Десятиліттями вчені намагаються з'ясувати мінімальну кількість супутників, які змогли б побачити кожну точку Землі. Це питання частково мотивоване зростаючою проблемою космічного сміття, а також міркуванням витрат та ефективності. До середини 1980-х років дослідник Джон Е. Дрейм запропонував вирішити цю проблему в ряді досліджень, стверджуючи, що чотири супутникове сузір'я - це все, що потрібно.
На жаль, його рішення в той час просто не було практичним, оскільки для утримання супутників на орбіті знадобиться величезна кількість палива. Але завдяки недавньому спільному дослідженню команда дослідників знайшла правильну комбінацію факторів, щоб зробити можливим чотири супутникове сузір'я. Їхні висновки можуть сприяти прогресу в галузі телекомунікацій, навігації та дистанційного зондування, одночасно знижуючи витрати.
Дослідження, що описує їхні висновки, нещодавно з’явилось у журналі Природа комунікацій його очолив Патрік Рід, професор цивільної та екологічної інженерії в Корнельському університеті. До Рід приєдналися інженери та вчені з аерокосмічної корпорації та Каліфорнійського університету, штат Девіс, за підтримки Національного наукового фонду (NSF).
Щоб вирішити питання, як зберегти функціонуючу сузір'я з мінімальною кількістю супутників, команда розглянула всі фактори, які змушують супутники деорбітувати з часом. До них належать гравітаційне поле Землі, атмосферне тягання, гравітаційний вплив Місяця та Сонця та тиск від сонячного випромінювання. Як пояснив Рід:
«Одне з цікавих питань у нас було: чи ми можемо насправді трансформувати ці сили? Замість того, щоб деградувати систему, чи можемо ми насправді її перевернути таким чином, що сузір'я забирає енергію з цих сил і використовує їх для активного управління собою? "
Спільне дослідження об'єднало досвід корпорації "Аерокосмічна компанія" у галузі передових астрофізики, оперативної логістики та моделювання з власним досвідом Reed у галузі інструментів пошуку комп'ютерів на основі AI. Команда також покладалася на суперкомп'ютер "Блакитної води" в Університеті Іллінойсу, щоб просіяти сотні тисяч можливих орбіт і комбінацій збурень.
Як пояснив Лейк А. Сінгх, директор із систем управління майбутніх архітектурних корпорацій аерокосмічної корпорації:
"Ми скористалися досвідом проектування сузір'я Aerospace з керівництвом Корнелла в області інтелектуальної пошукової аналітики і відкрили оперативно можливу альтернативу дизайну сузір'я Дрейма. Ці конструкції сузір’їв можуть надавати істотні переваги планувальникам місій для концепцій, що знаходяться на геостаціонарних орбітах і поза ними ».
З часом команда змогла звузити свої конструкції сузір’їв до двох моделей. В одному, супутники могли орбітувати протягом 24 годин і досягти 86% глобального покриття. З іншого боку, супутники виходили б на орбіту протягом 48-годинного періоду і досягали б 95% охоплення. Хоча обидва соромляться на 100%, команда виявила, що жертвувати невеликою маржею покриття призведе до значних компромісів.
Сюди входить можливість використовувати більше енергії від тієї ж гравітаційної та сонячної радіації, яка, як правило, ускладнить супутники в управлінні та спричинить занепад їх орбіт. Крім того, супутникові оператори зможуть контролювати, де будуть виникати прогалини в покритті, і це триватиме не більше 80 хвилин на день. Як сказав Рід, цей компроміс того вартий:
«Це одна з тих речей, де прагнення до досконалості насправді може стримувати нововведення. І ви насправді не відмовляєтесь від драматичної суми. Можуть бути місії, де вам абсолютно потрібне висвітлення у будь-якій точці Землі, і в цих випадках вам просто доведеться використовувати більше супутників або мережевих датчиків або гібридних платформ. "
Інші переваги цього типу пасивного супутникового управління включають те, що воно потенційно може продовжити тривалість життя сузір'я з 5 до 15 років. Вони також потребуватимуть меншої кількості палива і зможуть плавати на більш високих висотах, знижуючи, таким чином, ризик удару космічними кораблями та іншими орбітальними об'єктами. Але найбільшим продажем є те, наскільки рентабельним було б це налаштування порівняно зі звичайними супутниками супутників.
Це робить його особливо привабливим для країн або комерційних аерокосмічних компаній, які не мають необхідних фінансових ресурсів для розміщення великих сузір'їв.
«Навіть один супутник може коштувати сотні мільйонів або мільярди доларів, залежно від того, які датчики на ньому є і яка його мета. Тож наявність нової платформи, яку ви можете використовувати в рамках існуючих та нових місій, є досить охайною. Існує великий потенціал для дистанційного зондування, телекомунікацій, навігації, зондування високої пропускної здатності та зворотного зв'язку навколо простору, і це розвивається дуже-дуже швидко. Ймовірно, всілякі програми, які можуть отримати користь від довговічного супутникового сузір'я, що само адаптується, з майже глобальним покриттям. "
Це дослідження не тільки вирішує поточне питання щодо супутникового покриття та утримання сузір'їв. Він також пропонує досягти прогресу в галузі телекомунікацій, навігації та дистанційного зондування. Найближчим часом незліченні супутники будуть відправлені в космос для забезпечення супутникового Інтернету (сузір'я StarX SpaceX), проведення наукових експериментів та моніторингу атмосфери та поверхні Землі.
Між цим та пов’язаними з цим занепокоєннями щодо космічного сміття, можливість зробити більше за менший (та за менші гроші) стане в нагоді!
