Vệ tinh giúp chúng ta xem trực tuyến các chương trình yêu thích, gọi điện và nhắn tin cho bạn bè, kiểm tra thời tiết và sử dụng ứng dụng định vị, cũng như mua sắm trực tuyến. Vệ tinh cũng giám sát khí hậu Trái đất, diện tích cây trồng nông nghiệp, môi trường sống của động vật hoang dã và tác động của thiên tai.
Khi chúng ta tìm ra nhiều ứng dụng hơn cho chúng, số lượng vệ tinh đã tăng lên chóng mặt. Ngày nay, có hơn 10.000 vệ tinh đang hoạt động trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Thêm 5.000 vệ tinh đã ngừng hoạt động khác trôi nổi trong khu vực này, cùng với hơn 100 triệu mảnh vụn bao gồm mọi thứ từ các tầng tên lửa đã qua sử dụng đến các mảnh sơn của tàu vũ trụ.
Đối với Richard Linares của MIT, sự gia tăng nhanh chóng số lượng vệ tinh đặt ra những câu hỏi cấp bách: Làm thế nào chúng ta có thể quản lý an toàn lưu lượng giao thông và tình trạng tắc nghẽn ngày càng gia tăng trong không gian? Và đến lúc nào chúng ta sẽ đạt đến giới hạn sức chứa quỹ đạo, nơi việc bổ sung thêm vệ tinh sẽ không bền vững, và trên thực tế có thể gây nguy hiểm cho tàu vũ trụ và các dịch vụ mà chúng ta phụ thuộc vào?
Linares đứng đầu Phòng thí nghiệm Động lực học vũ trụ, Robot không gian và Điều khiển (ARCLab) của MIT, một nhóm nghiên cứu ứng dụng động lực học vũ trụ (chuyển động và quỹ đạo của các vật thể quay quanh Trái đất) để giúp theo dõi và quản lý hàng triệu vật thể trên quỹ đạo quanh Trái đất. Nhóm này cũng phát triển các công cụ để dự đoán sự thay đổi của giao thông vũ trụ và mảnh vỡ không gian khi các nhà khai thác phóng các "siêu chòm sao" vệ tinh lớn vào không gian.
Ông cũng đang nghiên cứu ảnh hưởng của thời tiết không gian lên vệ tinh, cũng như việc biến đổi khí hậu trên Trái đất có thể hạn chế số lượng vệ tinh có thể bay an toàn trên quỹ đạo trong không gian như thế nào. Và, dự đoán rằng các vệ tinh sẽ phải thông minh hơn và nhanh hơn để điều hướng trong môi trường phức tạp hơn, Linares đang nghiên cứu trí tuệ nhân tạo để giúp các vệ tinh tự động học hỏi và suy luận nhằm thích ứng với các điều kiện thay đổi và khắc phục sự cố trên tàu.
Là một giảng viên trẻ tại khoa Hàng không Vũ trụ tại MIT, Linares đã tập trung vào một thách thức mới nổi: tính bền vững của không gian. Vào khoảng thời gian đó, các chòm sao vệ tinh đầu tiên được phóng lên quỹ đạo Trái đất tầm thấp với dự án Starlink của SpaceX, nhằm mục đích cung cấp vùng phủ sóng internet toàn cầu thông qua một mạng lưới khổng lồ gồm hàng nghìn vệ tinh phối hợp. Việc phóng quá nhiều vệ tinh vào các quỹ đạo vốn đã có các vệ tinh đang hoạt động và không hoạt động khác, cùng với hàng triệu mảnh vụn không gian, đã đặt ra câu hỏi về cách quản lý lưu lượng vệ tinh một cách an toàn và lượng lưu lượng mà một quỹ đạo có thể chịu đựng được.
Nhóm nghiên cứu của Linares đã áp dụng sự hiểu biết về động lực học thiên thể và vật lý về cách các vật thể chuyển động trong không gian để tìm ra cách tốt nhất để sắp xếp các vệ tinh trong các "lớp vỏ" hoặc "làn đường" quỹ đạo, nhằm giảm thiểu tối đa va chạm. Họ cũng đã phát triển một mô hình giao thông quỹ đạo hiện đại, có khả năng mô phỏng quỹ đạo của hơn 10 triệu vật thể riêng lẻ trong không gian. Các mô hình trước đây bị hạn chế hơn nhiều về số lượng vật thể mà chúng có thể mô phỏng chính xác. Mô hình mã nguồn mở của Linares, được gọi là Công cụ Đánh giá Khả năng Quỹ đạo của MIT (MOCAT), có thể tính đến hàng triệu mảnh vụn không gian, ngoài nhiều vệ tinh còn nguyên vẹn trên quỹ đạo.
Các công cụ mà nhóm nghiên cứu đã phát triển hiện đang được các nhà khai thác vệ tinh sử dụng để lập kế hoạch và dự đoán quỹ đạo an toàn cho tàu vũ trụ. Nhóm của ông đang tiếp tục nghiên cứu các vấn đề về quản lý giao thông vũ trụ và năng lực quỹ đạo. Họ cũng đang mở rộng sang lĩnh vực robot vũ trụ. Nhóm đang thử nghiệm các phương pháp điều khiển từ xa một robot hình người, điều này có thể giúp xây dựng cơ sở hạ tầng trong tương lai và thực hiện các nhiệm vụ kéo dài trong không gian.
Linares cũng đang nghiên cứu trí tuệ nhân tạo, bao gồm cả các phương pháp giúp vệ tinh có thể tự động "học hỏi" từ kinh nghiệm của mình và thích nghi an toàn với môi trường không chắc chắn.
“Hãy tưởng tượng nếu mỗi vệ tinh đều có một ‘Doc Draper’ ảo trên tàu, người có thể thực hiện việc gỡ lỗi mà chúng ta đã làm từ mặt đất trong các sứ mệnh Apollo”, Linares nói. “Bằng cách đó, các vệ tinh sẽ trở nên mạnh mẽ hơn ngay lập tức. Và điều đó không có nghĩa là loại bỏ yếu tố con người. Nó cho phép vai trò của con người được nâng cao. Tôi nghĩ điều đó hoàn toàn khả thi”.