Radziecka sonda wróciła po 53 latach. Algorytm pomylił się o 2 minuty

Przez 53 lata radziecka sonda Kosmos 482 krążyła wokół Ziemi, choć miała wylądować na Wenus. Kiedy w maju 2025 r. zaczęła spadać, najwięksi eksperci związani z astronomią na naszym globie próbowali ustalić moment jej wejścia w atmosferę. Teraz naukowcy wykorzystali tę historię do sprawdzenia nowego algorytmu.

Wynik okazał się imponujący, bowiem wyliczony czas różnił się od oficjalnie podanego zaledwie o 2 min. System oparty na głębokim uczeniu przetestowano również na teleskopie NASA i chińskim członie rakiety. We wszystkich przypadkach rzeczywisty lub zgłoszony czas powrotu mieścił się w wyznaczonym przedziale niepewności. Technologia może pomóc ograniczyć ryzyko związane z kosmicznymi śmieciami, których na orbicie przybywa.

Kosmos 482 wystartował 31 marca 1972 r. w ramach radzieckiego programu badań Wenus. Misja zakończyła się jednak niepowodzeniem, ponieważ awaria członu rakiety uniemożliwiła sondzie opuszczenie orbity okołoziemskiej. Część urządzenia przetrwała w przestrzeni kosmicznej ponad pół wieku. Dopiero wiosną 2025 r. stopniowe obniżanie orbity doprowadziło do jej nieuchronnego powrotu. Sprawa wywołała zainteresowanie również w Polsce, ponieważ nasz kraj znajdował się na jednej z potencjalnych tras przelotu.

Na Spider’s Web informowaliśmy wtedy o ostrzeżeniu Polskiej Agencji Kosmicznej i niepewności dotyczącej miejsca upadku radzieckiego lądownika. Ostatecznie 10 maja 2025 r. Roskosmos poinformował, że obiekt wszedł w atmosferę o godzinie 6:24 UTC i spadł do Oceanu Indyjskiego, na zachód od Dżakarty.

Właśnie te dane stały się punktem odniesienia dla nowego modelu. Algorytm wskazał godzinę 6:22 UTC, z niepewnością wynoszącą 11,4 min. Różnica między centralną prognozą a komunikatem rosyjskiej agencji wyniosła zaledwie 2 min. Trzeba jednak zaznaczyć, że obliczenia wykonano już po powrocie sondy, wykorzystując archiwalne dane orbitalne. Był to test odtwarzający wcześniejsze wydarzenie, a nie prognoza opublikowana przed upadkiem.

Dlaczego tutaj tak bardzo liczy się dokładność czasu? Obiekt spadający z niskiej orbity okołoziemskiej porusza się początkowo z prędkością około 7,8 km/s. W ciągu minuty może więc pokonać wzdłuż swojej trajektorii około 460 km. Błąd wynoszący 10 min oznacza już mniej więcej 4,6 tys. km różnicy. To świetnie pokazuje, dlaczego nawet niewielka niepewność czasowa utrudnia określenie obszaru, nad którym obiekt wejdzie w atmosferę.

Największym problemem jest tutaj tak naprawdę opór powietrza. Chociaż na wysokości kilkuset kilometrów atmosfera jest niezwykle rozrzedzona, to nadal hamuje satelity i stopniowo obniża ich orbity. Co gorsza, jej gęstość nie pozostaje stała. Gdy aktywność Słońca rośnie, górne warstwy atmosfery nagrzewają się i rozszerzają. Obiekt przelatujący na tej samej wysokości może wtedy doświadczać większego oporu niż wcześniej.

Opisywaliśmy już przypadek sondy Van Allen Probe A, której powrót na Ziemię nastąpił znacznie wcześniej, niż pierwotnie przewidywano. Właśnie takie zmiany warunków utrudniają przygotowywanie wiarygodnych prognoz.

Nową metodę opracowali naukowcy z indonezyjskiej Narodowej Agencji Badań i Innowacji BRIN, Institut Teknologi Bandung oraz Khalifa University w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. W badaniu opublikowanym w Acta Astronautica połączono klasyczne obliczenia ruchu orbitalnego z siecią neuronową.

Zadania podzielono w sposób pozwalający wykorzystać mocne strony obu rozwiązań. Model fizyczny uwzględnia grawitację Ziemi, jej spłaszczenie i opór górnej atmosfery. Natomiast sztuczna inteligencja przewiduje zmiany tak zwanego współczynnika balistycznego, opisującego, jak silnie obiekt jest hamowany przez powietrze w stosunku do swojej masy.

Jest to istotne szczególnie przy satelitach z panelami słonecznymi i członach rakiet, które mogą obracać się podczas opadania. Ich ułożenie względem kierunku ruchu zmienia powierzchnię wystawioną na działanie atmosfery. Algorytm analizuje historyczne dane orbitalne oraz informacje o aktywności słonecznej i geomagnetycznej. W badaniu wykorzystano dane obejmujące 11 lat, czyli pełny cykl aktywności Słońca. Podczas obliczania przyszłej trajektorii przewidywany współczynnik jest aktualizowany co 3 godziny.

Kosmos 482 nie był jednak jedynym obiektem wykorzystanym w eksperymencie. Naukowcy przetestowali model również na należącym do NASA teleskopie NEOWISE, który wszedł w atmosferę 2 listopada 2024 r. W tym przypadku algorytm wskazał godzinę 0:54 UTC, podczas gdy oficjalna informacja podawała 0:49 UTC. Różnica wyniosła 5 min, przy przedziale niepewności wynoszącym 7,8 min.

Trzecim obiektem był górny stopień chińskiej rakiety Długi Marsz 4B, którego fragmenty zaobserwowano 26 marca 2023 r. nad południowo-wschodnią Hiszpanią. Model wyznaczył godzinę 22:45 UTC, natomiast obserwacje pochodziły z przedziału 22:33-22:36 UTC. Również tutaj wynik zmieścił się w oszacowanej niepewności, choć rozbieżność była większa.

Badacze wykonali także obliczenia porównawcze, zakładając niezmienność współczynnika balistycznego. Dla teleskopu NEOWISE i członu rakiety prognozy stały się wtedy mniej dokładne odpowiednio o kilkadziesiąt minut. Pokazuje to, że największą zaletą algorytmu może być uwzględnianie zmieniającego się oporu atmosferycznego, szczególnie w przypadku obiektów o nieregularnym kształcie.

Nowa metoda wciąż wymaga oczywiście sprawdzenia w rzeczywistych warunkach. Dotychczas przeanalizowano zaledwie trzy zakończone zdarzenia, a wszystkie badane obiekty miały wieloletnią historię obserwacji. Nie wiadomo jeszcze, czy model poradzi sobie równie dobrze z młodszymi satelitami i krótszymi seriami pomiarów.

A zapotrzebowanie na takie rozwiązania rośnie, i to bardzo szybko. Niedawno pisaliśmy, że według Europejskiej Agencji Kosmicznej w 2025 r. do atmosfery wracały średnio ponad trzy duże obiekty orbitalne dziennie. Większość spala się podczas opadania, ale niektóre elementy mogą dotrzeć do powierzchni Ziemi.

Przeczytaj także:

Dokładniejsze przewidywanie czasu wejścia w atmosferę pomogłoby zawężać potencjalne obszary zagrożenia i lepiej organizować ostrzeżenia. Nie oznacza to jednak możliwości wskazania miejsca upadku z dokładnością do kilku kilometrów. Na trajektorię i przetrwanie poszczególnych fragmentów wpływa jeszcze wiele dodatkowych czynników.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI