Mögliche und tatsächliche (Kollisions-) Gefahren durch Megakonstelllationen

Zitat von: Sensei am 23. August 2021, 14:31:50

Laut Peter B. de Selding haben die Satelliten der Satlink-Konstellation zuletzt durchschnittlich 13 Ausweichmanöver pro Tag geflogen:

Wie ließt man die auf Twitter verlinkte Grafik? Ich sehe dort Balken von 1 bis 4 Ausweichmanövern. Wenn diese Addiere, komme ich auf 20 Ausweichmanöver in der Summe. Nicht auf 2219.  Oder lese ich die Grafik falsch?
...

Wenn ich das richtig gesehen habe, sind in der Grafik nur die Satelliten aufgeführt, die nicht mehr funktionieren bzw. nicht mehr manövrieren können ("Non-Maneuverable Sats") sortiert nach den jeweiligen Starlink-Starts. Damit ist keinerlei Aussage in Bezug auf die Ausweichmanöver verbunden. Außer vielleicht, dass die anderen (funktionierenden) Sats diese kaputten umfliegen müssen und so sehr oft ausweichen müssen (reine Spekulation von mir).

Wenn ich das richtig gesehen habe, sind in der Grafik nur die Satelliten aufgeführt, die nicht mehr funktionieren bzw. nicht mehr manövrieren können ("Non-Maneuverable Sats") sortiert nach den jeweiligen Starlink-Starts.

Danke. Das kommt eher hin. Ich habe in meiner Analyse 36 Satelliten, welche ich zu dieser Kategorie zähle. Jedoch ist das natürlich Definitionssache, welchen Satelliten man dazu zählt oder nicht, ich zähle sie "sehr schnell" dazu, wenn man konservativer vorgeht, könnte man die Anzahl auch mit 20 Definieren.

Damit ist keinerlei Aussage in Bezug auf die Ausweichmanöver verbunden. Außer vielleicht, dass die anderen (funktionierenden) Sats diese kaputten umfliegen müssen und so sehr oft ausweichen müssen (reine Spekulation von mir).

Ausgefallene Satelliten verlieren an Höhe. Ca. 1 Kilometer in 2 Monaten. Sie müssen somit nicht lange "umflogen" werden sondern werden von den anderen schon sehr schnell "überflogen".

Beispiel:

Ich habe mich heute mit jemandem aus der "Space-Debris"-Fraktion unterhalten zum Thema "space traffic management". Ein kritischer Aspekt einer hohen Autonomie der Satelliten ist: fehlende/unklare Vorhersagbarkeit für alle anderen drumherum. Wenn die Satelliten aufgrund aktueller Daten autonom ihre Manöver entscheiden und fliegen, dann können andere Satelliten/Betreiber dieses Verhalten nicht vorhersagen/vorhersehen ... auf ihrer Seite nicht einkalkulieren.

Klassischerweise, wenn sich zwei Satelliten nähern, nehmen die Betreiber Kontakt zueinander auf, tauschen Daten aus und entwickeln zusammen ein Ausweichmanöver. Es gibt also bestenfalls eine bewusste, gemeinsame Entscheidung. Falls jetzt einer der Satelliten (oder auch beide) autonom aufgrund der individuell hochgespielten/vorliegenden Daten, aber getrennt voneinander, eine Entscheidung trifft, immer in der Erwartung der andere fliegt "gerade" weiter, ist das Ergebnis nicht mehr klar planbar/vorhersagbar. Es kommt ggf. gleich zum nächsten Problem.

Ich habe mich heute mit jemandem aus der "Space-Debris"-Fraktion unterhalten zum Thema "space traffic management". Ein kritischer Aspekt einer hohen Autonomie der Satelliten ist: fehlende/unklare Vorhersagbarkeit für alle anderen drumherum. Wenn die Satelliten aufgrund aktueller Daten autonom ihre Manöver entscheiden und fliegen, dann können andere Satelliten/Betreiber dieses Verhalten nicht vorhersagen/vorhersehen ... auf ihrer Seite nicht einkalkulieren.

Klassischerweise, wenn sich zwei Satelliten nähern, nehmen die Betreiber Kontakt zueinander auf, tauschen Daten aus und entwickeln zusammen ein Ausweichmanöver. Es gibt also bestenfalls eine bewusste, gemeinsame Entscheidung. Falls jetzt einer der Satelliten (oder auch beide) autonom aufgrund der individuell hochgespielten/vorliegenden Daten, aber getrennt voneinander, eine Entscheidung trifft, immer in der Erwartung der andere fliegt "gerade" weiter, ist das Ergebnis nicht mehr klar planbar/vorhersagbar. Es kommt ggf. gleich zum nächsten Problem.

Das Problem gibt es auch in der Luftfahrt, ist eine Frage der Regeln. Autonome Systeme haben den Vorteil, schneller zu reagieren als ein manueller Abstimmungsprozess zwischen zwei Organisationen.

Gewiss hat SpaceX ein Interesse, bei vielen operativen Satelliten einen hohen Automatisierungsgrad zu erreichen. Selbst wenn es automatisch (autonom) abläuft, sehe ich noch nicht den KI-Mechanismus der Starlink-Satelliten. (Ein Flugprofil zu fliegen ist doch eher Physik als KI.)

Ja, die Systeme müssen sich abstimmen/kommunizieren. Aber wie machen das zwei fremde Satelliten, die sich in 3 Umläufen vielleicht treffen? Am Ende müsste das wieder über die Bodenstationen gehen. Aber dann müsste es ständigen Kontakt zum Boden geben. Die Starlinks könnten solche Daten untereinander "forwarden". Aber wenn die andere Konstellation aus Erdbeobachtern besteht, die nur einmal am Tag Kontakt zum Boden aufnehmen? Wie reden diese beiden System miteinander? Im Space-Segment wohl kaum ... Wenn es dann also doch alles am Boden passieren muss: Datenanalyse, Manöverplanung/-entscheidung und letztlich Kommunikation/Verteilung der Daten an alle Mitspieler, dann wäre die Autonomie nicht mehr im Orbit, sondern in Rechenzentren auf der Erde.

Gibt es in der Luftfahrt nicht die Regel, daß bei einer möglichen Kollision beide Flugzeuge jeweils nach (z.B.?) rechts ziehen? Dann kann es nicht passieren, daß der eine nach rechts, der andere von sich aus gesehen nach links zieht und es dann doch eine Kollision gibt.

Könnte man bei Sats nicht ähnliche Regeln verwenden, oder ist das im Orbit mit den verschiedenen Deklinationen und Höhen zu komplex? Oder wird im Orbit bisher ausschließlich durch Änderung der Höhe ausgewichen?

Ausweichen passiert praktisch nur über Höhenänderung.
Dazu kommt, dass bei Satelliten die Höhe nicht zwingend so genau bekannt ist. Es ist nicht ganz klar, welcher Satellit von 'oben' kommt - wenn überhaupt. Und das alles in 3D macht die Sache auch nicht leichter.

Aber im LEO könnte man IMO doch schon grundsätzliche Regeln festlegen. Z.b. " (am möglichen Kollisionspunkt) nach Norden fliegende Satelliten steigen auf, nach Süden fliegende verhalten sich passiv ODER steigen ab."

Nachdem das ganze Dokument vorliegt:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=12537.msg517931#msg517931

Besonders interessant wird es auf Seite 6:

- Every slot is passively deconflicted (via orbit design) against all other slots in the constellation.
– While satellites remain in their station-keeping slots (via station-keeping burns) they are
guaranteed to avoid conflicts with other Starlinks that are also in their slots.

The vast majority of Starlink collision avoidance maneuvers are against orbital debris, or 3rd party
satellites; not other Starlinks

---

- Jeder Slot wird passiv (über die Bahngestaltung) gegen alle anderen Slots in der Konstellation entflochten.
- Solange die Satelliten in ihren Slots verbleiben (durch station-keeping burns), werden sie
garantiert, dass sie Konflikte mit anderen Starlinks vermeiden, die sich ebenfalls in ihren Slots befinden.

Die überwiegende Mehrheit der Starlink-Kollisionsvermeidungsmanöver richtet sich gegen Orbitaltrümmer oder Satelliten von Drittanbietern
Satelliten; nicht gegen andere Starlinks

Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator (kostenlose Version)

Das passt doch gar nicht zu den Aussagen von anderen (Quelle fehlt), dass die Mehrzahl der Kollisionswarnungen auf Starlink-Starlink Begegnungen zurückzuführen sind, oder?

Liegt es vlt daran, dass die Definitionen von Nahen Begegnungen /Kollisionswarnungen hier soweit  auseinander gehen? Oder liegt das eher daran, dass verschiedene Quellen dafür genutzt werden (frei verfügbar vs. SpaceX intern)?

In diesem Bericht habe ich die Unternehmen (Instrumente) aufgeführt, auf die zurückgegriffen wird um die Daten anschaulich zu veröffentlichen.

SpaceX Starlink-Satelliten für mehr als die Hälfte der engen Begegnungen in der Umlaufbahn verantwortlich, sagt der Wissenschaftler ProfHugh Lewis, Leiter der Astronautics Research Group an der University of Southampton, Großbritannien.

ProfHugh Lewis, Europas führender Experte für Weltraummüll, schätzt die Situation in der Umlaufbahn regelmäßig anhand von Daten aus der Datenbank Socrates (Satellite Orbital Conjunction Reports Assessing Threatening Encounters in Space ) ein. Dieses von Celestrack verwaltete Instrument (http://celestrak.com) liefert Informationen über die Umlaufbahnen von Satelliten und modelliert deren Flugbahnen in die Zukunft, um das Kollisionsrisiko zu bewerten.
 
Die gegenwärtigen 1.600 nahen Vorbeiflüge beinhalten die zwischen zwei Starlink-Satelliten. Ohne diese Begegnungen nähern sich die Starlink-Satelliten jede Woche 500 Mal den Raumfahrzeugen anderer Betreiber.
Zum Vergleich: Der Starlink-Konkurrent OneWeb, der derzeit mehr als 250 Satelliten im Einsatz hat, kommt laut Lewis' Daten jede Woche auf 80 enge Vorbeiflüge an Satelliten anderer Betreiber.

Von einer erwarteten Konstellation von Zehntausenden von Satelliten sind bisher nur 1.700 in die Umlaufbahn gebracht worden. Sobald SpaceX alle 12.000 Satelliten seiner ersten Generation in die Umlaufbahn gebracht hat, werden die Starlink-Satelliten an 90 % aller Annäherungen beteiligt sein, so die Berechnungen von Lewis.

Das Risiko einer Kollision.
Siemak Hesar, CEO und Mitbegründer des in Boulder, Colorado, ansässigen Unternehmens Kayhan Space, bestätigt diesen Trend.
Kayhan Space stützt sich bei seinen Schätzungen auf Daten, die vom U.S. Space Surveillance Network bereitgestellt werden. Dieses von der U.S. Space Force verwaltete Netzwerk von Radaren und Teleskopen überwacht etwa 30.000 aktive und nicht mehr aktive Satelliten und Trümmerteile bis zu einer Größe von 10 Zentimetern und liefert die genauesten Positionsdaten der Objekte in der Umlaufbahn.
Es wird erwartet, dass sich der Umfang dieses Katalogs in naher Zukunft verzehnfachen wird, fügte Hesar hinzu, was zum Teil auf das Wachstum von Megastationen wie Starlink zurückzuführen ist, zum Teil aber auch auf die Verbesserung der Sensoren, die die Erkennung von noch kleineren Objekten ermöglichen. Je mehr Objekte im Katalog sind, desto mehr gefährliche Nahbegegnungen sind möglich.

SpaceX verlässt sich auf ein autonomes Kollisionsvermeidungssystem, um seine Flotte von anderen Raumfahrzeugen fernzuhalten. Dies könnte jedoch manchmal zu weiteren Problemen führen. Die automatischen Bahnanpassungen verändern die prognostizierte Flugbahn und machen daher Kollisionsvorhersagen komplizierter, so Lewis.

Nach der Aussage von Hugh Lewis veröffentlicht Starlink nicht alle Manöver, die sie durchführen, aber es wird angenommen, dass sie ständig viele kleine Korrekturen und Anpassungen vornehmen. Aber das verursacht Probleme für alle anderen, weil niemand weiß, wo der Satellit sein wird und was er in den nächsten Tagen tun wird.

Quelle:
https://www.space.com/spacex-starlink-satellite-collision-alerts-on-the-rise

Wer sich weiter informieren will, folgende Quellen:

https://twitter.com/Marco_Langbroek/status/1428678414936989696

In diesem Twitter-Thread von ProfHugh Lewis sind sehr viele Grafiken enthalten:

In July's update of the conjunctions involving #Starlink & #OneWeb as predicted by #SOCRATES (http://celestrak.com) we can see the continuing (exponential) rise in the number of close passes < 1 km. Now approaching 500 per week for #Starlink (80 per week for #OneWeb) [1/n]
 
Im Juli-Update der Konjunktionen mit #Starlink &#OneWeb wie vorhergesagt von #SOCRATES (http://celestrak.com ) sehen wir den anhaltenden (exponentiellen) Anstieg der Anzahl der engen Pässe < 1km. Jetzt fast 500 pro Woche für #Starlink (80 pro Woche für #OneWeb ) [1/n]

Quelle:
https://twitter.com/ProfHughLewis/status/1422223536308035584

https://twitter.com/ProfHughLewis/status/1422474279350906913
 
Beste Grüße Gertrud

Offizielle Beschwerde aus China,
dass man die chinesische Raumstation CSS manövrieren musste, um Starlinks zu umgehen.

A/AC.105/1262
TITEL Verbalnote vom 3. Dezember 2021 der Ständigen Vertretung Chinas bei den Vereinten Nationen (Wien) an den Generalsekretär

UNTERTITEL
Notifikation Chinas gemäß Artikel V des Weltraumvertrags betreffend die präventive Kollisionsvermeidung zwischen der chinesischen Raumstation (internationale Bezeichnung 2021-035A) und den Satelliten Starlink-1095 (internationale Bezeichnung 2020-001BK) und Starlink-2305 (internationale Bezeichnung 2021-024N) der Vereinigten Staaten
https://www.unoosa.org/oosa/en/oosadoc/data/documents/2021/aac.105/aac.1051262_0.html

https://twitter.com/planet4589/status/1475315928627830785

Beste Grüße Gertrud

Ich habe zu den angegebenen Daten die Orbitaldaten als Grafik erstellt.

Hier sieht man, wie Starlink 1095 seinen Orbit erst senkt, und dann ziemlich genau beim Perigäum der CSS für ca. 1 Woche hält um ihn dann weiter zu senken. Die CSS erhöht ihren Orbit während gleichzeitig Starlink seinen Orbit senkt.


Hier sieht man, wie Starlink 2305 aufsteigt und dabei die Höhe der ISS kreuzt. Die CSS erhöht ihren Orbit kurz vor dem Kreuzen deutlich.




Meine persönliche Meinung:

Zu 1: Es ist verständlich, dass China hier Sicherheitsbedenken hat. Es hat den Anschein, als wären beide kurz vor dem dichten Vorbeiflug ausgewichen. Somit bestand vermutlich keine Gefahr, was China aber nicht wissen kann. Ich persönliche würde es bevorzugen, wenn SpaceX keine Halteorbits bei der CSS (und auch keine bei der ISS) einlegen würde. Wenn beide jeweils eine Höhe nennen, könnte SpaceX diese Höhe +/- 5 km nicht nutzen für Pause-Orbits. Dann wären aber auch 20 km an Höhe blockiert, was ziemlich viel ist.

Zu 2: Es ist verständlich, dass China hier Sicherheitsbedenken hat, da sie nicht wissen, ob der Starlink weiter seinen Orbit erhöht oder jederzeit damit Pausieren könnte. Ich persönlich würde es bevorzugen, wenn China hier einen Mindestabstand nennt, welchen die Starlinks beim Aufsteigen einhalten sollen und zwar so, dass dieser auch dann gewährleistet ist, wenn genau an dem Punkt, wo die Orbits gleich hoch sind, der Antrieb der Starlinks ausfällt. Gleiches gilt natürlich auch für die ISS. Das Problem dürfte hier dann jedoch die Datengenauigkeit sein.

Allgemein: Es sollte eine zentrale Stelle für solche Themen geben. Zentral = Für alle Länder weltweit. Zivil und (möglichst) auch Militärisch, wo alles organisiert wird zum Thema Kollisionsvermeidung. So wie es bei allen Flugzeugen weltweit auch eine Regelwerk gibt, wer wann wo, wie und auf wessen Anweisung (Computer/Mensch) ausweichen muss, müsste man dieses auch für den Weltraum machen.

Das Thema wird früher oder später eskalieren, wenn man nicht endlich erwachsen wird. Mit China beschwert sich gerade einer der schlimmsten Verursacher von Weltraumschrott. Laut Reuters sogar mit nicht verifizierten Daten.

Satellitenkonstellationen werden kommen. So oder so. Also muß das global koordiniert werden. Anders geht es nicht. Manuelle Kurskorrekturen sind künftig nicht mehr möglich. Das muss automatisch nach festen Regeln erfolgen. So wie in der Luftfahrt das TCAS. Dass es da bis heute keine Standards gibt, zeigt nur, dass da gepennt wurde. Polemik und Schuldzuweisungen bringen uns nicht weiter.

Was bedeutet "schlimmster Täter" in diesem Zusammenhang?

Was bedeutet "schlimmster Täter" in diesem Zusammenhang?

Wer der "schlimmste Täter" sein soll, kann ohne Quellen- oder Statistikangabe nicht festgestellt werden und wäre nur die Meinung derjenigen Personen, die das jeweils behaupten.

Und das wiederum ist meine Meinung.

Was bedeutet "schlimmster Täter" in diesem Zusammenhang?

Dann eben mit Quelle:

Januar 2007: China schießt eigenen Satelliten ab

China testet eine Antisatellitenwaffe an dem abgeschalteten Wettersatelliten Feng Yun 1C. Der in rund 800 Kilometern Höhe auf einem polaren Orbit fliegende Satellit zerplatzt und erzeugt eine Trümmerwolke, die bis heute zu einer der folgenschwersten gehört. Zehntausende Trümmerteile über einem Zentimeter Größe und möglicherweise Millionen von kleineren verteilen sich im Lower Earth Orbit.

https://www.scinexx.de/service/dossier_print_all.php?dossierID=91462

Da fliegen mehr Trümmer unkontrolliert im Orbit, als Satelliten. Und China war nicht das einzige Land, daß solche “Experimente” veranstaltet hat. Im Link sind mehr Events aufgeführt.

Ich hoffe, das ist seriös genug.

Ich hoffe, das ist seriös genug.

Eher nicht. Scinexx.de ist IMO keine gute Quelle.
---

Schreib doch einfach: "einer der stärksten Verursacher"

Das verhindert unnötige Superlative (DER schlimmste) und die Verwendung von falschen Kategorien (Täter / Opfer) und versachlicht schlicht die Diskussion.

Danke @Hugo
für Deine Berechnungen und Darstellungen.

Deine Ansichten geben die derzeitige verzwickte Situation gut wieder.
Gerade die bemannten Stationen müßten Vorrang haben. Alle Nationen und Firmen sollten sich zügig zusammensetzen und eine tragfähige Lösung erarbeiten.

Beste Grüße Gertrud

Hallo Zusammen,

für mich geht die Aufgliederung in Täter und Opfer total am Thema vorbei.

Der Blick über den Tellerand kann manchmal hilfreich sein.

Zitat von: MillenniumPilot am 27. Dezember 2021, 16:39:10

Ich hoffe, das ist seriös genug.

Eher nicht. Scinexx.de ist IMO keine gute Quelle.
---

Schreib doch einfach: "einer der stärksten Verursacher"

Das verhindert unnötige Superlative (DER schlimmste) und die Verwendung von falschen Kategorien (Täter / Opfer) und versachlicht schlicht die Diskussion.

Danke, Sensei. Werde das ändern.
Wenn die Quelle nicht gut ist, auch ok. Ich fand die Auflistung nur ganz gut.

Vielleicht sollte ich meine Meinung dahin präzisieren, daß für mich Russland und die USA nun auch nicht besser sind. Man hat viele Jahre lang dieses Thema bewußt oder unbewußt vernachlässigt. Jetzt, wo die private Industrie in dieses Geschäft einsteigt, merkt man, daß man im Orbit genauso sorglos war, wie auf der Erde. Aber gut, die Strukturen im Straßenverkehr, oder der Luftfahrt sind mit der Teilnehmerzahl ebenfalls gewachsen. Dann wird das auch hier passieren, sobald man aufhört, mit dem Finger auf andere zu zeigen. Nur eins ist sicher. Es muß automatisierte Ausweichprotokolle geben und zwar für alle Teilnehmer und alle Raumfahrzeuge.

Manuelle Kurskorrekturen sind künftig nicht mehr möglich. Das muss automatisch nach festen Regeln erfolgen. So wie in der Luftfahrt das TCAS. Dass es da bis heute keine Standards gibt, zeigt nur, dass da gepennt wurde. Polemik und Schuldzuweisungen bringen uns nicht weiter.

Ist das überhaupt der Fall oder wird bei TCAS nur gewarnt. Die Standard der ICAO müssen international verhandelt und durchgesetzt werden und so auch in der Raumfahrt. Polemik und Schuldzuweisungen bringen uns nicht weiter !

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Ist das überhaupt der Fall oder wird bei TCAS nur gewarnt.....

TCAS warnt "nur". Siehe z.B. Überlingen-Flugzeugkollision. Gruß   Pirx

Praktisch gesehen ist TCAS aber (voll) automatisch, bzw. von der Idee her ein Automatismus. Die Bewertung, ob eine Kollision droht und wie ausgewichen werden soll, ist komplett automatisch, ohne menschlichen Eingriff. Die (Auto-)Piloten sollen der berechneten Manöveranweisung folgen. Sie machen sich keinen "eigenen Plan" und fliegen "anders herum" ... außer sie wissen mehr über den Zustand ihres Fliegers und was gerade nicht möglich ist (Ausfälle an Bord? Notfall?). Von der Idee her aber alles "ein Automatismus" ...

Stimmt. Es muss heißen: TCAS warnt und gibt eine verbindliche Handlungsanweisung.

Gruß   Pirx

Zitat von: MillenniumPilot am 27. Dezember 2021, 15:17:37

Manuelle Kurskorrekturen sind künftig nicht mehr möglich. Das muss automatisch nach festen Regeln erfolgen. So wie in der Luftfahrt das TCAS. Dass es da bis heute keine Standards gibt, zeigt nur, dass da gepennt wurde. Polemik und Schuldzuweisungen bringen uns nicht weiter.

Ist das überhaupt der Fall oder wird bei TCAS nur gewarnt. Die Standard der ICAO müssen international verhandelt und durchgesetzt werden und so auch in der Raumfahrt. Polemik und Schuldzuweisungen bringen uns nicht weiter !

TCAS greift in der Tat nicht in die Steuerung ein, aber seit dem Bodenseeunfall ist der Pilot nur noch Befehlsempfänger. Die Entscheidung trifft dann ausschließlich die Technik.

Ob das aber bei unbemannten Satelliten so erforderlich ist, diese dann nach einer “TCAS” Warnung manuell zu steuern, ist die Frage. Man muß nämlich im Aufe behalten, daß so eine Kurskorrektur eine weitere Annäherungswarnung triggern kann. Da ist es besser, die Autorität gleich der Technik zu überlassen.