Conjunctive Orbital Objects Prediction and Planning using Dynamic Voronoi Diagram

Abstract

우주공간에는 수많은 우주물체가 지구궤도를 빠른 속도로 움직이고 있으며, 최근 그 수가 특히 지구 저궤도에서 빠르게 증가하고 있다. 그러나 우주물체 간의 충돌을 예측하는 일은 수학적∙계산적 난제로 남아있다. 본 연구에서는 우주물체의 충돌을 정확히 예측하고 그에 대응한 기동계획을 신속히 평가하기 위하여 conjunctive orbital objects prediction and planning (COOP) 알고리즘을 제시하였다. COOP은 전체 예측시간범위 내에서 우주물체 간의 올바른 인접정보를 유지 및 저장할 수 있는 동적 보로노이 다이어그램에 기반하여 만들어졌다. 다용도 COOP 알고리즘이 쿼리수행결과에 해를 놓치는 경우 없이 주어진 쿼리를 해결함은 수학적으로 보장된다. COOP의 기능은 발사 스케쥴링, 우주쓰레기 제거 스케쥴링 등 다른 최적화문제에도 사용될 수 있다. 우리는 제안된 보로노이 접근법이 우주물체 간의 공간분석의 패러다임을 바꿀 수 있기를 희망한다.|There are many resident space objects (RSOs) flying at high speeds on the Earth orbit and the number increases fast, particularly in the Low Earth Orbit. However, accurate and efficient prediction of conjunctions among RSOs remains a mathematical and computational challenge. Here we present the conjunctive orbital objects prediction and planning (COOP) algorithm for both correctly predicting conjunctions and quickly prioritizing maneuver alternatives. COOP is based on the dynamic Voronoi diagram (DVD) which maintains the correct proximity information among all RSOs during entire prediction time window in a compact data structure. Being event-based and coordinate system independent, the general-purpose COOP algorithm guarantees mathematically correct answers to these queries without any missing cases. COOP functions can be used for other optimization problems such as launch scheduling, active debris removal scheduling, etc. We hope that the proposed Voronoi-approach will change the computational paradigm in spatial reasoning among space objects.