Aplicación de la Teoría de Redes Complejas al Análisis de Vulnerabilidades de una Red de Satélites

Abstract

Ante el auge de las nuevas constelaciones de satélites en la carrera espacial actual se ha producido un incremento en el número de cuerpos orbitando alrededor de la Tierra. Con un número aproximado de 4.550 satélites operativos en órbita, el número de impactos y basura espacial generada ha aumentado en los últimos años. La Agencia Espacial Europea estima que actualmente 36.500 objetos con un diámetro superior a los 10 cm, 1 millón de objetos de entre 1 cm y 10 cm y 330 millones de objetos de entre 1 mm y 1 cm se encuentran en órbita.

El objetivo de este proyecto es la identificación de vulnerabilidades en constelaciones de satélites situados en órbitas bajas (LEO), aplicando para ello la Teoría de Redes Complejas. Se buscarán los satélites más vulnerables en base a sus conexiones con el resto de la red y se analizará su riesgo potencial en función de posibles colisiones con otros satélites o con basura espacial que pueda encontrarse en sus órbitas.

Para ello se creará una herramienta, codificada en Matlab, que permita la visualización de las posiciones de varios satélites simultáneamente para intervalos de tiempos determinados. Tras esto se podrán ver las redes que genera cada constelación de satélites en instantes de tiempo concretos. Aplicando la Teoría de Redes Complejas se analizará la situación de estas y el efecto que pueda producir en ellas la pérdida de satélites de forma iterativa. Estos datos se cruzarán con los de basura espacial y colisiones para analizar los puntos con un mayor nivel de riesgo asociado.

With the rise of new satellite constellations in the current space race, there has been an increase in the number of bodies orbiting the Earth. With approximately 4,550 operational satellites in orbit, the number of impacts and space debris generated has increased in recent years. The European Space Agency estimates that 36,500 objects with a diameter greater than 10 cm, 1 million objects between 1 cm and 10 cm and 330 million objects between 1 mm and 1 cm are currently in orbit. The objective of this project is the identification of vulnerabilities in constellations of satellites located in low orbits (LEO), applying the Complex Network Theory. The most vulnerable satellites will be searched based on their connections with the rest of the network and their potential risk will be analyzed in terms of possible collisions with other satellites or with space debris that may be found in their orbits. For this purpose, a tool that allows the visualization of the positions of several satellites simultaneously for determined time intervals will be coded in Matlab. After this, it will be possible to see the networks generated by each satellite constellation at specific time instants. Applying the Complex Network Theory, the situation of these networks and the effect that the loss of satellites may have on them will be analyzed iteratively. These data will be crossed with those of space debris and collisions to analyze the points with a higher level of associated risk.