I flere tiår har forskere prøvd å finne ut det minste antallet satellitter som vil kunne se alle punkter på jorden. Dette spørsmålet er delvis motivert av det voksende problemet med rusk, men også av hensyn til kostnader og effektivitet. På midten av 1980-tallet foreslo forsker John E. Draim en løsning på dette problemet i en serie studier, og hevdet at en konstellasjon med fire satellitter var alt som trengtes.
Dessverre var løsningen ganske enkelt ikke praktisk på det tidspunktet, siden det ville være nødvendig med en enorm mengde drivmiddel for å holde satellittene i bane. Men takket være en fersk samarbeidsstudie har et forskerteam funnet den rette kombinasjonen av faktorer for å gjøre en fir-satellittkonstellasjon mulig. Resultatene deres kan føre til fremskritt innen telekommunikasjon, navigasjon og fjernmåling og samtidig redusere kostnadene.
Studien som beskriver funnene deres nylig dukket opp i journalen Naturkommunikasjon og ble ledet av Patrick Reed, professor i sivil- og miljøteknikk ved Cornell University. Reed fikk selskap av ingeniører og forskere fra The Aerospace Corporation og University of California, Davis, med støtte gitt av National Science Foundation (NSF).
For å ta opp spørsmålet om hvordan man kan holde en fungerende konstellasjon med et minimum antall satellitter i gang, vurderte teamet alle faktorene som får satellitter til å deorbit over tid. Disse inkluderer jordens tyngdekraftfelt, atmosfærisk drag, tyngdekraften fra månen og solen og trykk fra solstråling. Som Reed forklarte:
"Et av de interessante spørsmålene vi hadde var, kan vi faktisk forandre de kreftene? I stedet for å forringe systemet, kan vi faktisk snu det slik at stjernebildet høster energi fra kreftene og bruker dem til å aktivt kontrollere seg selv? "
Den samarbeidsstudien samlet The Aerospace Corporation sin ekspertise innen nyskapende astrofysikk, operasjonell logistikk og simuleringer med Reeds egen ekspertise innen AI-baserte databehandlingsverktøy. Teamet stolte også på Blue Waters superdatamaskin ved University of Illinois for å sile gjennom hundretusener av mulige baner og kombinasjoner av forstyrrelser.
Som Lake A. Singh, systemdirektøren for The Aerospace Corporation's Future Architectures-avdeling, forklarte:
"Vi utnyttet Aerospaces konstellasjonsdesignkompetanse med Cornells ledelse innen intelligent søkeanalyse og oppdaget et operasjonelt gjennomførbart alternativ til Draim-stjernebildet. Disse konstellasjonsdesignene kan gi vesentlige fordeler for oppdragsplanleggere for konsepter på geostasjonære baner og utover. "
Over tid kunne teamet begrense konstellasjonsdesignene sine til to modeller. I ett kan satellittene gå i bane i en 24-timers periode og oppnå 86% global dekning. På den andre siden ville satellittene gå i bane i en 48-timers periode og oppnå 95% dekning. Mens begge ble sky for 100%, fant teamet at å ofre en liten dekningsmargin ville føre til en betydelig avveining.
Dette inkluderer muligheten til å utnytte mer energi fra den samme gravitasjons- og solstrålingen som vanligvis ville gjort satellitter vanskelig å kontrollere og føre til at banene deres forfall. I tillegg vil satellittoperatører kunne kontrollere hvor hullene i dekningen skulle oppstå, og disse vil vare i bare 80 minutter om dagen. Som Reed sa, er denne avveiningen verdt det:
“Dette er en av de tingene der jakten på perfeksjon faktisk kan stimulere innovasjonen. Og du gir egentlig ikke opp et dramatisk beløp. Det kan være oppdrag der du absolutt trenger dekning overalt på jorden, og i disse tilfellene må du bare bruke flere satellitter eller nettverkssensorer eller hybridplattformer. ”
Andre fordeler med denne typen passiv satellittkontroll inkluderer måten den potensielt kan forlenge en konstellasjons levetid fra 5 til 15 år. De vil også kreve mindre drivmiddel og vil kunne flyte i høyere høyder, og redusere risikoen for påvirkning med romfartøyer og andre gjenstander i bane. Men det største salgsargumentet er hvor kostnadseffektivt dette oppsettet vil bli sammenlignet med konvensjonelle satellittkonstellasjoner.
Dette gjør det spesielt tiltalende for nasjoner eller kommersielle luftfartsselskaper som ikke har de nødvendige økonomiske ressursene for å distribuere store konstellasjoner.
Selv en satellitt kan koste hundrevis av millioner eller milliarder dollar, avhengig av hvilke sensorer som er på den og hva dens formål er. Så det å ha en ny plattform som du kan bruke på tvers av eksisterende og nye oppdrag er ganske pent. Det er mye potensial for fjernmåling, telekommunikasjon, navigasjon, sensing med høy båndbredde og tilbakemeldinger rundt i rommet, og det utvikler seg veldig, veldig raskt. Det er sannsynligvis alle slags applikasjoner som kan dra nytte av en langvarig, selvtilpasende satellittkonstellasjon med nær global dekning. "
Denne studien løser ikke bare et pågående spørsmål om satellittdekning og vedlikehold av konstellasjoner. Det står også for å drive fremskritt innen telekommunikasjon, navigasjon og fjernmåling. I løpet av en nær fremtid vil utallige satellitter bli sendt til verdensrommet for å tilby satellitt-internett (SpaceXs Starlink-stjernebild), gjennomføre vitenskapelige eksperimenter og overvåke Jordens atmosfære og overflate.
Mellom dette og relaterte bekymringer rundt rusk, vil det være nyttig å være i stand til å gjøre mer med mindre (og for mindre penger)!
