De zeci de ani, oamenii de știință încearcă să-și dea seama de numărul minim de sateliți care ar putea vedea fiecare punct de pe Pământ. Această întrebare este motivată parțial de creșterea problemei de resturi spațiale, dar și de considerente de cost și eficiență. Până la mijlocul anilor '80, cercetătorul John E. Draim a propus o soluție la această problemă într-o serie de studii, susținând că era nevoie de o constelație cu patru sateliți.
Din păcate, soluția sa nu era practic practică la acea vreme, deoarece ar fi nevoie de o cantitate imensă de propulsor pentru a menține sateliții pe orbită. Dar, datorită unui studiu de colaborare recent, o echipă de cercetători a găsit combinația potrivită de factori pentru a face posibilă o constelație cu patru sateliți. Descoperirile lor ar putea conduce progrese în telecomunicații, navigație și teledetecție, reducând totodată costuri.
Studiul care descrie descoperirile lor a apărut recent în jurnal Comunicații Natura și a fost condus de Patrick Reed, profesor de inginerie civilă și de mediu la Universitatea Cornell. La Reed i s-au alăturat ingineri și oameni de știință de la The Aerospace Corporation și de la Universitatea din California, Davis, cu sprijinul oferit de National Science Foundation (NSF).
Pentru a rezolva problema modului de a menține o constelație funcțională cu un număr minim de sateliți, echipa a luat în considerare toți factorii care determină deorbitarea sateliților în timp. Acestea includ câmpul gravitațional al Pământului, tracțiunea atmosferică, influența gravitațională a Lunii și a Soarelui și presiunea radiațiilor solare. După cum a explicat Reed:
„Una dintre întrebările interesante pe care le-am avut a fost: putem transforma aceste forțe? În loc să degradăm sistemul, putem efectiv să-l fluturăm astfel încât constelația să strângă energie din aceste forțe și să le folosească pentru a se controla activ? ”
Studiul de colaborare a reunit expertiza Corporației Aerospațiale în domeniul astrofizicii, logisticii operaționale și simulărilor cu experiența proprie a Reed în instrumentele de căutare de calcul bazate pe AI. Echipa s-a bazat, de asemenea, pe supercomputerul Blue Water de la Universitatea din Illinois, pentru a trece prin sute de mii de orbite posibile și combinații de perturbații.
După cum a explicat Lake A. Singh, directorul de sisteme al departamentului Arhitecturi viitoare al Aerospace Corporation:
„Am exploatat expertiza în designul constelației Aerospace cu conducerea Cornell în analiza inteligentă a căutării și am descoperit o alternativă posibilă din punct de vedere operațional la designul constelației Draim. Aceste modele de constelație pot oferi avantaje substanțiale planificatorilor de misiuni pentru concepte de pe orbitele geostationare și nu numai. "
De-a lungul timpului, echipa a reușit să-și restrângă modelele de constelație la două modele. Într-una, sateliții ar putea orbita pentru o perioadă de 24 de ore și ar putea atinge o acoperire globală de 86%. Pe de altă parte, sateliții s-ar orbita pentru o perioadă de 48 de ore și ar atinge o acoperire de 95%. În timp ce amândoi au căzut timid de 100%, echipa a descoperit că sacrificarea unei mici marje de acoperire ar duce la o eliminare semnificativă.
Aceasta include capacitatea de a valorifica mai multă energie din aceeași radiație gravitațională și solară care, în mod obișnuit, va face sateliții dificil de controlat și va provoca descompunerea orbitelor lor. În plus, operatorii de sateliți ar fi capabili să controleze unde ar apărea lacunele de acoperire, iar acestea ar dura doar 80 de minute pe zi. După cum a spus Reed, această compensare merită:
„Acesta este unul dintre acele aspecte în care urmărirea perfecțiunii ar putea efectiv stufia inovația. Și nu prea renunți la o sumă dramatică. S-ar putea să existe misiuni în care aveți nevoie absolut de acoperire peste tot pe Pământ și, în aceste cazuri, va trebui doar să utilizați mai mulți sateliți sau senzori în rețea sau platforme hibride. "
Alte avantaje ale acestui tip de control pasiv prin satelit includ modul în care ar putea prelungi viața unei constelații de la 5 la 15 ani. De asemenea, ar fi nevoie de mai puțin propulsor și ar putea să plutească la cote mai mari, reducând astfel riscul de impact cu navele spațiale și alte obiecte orbitante. Însă cel mai mare punct de vânzare este cât de rentabilă ar fi această configurare cu comparația constelațiilor satelite convenționale.
Acest lucru îl face să apeleze în special la națiuni sau companii aerospatiale comerciale care nu dispun de resursele financiare necesare pentru a implementa constelații mari.
„Chiar și un satelit poate costa sute de milioane sau miliarde de dolari, în funcție de ce senzori sunt pe acesta și care este scopul acestuia. Prin urmare, a avea o platformă nouă pe care o puteți folosi în cadrul misiunilor existente și emergente este destul de îngrijit. Există o mulțime de potențial pentru teledetecție, telecomunicații, navigație, detecție de lățime de bandă mare și feedback în jurul spațiului și aceasta evoluează foarte, foarte repede. Există, probabil, tot felul de aplicații care ar putea beneficia de o constelație de satelit cu auto-adaptare de lungă durată, cu acoperire globală aproape. ”
Acest studiu nu rezolvă doar o întrebare continuă despre acoperirea satelitului și întreținerea constelațiilor. De asemenea, stă la baza avansurilor în telecomunicații, navigație și teledetecție. În viitorul apropiat, nenumărați sateliți vor fi trimiși în spațiu pentru a furniza internet prin satelit (constelația Starlink a SpaceX), pentru a realiza experimente științifice și pentru a monitoriza atmosfera și suprafața Pământului.
Între acestea și preocupările conexe cu privire la resturile spațiale, a fi capabil să faci mai mult cu mai puțini (și cu mai puțini bani) va veni la îndemână!
