Spatial computing to support space traffic management

In recent years, space traffic has been increasing exponentially due to new trends in technology, economics, and the organization of the field. With the rise in the number of objects in orbit, the probability of break-up events has also grown. Researchers, engineers, and policymakers are actively developing new tools and policies to address this emerging challenge. This thesis presents a novel tool for studying the evolution of a break-up event within the dynamic context of space and assessing its impact on active satellites. To achieve this, a Voronoi diagram-based discretization of Low Earth Orbit (LEO) is applied, using the positions of active satellites. This is followed by an analysis of the density evolution within these diagrams. This approach provides a more comprehensive understanding of debris distribution in response to a fragmentation event and its potential impact on active satellites. To aid in the visualization and interpretation of this discretization, a VR tool was developed, allowing users to explore the spatial dynamics interactively. A key aspect of this work is computational efficiency. Initial processing is carried out in a Python environment, while the VR visualization leverages Unreal Engine for optimal performance and immersive experience. This tool contributes to the field by offering an efficient solution for assessing space debris scenarios and enhancing situational awareness in LEO. This algorithm is capable of determining the affected satellites in the event of a break-up, providing information about the density of space near the satellites. Additionally, it offers a visual tool to understand the evolution of the event.

Negli ultimi anni, il traffico spaziale è aumentato esponenzialmente a causa delle nuove tendenze nella tecnologia, nell’economia e nell’organizzazione del settore. Con l’aumento del numero di oggetti in orbita, è cresciuta anche la probabilità di eventi di frammentazione. Ricercatori, ingegneri e responsabili politici stanno sviluppando attivamente nuovi strumenti e politiche per affrontare questa sfida emergente. Questa tesi presenta un nuovo strumento per studiare l’evoluzione di un evento di frammentazione nel contesto dinamico dello spazio e valutarne l’impatto sui satelliti attivi. A tal fine, viene applicata una discretizzazione dell’orbita terrestre bassa (LEO) basata su diagrammi di Voronoi, utilizzando le posizioni dei satelliti attivi. Successivamente, viene effettuata un’analisi dell’evoluzione della densità all’interno di questi diagrammi. Questo approccio fornisce una comprensione più approfondita della distribuzione dei detriti in risposta a un evento di frammentazione e del suo potenziale impatto sui satelliti attivi. Per supportare la visualizzazione e l’interpretazione di questa discretizzazione, è stato sviluppato uno strumento VR che consente agli utenti di esplorare interattivamente le dinamiche spaziali. Un aspetto fondamentale di questo lavoro è l’efficienza computazionale. L’elaborazione iniziale viene eseguita in un ambiente Python, mentre la visualizzazione VR utilizza Unreal Engine per garantire prestazioni ottimali e un’esperienza immersiva. Questo strumento contribuisce al settore offrendo una soluzione efficiente per valutare scenari di detriti spaziali e migliorare la consapevolezza della situazione nell’orbita terrestre bassa (LEO). Questo algoritmo è in grado di determinare i satelliti impattati in caso di evento di frammentazione, fornendo informazioni sulla densità dello spazio vicino ai satelliti. Inoltre, offre uno strumento visivo per comprendere l’evoluzione dell’evento.