Vuosikymmenien ajan tutkijat ovat yrittäneet selvittää satelliittien vähimmäismäärän, jotka pystyisivät näkemään kaikki maapallon kohdat. Tätä kysymystä motivoi osittain avaruusjätteiden kasvava ongelma, mutta myös kustannus- ja tehokkuusnäkökohdat. 1980-luvun puoliväliin mennessä tutkija John E. Draim ehdotti ratkaisua tähän ongelmaan sarjassa tutkimuksia, joissa väitettiin, että nelisatelliittinen konstellaatio oli kaikki mitä tarvitaan.
Valitettavasti hänen ratkaisu ei ollut tuolloin yksinkertaisesti käytännöllinen, koska satelliittien pitämiseksi kiertoradalla tarvitaan valtava määrä ponneaineita. Mutta äskettäisen yhteistyötutkimuksen ansiosta tutkijaryhmä on löytänyt oikean yhdistelmän tekijöitä mahdollistamaan neljasatelliittinen konstellaatio. Heidän havaintonsa voisivat edistää tietoliikenteen, navigoinnin ja kaukokartoituksen kehitystä vähentäen samalla kustannuksia.
Niiden havaintoja kuvaava tutkimus ilmestyi äskettäin lehdessä Luontoviestintä ja sitä johti Cornellin yliopiston siviili- ja ympäristötekniikan professori Patrick Reed. Reediin liittyivät The Aerospace Corporationin ja Kalifornian Davisin yliopiston insinöörit ja tutkijat National Science Foundationin (NSF) tuella.
Ryhmä käsitteli kaikkia tekijöitä, jotka aiheuttavat satelliittien deorboitumisen ajan myötä, jotta voidaan pitää yllä toimiva yhdistelmä, jonka satelliittien määrä on vähimmäismäärä. Näitä ovat maan painovoimakenttä, ilmakehän vetäytyminen, Kuun ja aurinkojen painovoimavaikutus sekä aurinkosäteilyn aiheuttama paine. Kuten Reed selitti:
”Yksi mielenkiintoisista kysymyksistä oli, voimmeko todella muuttaa nämä voimat? Sen sijaan, että hajottaisimme järjestelmää, voimmeko todella kääntää sen sellaisella tavalla, että tähdistö hakee energiaa näiltä voimilta ja käyttää niitä aktiiviseen hallitsemiseen? "
Yhteistyössä tehty tutkimus yhdisti Aerospace Corporationin asiantuntemuksen huipputeknisestä astrofysiikasta, operatiivisesta logistiikasta ja simulaatioista Reedin omalla asiantuntemuksella AI-pohjaisissa tietojenkäsittelytyökaluissa. Ryhmä luottaa myös Blue Waterin supertietokonetta Illinoisin yliopistossa seulomaan satojen tuhansien mahdollisten kiertoratojen ja häiriöiden yhdistelmien läpi.
Kuten Lake A. Singh, The Aerospace Corporationin Future Architectures -osaston järjestelmäjohtaja, selitti:
”Hyödynnimme Aerospacen konstellaation suunnittelutaitoa Cornellin älykkään hakuanalyysin johdolla ja löysimme toiminnallisesti toteutettavan vaihtoehdon Draim-konstellaation suunnittelulle. Nämä yhdistelmäsuunnitelmat voivat tarjota merkittäviä etuja operaation suunnittelijoille suunnitelmille, jotka toteutetaan geostaattorisilla kiertoradalla ja sen ulkopuolella. "
Ajan myötä joukkue pystyi kaventamaan tähtikuviosuunnitelmaansa kahteen malliin. Yhdessä satelliitit voisivat kiertää 24 tunnin ajan ja saavuttaa 86%: n kattavuus maailmanlaajuisesti. Toisaalta satelliitit kiertävät 48 tunnin ajan ja saavuttavat 95%: n peiton. Vaikka molemmat olivat ujo 100-prosenttisesti, joukkue totesi, että pienen suojamarginaalin uhraaminen johtaisi merkittävään kompromissiin.
Tähän sisältyy kyky valjastaa enemmän energiaa samasta painovoima- ja aurinkosäteilystä, mikä yleensä tekisi satelliittien vaikeasti hallittavissa ja aiheuttaisi niiden kiertoratojen rapistumisen. Lisäksi satelliittioperaattorit pystyisivät valvomaan, missä peittoaukkoja ilmenisi, ja ne kestäisivät korkeintaan 80 minuuttia päivässä. Kuten Reed sanoi, tämä kompromissi on sen arvoista:
”Tämä on yksi niistä asioista, joissa täydellisyyteen pyrkiminen todellakin saattaisi hidastaa innovaatiota. Ja et oikeastaan luovuta dramaattisesta määrästä. Voi olla tehtäviä, joissa tarvitset ehdottomasti kattavuutta kaikkialla maapallolla, ja tällöin joudut käyttämään vain enemmän satelliitteja tai verkkoon kytkettyjä antureita tai hybridilaitteita. "
Muita tämäntyyppisen passiivisen satelliittiohjauksen etuja ovat tapa, jolla se voi pidentää konstellaation eliniän 5-15 vuoteen. Ne vaativat myös vähemmän ponneainetta ja pystyisivät kellumaan korkeammissa korkeuksissa vähentäen siten törmäysriskiä avaruusaluksilla ja muilla kiertävillä esineillä. Mutta suurin myyntikohta on, kuinka kustannustehokasta tätä asennusta verrataan tavanomaisiin satelliittiyhdistelmiin.
Tämä tekee siitä erityisen houkuttelevan kansakunnille tai kaupallisille ilmailu- ja avaruusalan yrityksille, joilla ei ole tarvittavia taloudellisia resursseja suurten yhdistelmien lähettämiseen.
Jopa yksi satelliitti voi maksaa satoja miljoonia tai miljardeja dollareita riippuen siitä, mitkä anturit ovat siinä ja mikä sen tarkoitus on. Joten uuden alustan käyttäminen, jota voit käyttää olemassa olevissa ja nousevissa tehtävissä, on aika siisti. Etäkartoituksessa, televiestinnässä, navigoinnissa, suuren kaistanleveyden havainnoinnissa ja palautteessa on tilaa ympäri tilaa, ja se kehittyy erittäin nopeasti. On todennäköisesti kaikenlaisia sovelluksia, jotka voisivat hyötyä pitkäikäisestä, itse mukautuvasta satelliittiyhdistelmästä, joka on lähes maailmanlaajuinen. "
Tämä tutkimus ei ratkaise vain meneillään olevaa satelliittipeittoa ja tähtikuvioiden ylläpitoa koskevaa kysymystä. Se edistää myös tietoliikenteen, navigoinnin ja kaukokartoituksen kehitystä. Lähitulevaisuudessa lukemattomia satelliitteja lähetetään avaruuteen tarjoamaan satelliitti-Internetiä (SpaceX: n Starlink-tähdistö), suorittamaan tieteellisiä kokeita ja seuraamaan maan ilmakehää ja pintaa.
Tämän ja siihen liittyvien huolenaiheiden välillä avaruusjätteistä on mahtavaa käyttää kykyä tehdä enemmän vähemmällä (ja vähemmän rahalla)!
