In this report I present a feasibility study of using open astronomical data to make Initial Orbit Determination (IOD) for Resident Space Objects (RSO) appearing as streaks in telescope images. The purpose is to contribute to Space Surveillance and Tracking (SST) for maintaining Space Situation Awareness (SSA). Data from different wide-field survey telescopes were considered but due to availability constraints only mask images from Zwicky Transient Facility (ZTF) survey were chosen for the analysis. An algorithm was developed to detect streaks in the mask images and match them to RSO known to be within the Field of View (FoV) at the observation time. Further, the IOD was made with angles-only Laplace’s method and the state vectors calculated for the streaks from the IOD were compared to those from the TLE for the matching RSO. The algorithm was tested with 6 different image fields acquired between the 14th to the 16th December 2019, of which 4 are characterised as non-crowded and 2 as crowded. The streak finding algorithm has a better precision and sensitivity for the non-crowded field, with an F1-score of 0.65, but is worse for the crowded fields with an F1-score of 0.035. In the non-crowded fields 95% of all streak and object matches are true matches to unique RSO, while for the crowded field only 10% are true matches. It was found that the 1''/pixel resolution in the images is too low for doing an IOD with Laplace’s method, despite how well the streak finding algorithm performs. However, with some improvements, the method is suitable as a cost effective way to verify known RSO in catalogues. / I den här rapporten presenterar jag en studie om att använda öppen astronomiska data för att göra initial banbestämning för artificiella rymdobjekt avbildade som streck i teleskopbilder. Syftet är att tillhandahålla information för att upprätthålla en god rymdlägesbild. Data från olika kartläggnings teleskop övervägdes men på grund av begränsningar i tillgänglighet valdes endast mask-bilderna från Zwicky Transient Facility för analysen. En algoritm utvecklades för att upptäcka streck i mask-bilderna och matcha dem med kända objekt i bildens synfält vid observationstillfället. Vidare gjordes den initiala banbestämningen med Laplaces metod, som använder vinkelkoordinaterna för streckens position vid observationen. Tillståndsvektorerna för strecken och de matchade objekten jämfördes, de beräknades från den initiala banbestämningen respektive objektets TLE. Algoritmen testades med 6 olika bildfält från observationsdatum mellan den 14:e till den 16:e december 2019, av dessa karakteriseras 4 som glesa och 2 som fyllda. Algoritmen för streck detektering har bättre precision och känslighet för de glesa fälten, med ett F1-värde på 0.65, men sämre för de fulla fälten med ett F1-värde på 0.035. I de glesa fälten är 95% av alla streck- och objektmatchningar korrekta matchningar med unika objekt, medan för det fulla fälten är endast 10% korrekta matchningar. Det visar sig att upplösningen på 1''/pixel i bilderna är för låg för att göra en initial banbestämning med Laplaces metod, oavsett hur bra algoritmen för streck detektering presterar. Genom att göra vissa förbättringar i algoritmen är metoden lämplig för att, på ett kostnadseffektivt sätt, verifiera kända objekt i kataloger.

Since the early 2000s the space industry has undergone significant changes such as the advent of reusable launch vehicles and an increase of commercial opportunities. This new space age is characterized by a dynamic entrepreneurial climate, lowered barriers to access space and the emergence of new markets. New business models are being developed by many actors and the merging of space and other sectors continues, facilitating innovative and disruptive opportunities. Already established companies are adapting in various ways as efforts to stay relevant are gaining attention. The previous pace of development that was exclusively determined by governmental programs are now largely set by private and commercial ventures. Relating to all trends, new technologies and driving forces in the space industry is no trivial matter. By analyzing and examining identified trends and technologies the author has attempted to discern those that will have a significant impact on the industrial environment during the next decade. Market assessments have been summarized and interviews have been carried out. Discussions and conclusions relating to the services provided by the Swedish Space Corporation are presented. This report is intended to update the reader on the current status of the space industry, introduce concepts and provide relevant commentary on many important trends. / Sedan början av 2000-talet har det skett markanta förändringar inom rymdindustrin, såsom utvecklingen av återanvändningsbara raketer och en ökad mängd kommersiella möjligheter. Denna nya rymder a karaktäriseras av ett dynamiskt klimat för entreprenörer, minskande barriärer för att etablera rymdverksamhet och uppkomsten av nya marknader. Nya affärsmodeller utvecklas och integrering mellan rymden och andra industrier fortsätter, vilket ger utrymme för utveckling av innovativa och disruptiva idéer. Redan etablerade företag anpassar sig till förändringarna på olika sätt och ansträngningar för att bibehålla relevans prioriteras. Utvecklingstakten inom branschen var tidigare dominerad av statliga program men är nu alltmer influerad av privata och kommersiella satsningar. Att relatera till ny teknik, nuvarande trender och drivkrafter inom rymdindustrin är Jacob Ask is pursuing a Master of Science degree in Aerospace Engineering at KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, Sweden. Christer Fuglesang is a professor in Space Travel, director of KTH Space Center and responsible for the Aerospace Engineering master program. He serves as the examiner for this master thesis project. Linda Lyckman is the Head of Business & Technology Innovation at SSC and supervisor for this master thesis project. komplext. Genom att undersöka och analysera identifierade trender och teknologier ämnar författaren urskilja de som kan komma att påverka industrin i störst utsträckning under det kommande decenniet. Bedömningar av marknadsmöjligheter och intervjuer har genomförts och i denna rapport presenteras ¨aven diskussioner och slutsatser relaterade till den typ av tjänster som Swedish Space Corporation erbjuder. Denna rapport har för avsikt att uppdatera läsaren om delar av den aktuella nulägesanalysen inom rymdindustrin, introducera koncept och ge relevanta kommentarer om viktiga trender.

Space debris is becoming an increased threat to the future use of space orbits. In order to counteract this threat, the field of Space Situational Awareness (SSA), and the sub-field Space Surveillance and Tracking (SST), have been developed to gather knowledge about the space debris and satellites surrounding Earth. The orbit of a satellite can be determined by acquiring images of the satellite using a telescope and a sensor. During this thesis, a tool has been programmed in Python. This tool can simulate these types of images of satellite passes, at a given time and location. The simulator takes the system parameters of the telescope and camera sensor into account, together with several different types of disturbances which affect these images. The project has been carried out at the Swedish Space Corporation (SSC), which recently launched an SSA initiative. They plan to use these images to learn more about their upcoming observations, and possibly to test an orbit determination software. / Rymdskrot är ett allt mer påtagligt hot mot den framtida användningen av om-loppsbanor i rymden. För att motverka detta hot har det blivit viktigt att kartlägga rymdlägesbilden och de objekt som ligger i omloppsbana runt jorden. Detta görs genom att observera, identifiera och banbestämma satelliter. En satellits omlopps-bana kan bestämmas genom att ta bilder av satelliten med hjälp av ett teleskop och en sensor. Under detta examensarbete har ett verktyg för att kunna simulera sådana bilder utvecklats. Simuleringsverktyget har programmerats i Python och kan simulera bilder av satellitpass vid en given tidpunkt och från en given plats. Verktyget tar hänsyn till systemparametrarna för teleskopet och kamerasensorn, samt effekterna av ett flertal olika typer av störningar som påverkar dessa bilder. Projektet har genomförts hos företaget Swedish Space Corporation (SSC), som nyligen lanserade ett initiativ för att bättre förstå rymdlägesbilden. De planerar att använda dessa bilder för att lära sig mer om deras kommande observationer, samt att eventuellt testa en programvara för att bestämma banparametrar.

The increasing reliance on space infrastructure and its rapid expansion necessitate the development and enhancement of tools for space debris and fragmentation research. Accurate prediction of the risks associated with satellite fragmentation requires comprehensive understanding of the dynamics involved. To address this need, the widely used NASA Standard Breakup Model (SBM) is employed in this thesis to predict fragment characteristics resulting from breakup events. Additionally, a novel method is introduced to determine the direction of these fragments, something not directly covered by the SBM. Furthermore, the principle of kinetic gas theory is applied to calculate the overall, long-term collision risk between debris and a predetermined satellite population. The results from this reveal the limitations of the SBM in accurately simulating fragmentations for certain satellite types. However, the newly implemented fragment directionality method aligns well with observed data, suggesting its potential for further research. Similarly, the risk model exhibits strong correspondence with ESA's MASTER, a model used for assessing collision risks with debris, with the deviations likely due to different impact velocity models used. Finally, the validated fragmentation and risk models are combined, and the combined model is used to analyse a real-world fragmentation event. / Det ökande beroendet av rymdinfrastruktur, samt dess snabba expansion kräver utveckling och förbättring av verktyg för forskning och analys kring rymdskräp och fragmentering. För att förstå risken förknippad med satellitfragmentationer så krävs förståelse för den involverade dynamiken. För att tillgodose detta används NASA:s Standard Breakup Model (SBM) i denna avhandling för att bestämma fragmentegenskaper som bildas från olika sorters fragmentationshändelser. Dessutom introduceras en ny metod för att bestämma riktningen för dessa fragment, något som inte direkt täcks av SBM. Dessutom tillämpas principen för kinetisk gasteori för att beräkna den totala, långsiktiga kollisionsrisken mellan rymdskrot och en förutbestämd satellitpopulation. Resultaten från detta avslöjar SBM:s begränsningar när det gäller att simulera fragmenten för vissa satellittyper. Hursomhelst så kan man se att den nyligen implementerade fragmentriktningsmetoden stämmer väl överens med den observerade datan, vilket tyder på dess potential för ytterligare forskning. På samma sätt uppvisar riskmodellen överensstämmelse med ESA:s MASTER, en modell som används för att bedöma kollisionsrisker med rymdskrot, där avvikelser sannolikt beror på att olika kollisionshastighetmodeller används. Slutligen kombineras de validerade fragmenterings- och riskmodellerna, som sedan används för att bidra med analyser till en riktig fragmentationshändelse.