Design and Validation of Advanced Tools for Earth Orbit Conjunction Analysis

El entorno espacial cercano a la Tierra se ha consolidado como un dominio esencial, habilitando una amplia gama de servicios profundamente integrados en la vida cotidiana. Para establecer y sostener esta infraestructura, la humanidad ha lanzado satélites al espacio desde 1957, experimentando un crecimiento sin precedentes en la última década. Esta proliferación de satélites activos, sumada al incremento de la basura espacial, plantea un desafío creciente para la sostenibilidad del entorno orbital. En este contexto, el análisis de conjunciones ha emergido como un pilar clave en la gestión del tráfico espacial, al proporcionar métodos para detectar, evaluar y mitigar el riesgo de colisiones. Esta tesis se inscribe en este marco, enfocándose en el diseño de herramientas avanzadas para el análisis de conjunciones en la órbita terrestre, en respuesta a la creciente congestión y dinamismo del espacio cercano. El problema de tipo “todos contra todos” requiere analizar todos los pares posibles de objetos, lo cual escala cuadráticamente con el tamaño del catálogo y resulta inviable sin técnicas previas de cribado. Como ilustración, un catálogo de 17,000 objetos genera más de 143 millones de pares posibles a analizar. Una de las estrategias más comunes para reducir la carga computacional es el uso de filtros que excluyen pares con riesgo de colisión despreciable. En particular, los filtros geométricos constituyen una etapa preliminar eficiente, al descartar pares sin riesgo en función de la geometría de sus trayectorias orbitales. Sin embargo, los filtros clásicos presentan dos limitaciones clave: su dependencia de un marco kepleriano, que los hace sensibles a perturbaciones, y su incapacidad para considerar maniobras, cada vez más frecuentes debido al creciente número de satélites activos. Como respuesta, esta tesis propone dos nuevos filtros anticonjunción inspirados en los filtros geométricos clásicos: el filtro de apogeo-perigeo, que compara los extremos de los radios de las órbitas para descartar pares sin superposición; y el filtro de trayectoria orbital, que calcula la distancia mínima entre órbitas, descartando aquellas que superan un umbral de seguridad. Los filtros incorporan el efecto de los armónicos zonales —la principal fuente de perturbación en la órbita terrestre baja— mediante el concepto de Space Occupancy y la teoría de Cook. Aplicados a una población simulada, estos filtros descartan el 93.5% de las parejas, reduciendo el número de parejas de 143.66 millones a tan solo 9.31 millones, sin incurrir en falsos negativos. Asimismo, esta tesis amplía teóricamente el marco de Cook para incluir correcciones de segundo orden en la excentricidad, mejorando la precisión de las predicciones orbitales. Además, se desarrolla una extensión adicional para incorporar los armónicos teserales, lo que permite un tratamiento más completo de las irregularidades del campo gravitatorio terrestre. Posteriormente, los filtros se refinan mediante muestreo, que permite incorporar la capacidad de analizar objetos que realizan maniobras durante el período de análisis. Por otra parte, se introduce un modelo analítico que estima el efecto de la resistencia atmosférica a través del decaimiento del semieje mayor, abordando así los dos principales desafíos de este tipo de filtros. Al ser validados con datos reales de la constelación Starlink, el proceso de filtrado descarta el 83.2% de las parejas iniciales, mientras mantiene en cero los falsos negativos, lo que confirma tanto la robustez de los filtros como la fiabilidad de los resultados obtenidos en simulación.

Author dc:creator

• Sánchez Rivero, Ana

Advisors dc:contributor.advisor

• Bombardelli, Claudio
• Vázquez Valenzuela, Rafael

Statement dc:rights

• Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Language dc:language.iso

eng

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/11441/183755

OAI identifier oai:identifier

oai:idus.us.es:11441/183755