L’intelligenza artificiale “spazzino” cosmico: così aiuta l’ESA nella lotta ai rifiuti spaziali

L’orbita terrestre bassa è ingombra di detriti, che vanno dai satelliti inattivi agli stadi superiori dei veicoli di lancio e ai pezzi scartati dalla loro separazione. Questi pezzi di spazzatura spaziale si muovono a decine di migliaia chilometri orari e possono entrare in collisione (provocando seri danni) ai satelliti attivi nonché ai veicoli spaziali che incontrano sul loro percorso.

Complice anche la recente caduta incontrollata del razzo cinese “Lunga Marcia 5B” nell’Oceano Indiano, le agenzie spaziali stanno accelerando la corsa alla risoluzione (o al mitigamento) del problema e, per farlo, provano con la carta della “onnipresente” intelligenza artificiale.

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Le strategie dell’ESA

L’Agenzia Spaziale Europea (European Space Agency – ESA), pioniera della lotta ai rifiuti spaziali^[1], con la collaborazione degli esperti del settore sta “insegnando” all’intelligenza artificiale a schivare autonomamente la spazzatura spaziale in orbita. Nel settembre 2019, il satellite di monitoraggio del vento terrestre Aeolus dell’ESA si avvicinò pericolosamente a una delle navicelle Starlink di SpaceX (del magnate Elon Musk). L’Agenzia Spaziale Europea dovette letteralmente condurre una difficile manovra evasiva che permise di sfuggire alla collisione (ed alle relative ripercussioni economiche!).

Un sistema “selettivo” di eliminazione dei detriti spaziali guidato dall’intelligenza artificiale potrebbe presto sostituire le squadre di esperti che si occupano del crescente numero di minacce di collisione orbitale nel sempre più “ingombrante” (e pericoloso) ambiente che circonda il nostro Pianeta.

Si pensi che ogni due settimane i controllori dei veicoli spaziali presso il Centro Europeo per le Operazioni Spaziali (European Space Operations Centre – ESOC) a Darmstadt, in Germania, devono condurre manovre di evitamento con uno dei loro venti satelliti che viaggiano in orbita terrestre “bassa”. E si pensi anche che ci sono almeno un centinaio di “incontri ravvicinati” tra satelliti e detriti spaziali che gli operatori preposti dell’Agenzia monitorano e valutano attentamente, ognuno dei quali richiede l’impiego di un team multidisciplinare che sia reperibile ventiquattro ore su ventiquattro. E ogni manovra evasiva, oltre a essere “seccante” poiché sempre sul filo del rasoio, comporta anche un notevole consumo di carburante e, quindi, un notevole impiego di risorse finanziarie. Il tutto, solo e soltanto per “dribblare il rifiuto di turno”.

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L’allarme collisioni è destinato a crescere

Ma è quasi inutile specificare che la frequenza di questi incontri “spiacevoli” è destinata ad aumentare proporzionalmente all’aumento dei rifiuti terrestri orbitanti. E, a breve, gli allarmi di collisione potrebbero suonare non solo per i detriti ma anche per le sempre più numerose strutture spaziali che orbitano – o orbiteranno a breve – nello spazio terrestre. Aziende come SpaceX, OneWeb e Amazon stanno costruendo “mega costellazioni” di migliaia di satelliti, mandando in orbita più veicoli spaziali in un solo mese di quanti ne venivano lanciati in un intero anno solo pochi anni fa. Questo aumento del traffico spaziale sta causando preoccupazioni tra gli esperti impiegati nel contrasto ai detriti spaziali. Infatti, l’ESA ha affermato che quasi la metà degli allarmi di collisione attualmente monitorati dagli operatori dell’Agenzia Spaziale Europea riguardano piccoli satelliti e veicoli spaziali “ordinari”.

Pressata da questo continuo aumento di lavoro, l’Agenzia Spaziale Europea ha chiesto alla comunità globale di esperti di intelligenza artificiale di aiutarla a sviluppare un sistema che si occupi di “schivare” i detriti spaziali in modo autonomo o, quantomeno, che permetta di ridurre (in qualche modo) la pressione costante che grava sul team di esperti impiegato nella lotta ai rifiuti. Per far ciò, l’Agenzia Spaziale Europea ha messo a disposizione della comunità globale di esperti di intelligenza artificiale una grande serie di dati storici sugli avvisi di collisioni con i detriti, incaricando tali esperti di utilizzare l’intelligenza artificiale per prevedere l’evoluzione del rischio di collisione di ogni allarme nei tre giorni successivi agli stessi. Il risultato? Non si è ancora raggiunta la perfezione, ma in molti casi l’intelligenza artificiale è stata in grado di replicare il processo decisionale e di identificare correttamente in quali casi era necessario condurre una o più manovre per la prevenzione delle collisioni in orbita.

Approcci per il futuro

Per il futuro, invece, l’Agenzia Spaziale Europea esplorerà nuovi approcci allo sviluppo dell’intelligenza artificiale, come l’apprendimento profondo (Deep Learning) e le reti neurali, al fine di migliorare la precisione degli algoritmi utilizzati nella “lotta alla spazzatura”. Gli algoritmi “standard” di intelligenza artificiale sono addestrati su enormi dataset, e questo appare come un concetto pleonastico. Ma i casi in cui l’Agenzia Spaziale Europea abbia effettivamente condotto manovre non sono così tanti in termini di intelligenza artificiale. Nella prossima fase l’ESA esaminerà più da vicino gli approcci di intelligenza artificiale “specializzati” che possono lavorare con dataset più piccoli.

Per ora, gli algoritmi di intelligenza artificiale possono aiutare le squadre di terra mentre valutano e monitorano ogni allarme di collisione, con l’avviso che uno dei loro satelliti potrebbe essere in rotta di collisione con un altro corpo orbitante. Tale assistenza, supportata dall’intelligenza artificiale, contribuirà a ridurre il numero di esperti coinvolti e aiuterà l’Agenzia Spaziale Europea a gestire l’aumento del traffico spaziale previsto nel prossimo futuro. Ciò che è ancora palese, è che la decisione se condurre o meno una manovra di “dribblaggio” del detrito spaziale “di turno”, per ora, deve essere ancora presa da un operatore umano.

Conclusioni

Finora, l’ESA ha automatizzato tutto ciò che richiederebbe la presenza in loco di uno o più “cervelli esperti” attivi ventiquattro ore su ventiquattro e sette giorni su sette, senza sosta, al fine di rispondere con prontezza agli avvisi di collisione orbitale. La sfida, quindi, è quella di “appaltare” all’intelligenza artificiale la decisione finale sull’effettuare o meno la manovra di evitamento del detrito; al momento, peraltro, la parte più complessa da automatizzare. Sfida questa che, probabilmente, porterà via ancora alcuni anni di ricerca.

In definitiva, la comunità globale dovrebbe lavorare insieme per creare un sistema di prevenzione delle collisioni simile alla moderna gestione del traffico aereo, che funzionerebbe in modo completamente autonomo senza che il personale a terra debba comunicare “alla maniera” del team dell’ESA. Le manovre per evitare le collisioni tra gli aerei sono decentralizzate e avvengono automaticamente. In campo spaziale non ci siamo ancora, e probabilmente ci vorrà un po’ più di coordinamento internazionale e diversi tavoli tecnici per riuscirci. Ma all’Agenzia Spaziale Europea, probabilmente, l’ottimismo è di casa.^[2]

1. Si veda anche il recente progetto dell’ESA nella rimozione dei detriti spaziali: https://www.space.com/esa-startup-clearspace-debris-removal-2025 ↑
2. Artificial intelligence is learning how to dodge space junk in orbit. Space.com. https://www.space.com/AI-autonomous-space-debris-avoidance-esa ↑