The continuously growing number of objects orbiting around the Earth is expected to be accompanied by an increasing frequency of objects re-entering the Earth's atmosphere. Many of these re-entries will be uncontrolled, making their prediction challenging and subject to several uncertainties. Traditionally, re-entry predictions are based on the propagation of the object's dynamics using state-of-the-art modelling techniques for the forces acting on the object. However, modelling errors, particularly related to the prediction of atmospheric drag may result in poor prediction accuracies. In this context, we explore the possibility to perform a paradigm shift, from a physics-based approach to a data-driven approach. To this aim, we present the development of a deep learning model for the re-entry prediction of uncontrolled objects in Low Earth Orbit (LEO). The model is based on a modified version of the Sequence-to-Sequence architecture and is trained on the average altitude profile as derived from a set of Two-Line Element (TLE) data of over 400 bodies. The novelty of the work consists in introducing in the deep learning model, alongside the average altitude, three new input features: a drag-like coefficient (B*), the average solar index, and the area-to-mass ratio of the object. The developed model is tested on a set of objects studied in the Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC) campaigns. The results show that the best performances are obtained on bodies characterised by the same drag-like coefficient and eccentricity distribution as the training set.


翻译:随着绕地物体的数量不断增加,预计失控再入的频率也会增加,其预测具有挑战性并且受到多种不确定性的影响。传统上,再入预测基于使用最先进的建模技术模拟物体受到的作用力的动力学传播。然而,建模误差,特别是与大气阻力预测相关的误差,可能导致预测精度较低。在这种情况下,我们探索从以物理为基础的方法转向以数据驱动的方法的可能性。为此,我们提出了一种深度学习模型,用于预测低地球轨道上失控物体的再入。该模型基于改进的序列到序列架构,并在基于400多个物体的两行元素(TLE)数据的平均高度文件上进行了训练。该工作的创新在于在深度学习模型中引入了三个新输入特征:类似于阻力的系数(B *),平均太阳指数和物体的面积重量比。开发的模型在国际空间碎片协调委员会(IADC)运动中研究的一组物体上进行测试。结果表明,最佳表现是在具有与训练集相同的阻力类似系数和离心率分布的物体上获得的。

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