Projekt MANPATTERN zur Verbesserung der Sicherheit des Satellitenbetriebs läuft an

GMV leitet das kürzlich gestartete Projekt MANPATTERN (Manoeuvre Pattern Inference for Safe Operations), eine Initiative der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die in Arbeitsgemeinschaft mit der University of Strathclyde (UoS) entwickelt wurde. Im Rahmen des Vorhabens werden flugdynamische Methoden entwickelt und validiert, die darauf abzielen, nicht erkannte Risiken und Fehlalarme zu verringern, wenn Satelliten unangekündigt Manöver durchführen.

Die rasche Zunahme der Anzahl manövrierfähiger Satelliten macht es zunehmend schwieriger, genaue Kataloge von Weltraumobjekten zu führen und Annäherungen zu erkennen. Wenn Satelliten anderen Betreibern nicht bekannte Manöver ausführen, kann die Konjunktionsanalyse anhand von Bahnberechnungen, bei denen diese Manöver nicht berücksichtigt werden, zu Fehlalarmen bzw. sogar dazu führen, das Hochrisikoereignisse übersehen werden.

MANPATTERN geht diese operationelle Lücke durch drei miteinander verknüpfte Funktionen an: Inferenz und Vorhersage von Manövermustern, Zustands- und Manöverschätzung mit Datenzuordnung und Bewertung des Konjunktionsrisiko s unter Berücksichtigung von Manövern. Getestet werden diese Methoden anhand von Orbitaldaten aus verschiedenen Quellen, darunter Ephemeriden von Betreibern und der ESA sowie historische Manöverdateien und öffentlich verfügbare Katalogprodukte wie Two-Line Elements (TLE) und Ephemeriden aus dem Special Perturbation Catalogue (SPCAT) von Space-Track.

Als entscheidende technische Entwicklung wird die Prototypsoftware dann auf GODOT, der astrodynamischen Bibliothek der ESA für die Analyse und den Betrieb von Weltraummissionen basieren. Außerdem wird die Software die im Rahmen eines früheren ESA-Vertrags von GMV entwickelte Bibliothek RODDAS (Robust Orbit Determination and Data Association) erweitern. RODDAS basiert ebenso auf GODOT und dient zur  Orbitalbestimmung und Datenzuordnung in SSA-Anwendungen (Space Situational Awareness). Die Lösung wird in Form einer wiederverwendbaren Software-Bibliothek und eines Befehlszeilen-Tools implementiert.

Im Rahmen des Projekts wird außerdem ein Verfahren zur Bewertung des Kollisionsrisikos anhand von Manövern entwickelt, das den vorgesehenen Zeitpunkt und Umfang der Manövern mit den damit verbundenen Unsicherheiten in Metriken der Bahnunsicherheit und Kollisionswahrscheinlichkeit übersetzt. Dadurch können bei der Konjunktionsanalyse auch unbekannte Manöver berücksichtigt und somit unerkannte Risiken und Fehlalarme reduziert werden. Weiterhin werden detaillierte Studien dazu ermöglicht, wie sich die Unsicherheit der Manövriermuster auf die Kollisionswahrscheinlichkeit auswirkt. Dies schließt sofern vorhanden Vergleiche anhand der Meldungen von Konjunktionsdaten (CDM) von ESA-Missionen ein.

Die Bewertung der Leistungsfähigkeit erfolgt dann auf der Grundlage ausgewählter realer Beobachtungsdaten und repräsentativer simulierter Szenarien, wobei die Robustheit des Systems in verschiedenen Orbitalregimen und mit unterschiedlichen Antriebsarten unter Einschluss impulsiver und schubarmer Manöver analysiert wird. Bei der Kampagne zur Validierung werden die abgeleiteten Muster mit historischen Aufzeichnungen  verglichen und die operativen Auswirkungen der Einbeziehung von Informationen über Manövermuster in die Risikobewertung beziffert.

GMV leitet das Projekt als Hauptauftragnehmer. Zu seinen Aufgaben gehören Projektmanagement, Softwareentwicklung, Datenaufbereitung, Integration und die Evaluierung der Leistungsfähigkeit. Die UoS ist federführend bei der anfänglichen Literaturrecherche, der Methodenanalyse, dem Pre-Prototyping und Benchmarking und sie wird die Einbindung der ausgewählten Ansätze in den Prototyp unterstützen.