AI Meningkatkan Presisi Teleskop Laser untuk Pelacakan Debris Antariksa yang Akurat

• Model jaringan syaraf baru meningkatkan akurasi teleskop jarak laser.
• Ini memungkinkan ilmuwan untuk menentukan posisi debris lebih kecil di orbit Bumi, tanpa meningkatkan sensitivitas teleskop.

Debris antariksa adalah objek buatan manusia yang tidak berfungsi di orbit Bumi yang tidak lagi berguna. Mereka dihasilkan selama aktivitas antariksa, dan sebagian besar berasal dari tahap akhir roket penangkap, dan bahan tidak diinginkan dari pesawat antariksa yang hancur di orbit.

Pada 2019, terdapat sekitar 20.000 objek buatan di orbit di atas Bumi, termasuk 2.218 satelit operasional. Namun, ini adalah satu-satunya objek yang cukup besar untuk dilacak.

Lebih dari 130 juta potongan debris berukuran kurang dari 1 sentimeter, sekitar 1 juta potongan berukuran 1-10 sentimeter, dan lebih dari 30.000 potongan lebih besar dari 10 sentimeter. Semuanya berada di orbit di sekitar Bumi dan keberadaan mereka secara serius mempengaruhi keamanan pesawat antariksa.

Saat ini, terdapat lebih dari 50 stasiun observasi laser global yang memantau debris antariksa. Namun, melacaknya adalah tugas yang sangat menantang: semakin kecil objek, semakin sulit untuk terdeteksi dan dilacak.

Sebuah studi baru menyajikan model jaringan syaraf yang meningkatkan akurasi teleskop laser, memungkinkan ilmuwan untuk menentukan posisi debris lebih kecil.

Seberapa Akurat?

Untuk menentukan posisi debris orbit, ilmuwan menggunakan metode yang disebut laser imaging. Ini melibatkan memancarkan laser energi tinggi ke antariksa dan menggunakan teleskop untuk menangkap sinyal yang dipantulkan kembali dari debris yang berorbit. Sinyal yang dipantulkan ini kemudian digunakan untuk mengevaluasi seberapa jauh debris berada. Prosesnya mirip dengan bagaimana kelelawar menggunakan ekolokasi untuk melacak mangsa.

Namun, karena debris yang lebih kecil tidak memantulkan banyak cahaya, sulit untuk menentukan lokasinya dengan tepat. Meskipun teknik sebelumnya telah meningkatkan deteksi jarak laser debris, mereka hanya dapat menentukan potongan debris hingga tingkat 1 km.

Metode baru, di sisi lain, mampu menemukan potongan debris sekecil 1 meter persegi yang berjarak sekitar 1.500 km.

Referensi: Journal of Laser Applications | DOI:10.2351/1.5110748 | Wikipedia

Untuk mencapai ini, peneliti menggunakan jaringan syaraf backpropagation, yang dioptimalkan melalui dua algoritma koreksi: Algoritma Genetika dan Levenberg–Marquardt.

Ilustrasi debris antariksa seperti yang dapat dilihat dari orbit Bumi tinggi | Wikipedia

Jaringan syaraf membantu teleskop untuk menstabilkan kemampuan pengarahan mereka dan mengenali sinyal lemah dari potongan kecil sampah antariksa. Semua ini dilakukan tanpa meningkatkan sensitivitas teleskop atau melakukan upgrade perangkat keras apa pun.

Juga, teleskop sekarang dapat mendeteksi debris lebih akurat di wilayah lokal antariksa tanpa menghasilkan banyak false positive.

Pengujian

Peneliti menguji metode mereka terhadap tiga model standar: model montir, model parameter dasar, dan model fungsi harmonik bola. Mereka menemukan bahwa akurasi jaringan syaraf unggul dibandingkan ketiga model standar ini, dan juga mengatasi kelemahan kecepatan konvergen yang lambat.

Baca: Things You Should Know About Space Junk

Untuk menunjukkan kemampuan jaringan syaraf, peneliti menggunakan data observasi 95 bintang untuk menyelesaikan koefisien algoritma dari keempat model. Mereka mengevaluasi akurasi deteksi 22 bintang lainnya. Hanya algoritma baru terbukti paling akurat, tetapi juga dapat dioperasikan dengan mudah dengan performa waktu nyata yang baik.

Tim berencana untuk mengoptimalkan lebih lanjut jaringan syaraf untuk mendeteksi debris yang lebih kecil.