Že desetletja znanstveniki poskušajo ugotoviti najmanjše število satelitov, ki bi lahko videli vsako točko na Zemlji. To vprašanje je deloma motivirano z naraščajočo težavo vesoljskih naplavin, pa tudi z upoštevanjem stroškov in učinkovitosti. Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja je raziskovalec John E. Draim v vrsti raziskav predlagal rešitev tega problema in trdil, da je štiri satelitsko ozvezdje vse, kar je bilo potrebno.
Na žalost njegova rešitev takrat preprosto ni bila praktična, saj bi bilo potrebno ogromno pogonskega sredstva, da bi satelite držali v orbiti. Toda zahvaljujoč nedavni skupni študiji je skupina raziskovalcev našla pravo kombinacijo dejavnikov, ki so omogočili štiri satelitsko konstelacijo. Njihove ugotovitve bi lahko spodbudile napredek na področju telekomunikacij, navigacije in daljinskega zaznavanja, hkrati pa zmanjšale stroške.
Študija, ki opisuje njihove ugotovitve, se je nedavno pojavila v reviji Narava komunikacije vodil pa jo je Patrick Reed, profesor civilnega in okoljskega inženiringa na univerzi Cornell. Reedu so se pridružili inženirji in znanstveniki iz Aerospace Corporation in kalifornijske univerze v Davisu, ob podpori Nacionalne znanstvene fundacije (NSF).
Za reševanje vprašanja, kako ohraniti delujočo konstelacijo z minimalnim številom satelitov, je skupina preučila vse dejavnike, zaradi katerih sateliti sčasoma deorbirajo. Sem spadajo Zemljino gravitacijsko polje, atmosferski vlek, gravitacijski vpliv Lune in Sonca ter pritisk sončnega sevanja. Kot je pojasnil Reed:
"Eno od zanimivih vprašanj je bilo, ali lahko te sile dejansko preoblikujemo? Ali lahko namesto degradiranja sistema dejansko zavrtimo takšno, da ozvezdje črpa energijo iz teh sil in jih uporablja za aktivno upravljanje samega sebe? "
Skupna študija je združila strokovno znanje Aerospace Corporation na področju vrhunske astrofizike, operativne logistike in simulacij z Reedovim lastnim strokovnim znanjem za orodja za iskanje računalnikov, ki temeljijo na AI. Skupina se je zanašala tudi na superračunalnik Blue Water na Univerzi v Illinoisu, da je presejal stotine tisoč možnih orbit in kombinacij motenj.
Kot je pojasnil Lake A. Singh, direktor sistema za oddelek za prihodnjo arhitekturo družbe Aerospace Corporation:
"Izkoristili smo znanje in izkušnje za načrtovanje ozvezdja Aerospace z Cornellovim vodstvom v inteligentni iskalni analitiki in odkrili operativno izvedljivo alternativo načrtovanju ozvezdja Draim. Te zasnove ozvezdja lahko načrtovalcem misij prinesejo bistvene prednosti pri konceptih na geostacionarni orbiti in zunaj nje. "
Sčasoma je ekipi uspelo zožiti svoje konstelacijske zasnove na dva modela. V enem bi lahko sateliti krožili v 24-urnem obdobju in dosegli 86-odstotno globalno pokritost. Po drugi strani bi sateliti krožili v 48-urnem obdobju in dosegli 95-odstotno pokritost. Medtem ko sta oba postala sramežljiva na 100%, je skupina ugotovila, da bi žrtvovanje majhnega obsega pokritja vodilo do znatnih kompromisov.
To vključuje možnost izkoriščanja več energije iz istega gravitacijskega in sončnega sevanja, ki bi satelite običajno nadzoroval in težko orbitiral. Poleg tega bi satelitski operaterji lahko nadzirali, kje se pojavljajo vrzeli v pokritosti, ki bi trajale največ 80 minut na dan. Kot je rekel Reed, je ta kompromis vreden:
"To je ena tistih stvari, kjer bi lahko prizadevanje za popolnost dejansko oviralo inovacijo. In pravzaprav se ne odrečete dramatičnim zneskom. Mogoče bi bile misije, kjer bi morali nujno pokrivati povsod na Zemlji in v teh primerih bi morali uporabiti več satelitov ali mrežnih senzorjev ali hibridnih platform. "
Druge prednosti te vrste pasivnega satelitskega nadzora vključujejo način, kako bi lahko podaljšal življenjsko dobo konstelacije s 5 na 15 let. Zahtevali bi tudi manj pogonskega goriva in bi lahko lebdili na višjih višinah, s čimer bi zmanjšali tveganje za udar s vesoljskimi plovili in drugimi orbiti. Najbolj prodajna točka pa je, kako stroškovno učinkovita bi bila ta nastavitev v primerjavi z običajnimi satelitskimi ozvezdji.
To je še posebej privlačno za države ali komercialne vesoljske družbe, ki nimajo potrebnih finančnih sredstev za uporabo velikih konstelacij.
"Celo en satelit lahko stane več sto milijonov ali milijard dolarjev, odvisno od tega, kakšni senzorji so na njem in kakšen je njegov namen. Zato je imeti nova platforma, ki jo lahko uporabljate v obstoječih in nastajajočih misijah, precej lepo. Obstaja veliko možnosti za daljinsko zaznavanje, telekomunikacije, navigacijo, zaznavanje visoke pasovne širine in povratne informacije po prostoru, in to se razvija zelo, zelo hitro. Verjetno obstajajo vse vrste aplikacij, ki bi lahko imele korist od dolgoživih, samo prilagodljivih satelitskih konstelacij s skoraj globalno pokritostjo. "
Ta študija ne rešuje samo tekočega vprašanja o satelitskem pokritju in vzdrževanju ozvezdij. Prav tako je ključ za napredek v telekomunikacijah, navigaciji in daljinskem zaznavanju. V bližnji prihodnosti bodo nešteto satelitov poslali v vesolje, da bi zagotovili satelitski internet (SpaceX-ovo ozvezdje Starlink), izvedli znanstvene eksperimente in spremljali Zemljino atmosfero in površino.
Med tem in s tem povezanimi pomisleki glede vesoljskih naplavin bo mogočno narediti več z manj (in za manj denarja)!
