西維吉尼亞大學正在研究使用人工智慧驅動的太空雷射來調整太空碎片的方向，從而降低碰撞風險。在美國國家航空暨太空總署（NASA）的支持下，該計劃旨在處理各種大小的碎片，目前正在驗證其演算法和模型。

地球的低軌道正被對太空資產構成威脅的垃圾填滿。西維吉尼亞大學的新研究探討了天基雷射是否可以將微小顆粒或大塊碎片從可能與衛星或太空站等物體發生碰撞的軌道上清除。圖片來源：西維吉尼亞大學插圖/Savanna Leech如果研究取得成效，太空雷射的協調網路就能將遍布地球軌道並對太空船和衛星構成威脅的碎片從潛在的碰撞軌道上引開。西維吉尼亞大學太空系統運作研究實驗室主任李恆文（Hang Woon Lee）說，地球周圍正在積聚大量的人造碎片，包括已失效的衛星。軌道上的碎片越多，其中一些碎片與載人和無人太空資產碰撞的風險就越高。他說，他認為防止這些碰撞的最佳方法是在太空平台上安裝多個雷射陣列。這些由人工智慧驅動的雷射可以機動協作，對任何大小的碎片做出快速反應。Hang Woon Lee，西維吉尼亞大學本傑明-M-斯塔特勒工程與礦產資源學院機械與航空航天工程助理教授；西維吉尼亞大學太空系統運作研究實驗室主任。圖片來源：西維吉尼亞大學照片

美國國家航空暨太空總署的支持與研究進展李是本傑明-M-斯塔特勒工程與礦產資源學院機械與航空航天工程系的助理教授，他因潛在的突破性研究而獲得了2023 年美國國家航空航天局（NASA）著名的”早期職業教師獎”。美國國家航空暨太空總署（NASA）每年為李的快速反應碎片清除研究提供20萬美元的資助，為期長達三年。這項工作目前還處於早期階段，研究小組正在驗證他們建議開發的運行雷射系統的演算法是否是一個有效的、具有成本效益的解決方案。李說：”我們的遠景目標是’多個天基雷射器積極執行軌道機動，協同處理軌道碎片’，這將有助於及時避免與高價值空間資產發生碰撞。當前目標是開發一個可重新配置的天基雷射網路和一套演算法。這些演算法將是使這種網路成為可能並使其效益最大化的使能技術。”日益嚴峻的太空碎片挑戰如果自然物體（如微流星體）撞擊一個人造物體（如運載火箭殘骸），所產生的碎片會迅速傳播，即使是小如油漆斑點的碎片，也可能具有刺穿觀測或通訊衛星或國際太空站側面的力量。這已經成為一個亟待解決的問題，因為太空正變得越來越雜亂。尤其是地球的低軌道吸引了像SpaceX 的Starlink 這樣的商業電信系統，該系統利用衛星為用戶提供寬頻網路。低軌道也是用於天氣預報和土地覆蓋分析的衛星的家園，同時也是深空探索的中轉站。Lee說：”物體數量的增加增加了碰撞的風險，危及載人任務，並危及高價值的科學和工業任務。他補充說，太空碰撞會引發多米諾骨牌效應，即”凱斯勒綜合症”，從而引發連鎖反應，增加進一步碰撞的風險，使太空變得不可持續和充滿敵意」。與其他技術相比的雷射優勢其他研究人員正在開發鉤子、魚叉、網子和清掃器等碎片清除技術，但這些技術只適用於大型碎片。李的方法應該能夠處理幾乎任何大小的碎片。李的團隊將開發的演算法套件可能適用於安裝在大型衛星上的雷射器，也可能為安裝在自己專用平台上的雷射器提供動力。作為研究的一部分，他將對雷射網路可能採取的各種形式進行評估。無論哪種形式，該技術都將能夠自行做出許多決定，獨立執行操作並設定優先順序。該系統將決定以哪些雷射組合瞄準哪些碎片，同時確保所產生的軌跡不會發生碰撞。當一束雷射射中一塊碎片時，並不會將其消滅。相反，碎片會被推向一個新的軌道，通常是透過雷射燒蝕。這意味著雷射光束會汽化一小部分碎片，產生高速等離子體羽流，將碎片推離軌道。雷射燒蝕和光子壓力過程會導致目標碎片的速度變化，最終改變其軌道的大小和形狀。這就是使用雷射的動機所在。改變碎片軌道的能力可以透過雷射網路進行有效控制，使空間碎片移動或脫離軌道，避免發生碰撞等潛在的災難性事件，」李解釋。“使用由多個雷射器組成的系統可以創造多個與碎片接觸的機會，從而更有效地控制軌道。多個雷射可以在更大的強度範圍內同時作用於一個目標，以單一雷射無法做到的方式改變其軌跡。”李將與位於費爾蒙特的TMC 技術公司的首席系統工程師Scott Zemerick 合作，在”數位孿生環境”中驗證整個專案中開發的所有模型和演算法。李說，這將確保產品可用於飛行軟體。