De la Iași, o soluție pentru una dintre cele mai mari amenințări din spațiu

Spațiul din jurul Pământului a devenit, în ultimele decenii, un adevărat câmp minat. Peste 100 de milioane de fragmente de deșeuri spațiale – bucăți de sateliți dezafectați, resturi de rachete sau obiecte pierdute în timpul misiunilor – se deplasează cu viteze uriașe pe orbite greu de anticipat. O singură coliziune poate distruge un satelit funcțional și poate genera pagube de miliarde de dolari. În acest context global alarmant, o soluție inovatoare vine de la Iași, din laboratoarele Facultății de Matematică a Universității „Alexandru Ioan Cuza”.

O echipă de cercetători de la UAIC, în colaborare cu Universitatea Roma Tor Vergata, a dezvoltat o metodă matematică avansată care permite identificarea, clasificarea și urmărirea fragmentelor de gunoi spațial cu o acuratețe remarcabilă. Studiul, publicat în prestigioasa revistă Scientific Reports, parte a grupului Nature, demonstrează că matematica teoretică, combinată cu inteligența artificială, poate juca un rol-cheie în protejarea infrastructurii spațiale de care depindem zilnic.

În prezent, doar aproximativ 30.000 dintre cele peste 130 de milioane de obiecte aflate pe orbită sunt monitorizate constant de la sol. Restul fragmentelor, multe dintre ele de dimensiuni reduse, scapă sistemelor clasice de supraveghere. „Chiar și un obiect mai mic de un centimetru, care se deplasează cu până la 7 kilometri pe secundă, poate distruge un satelit activ”, explică Tudor Vartolomei, asistent universitar la Facultatea de Matematică din Iași și coautor al studiului.

Metoda propusă de cercetătorii de la Iași introduce conceptul de „elemente proprii” sau „adecvate” – cantități matematice care funcționează asemenea unor amprente unice ale fiecărui obiect aflat pe orbită. Aceste amprente descriu comportamentul dinamic al fragmentelor și rămân aproape constante pe perioade îndelungate de timp.

„Dacă mai multe obiecte au amprente similare, putem spune că provin din aceeași sursă, din aceeași familie de deșeuri... Astfel, nu doar că le putem grupa, dar putem înțelege și originea lor, ceea ce este esențial pentru monitorizare și prevenție”, explică Tudor Vartolomei.

La baza metodei stă teoria perturbațiilor pentru sisteme hamiltoniene – un instrument sofisticat al matematicii avansate. Cercetătorii au reușit să implementeze algoritmi care calculează aceste amprente, iar ulterior au integrat tehnici de învățare automată pentru a clasifica fragmentele cu o precizie de până la 99,4%.

Pentru a demonstra că metoda nu este doar un exercițiu teoretic, echipa a testat-o pe date reale, analizând fragmente provenite din două accidente spațiale majore: satelitul SATCOM 3, lansat în 1979, și racheta ATLAS 5 CENTAUR R/B, lansată în 2018. Algoritmul a identificat și clasificat corect zeci și sute de fragmente, menținând o acuratețe de aproape 95% pe o perioadă de monitorizare de 20 de ani.

Un alt avantaj major al metodei este eficiența: algoritmul are nevoie de doar 5–10% din date pentru antrenare. Acest lucru înseamnă că poate funcționa chiar și în condiții de informații incomplete – o realitate frecventă în monitorizarea spațială.

De la prima lansare spațială din 1957 și până astăzi, peste 750 de accidente au contribuit la acumularea de deșeuri pe orbită. Fără soluții inovatoare, riscul de coliziuni în lanț – cunoscut sub numele de sindromul Kessler – ar putea face anumite orbite inutilizabile.

Cercetarea realizată la UAIC plasează Iașul pe harta internațională a științei aplicate în domeniul spațial. „Ne dorim să extindem metoda și să dezvoltăm propriul nostru algoritm de inteligență artificială, capabil să monitorizeze în timp real noile fragmente observate”, spune Tudor Vartolomei.

Pentru Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, acest proiect confirmă rolul tot mai important al cercetării fundamentale cu aplicații directe în probleme globale. Deși soluția a fost concepută într-un laborator de matematică din Iași, impactul ei se poate resimți la nivel planetar, protejând sateliții fără de care viața modernă – de la GPS și internet, până la prognoza meteo – ar fi de neconceput.

Într-o lume în care spațiul devine tot mai aglomerat, matematica de la Iași demonstrează că poate oferi nu doar formule elegante, ci și soluții concrete pentru siguranța viitorului. Daniel BACIU