of proving their reliability. Finally, all of the tools made will be put to the test, by employing a selected Low Earth Orbit object population and analysing possible conjunctions and the risk of a collision. As a conclusion, the elaboration of the tools needed to fulfill the proposed objectives for this work shows us the limitations of the physical models employed, and the necessity of adjusting them to the scope of the project. On their behalf, the final results from the analysis executed, clearly shows us how there are conjunction cases even in relatively small populations, from where we can infer the necessity of improving the filtering and detection tools in order of manipulating a satellite population increasingly bigger and increasingly exposed to eventual collisions. Future work should focus on improving the already available tools, through more precise models and quicker filters, as well as continuing the development of tools that, in case of a verified conjunction, analyse the possibility of a collision and the study of evasion maneuvers.