A tudósok évtizedek óta próbálják kitalálni a műholdak minimális számát, amelyek képesek lennének látni a Föld minden pontját. Ezt a kérdést részben az űrhulladék növekvő problémája, hanem a költség- és hatékonysági megfontolások motiválják. Az 1980-as évek közepére John E. Draim kutató egy sorozatban javasolta ennek a problémának a megoldását, állítva, hogy csak négy műholdas csillagképre volt szükség.
Sajnos a megoldása abban az időben egyszerűen nem volt praktikus, mivel hatalmas mennyiségű hajtóanyagra lenne szükség a műholdak pályán tartásához. De a közelmúltban végzett együttműködő tanulmánynak köszönhetően egy kutatócsoport megtalálta a tényezők megfelelő kombinációját a négy műholdas konstelláció lehetővé tételéhez. Megállapításaik elősegíthetik a távközlés, a navigáció és a távérzékelés terén elért haladást, miközben csökkenthetik a költségeket.
A megállapításokat leíró tanulmány a közelmúltban jelent meg a folyóiratban Természetkommunikáció és Patrick Reed, a Cornell Egyetem polgári és környezetmérnöki professzora vezette. Reedhez a The Aerospace Corporation és a kaliforniai Davis Egyetem mérnökei és tudósai csatlakoztak a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) támogatásával.
Annak a kérdésnek a megválaszolása érdekében, hogy miként lehet fenntartani a működő csillagképességet minimális számú műholdas elindításával, a csoport megvizsgálta az összes olyan tényezőt, amely miatt a műholdak idővel elbomlik. Ide tartoznak a Föld gravitációs tere, a légköri húzás, a Hold és a Nap gravitációs hatása, valamint a napsugárzás nyomása. Mint Reed kifejtette:
„Az egyik érdekes kérdésünk az volt, hogy valóban átalakíthatjuk-e ezeket az erõket? Ahelyett, hogy lerombolnánk a rendszert, vajon át tudjuk-e csinálni úgy, hogy a csillagkép energiát gyűjt ebből az erőből, és arra használja fel őket, hogy aktívan irányítsa önmagát? "
Az együttműködési tanulmány összehozta az Aerospace Corporation tapasztalatait az élvonalbeli asztrofizika, az operatív logisztika és a szimulációk területén Reed saját tapasztalatával az AI-alapú számítástechnikai eszközökkel kapcsolatban. A csapat arra is támaszkodott, hogy a Kék Víz szuperszámítógépe az Illinoisi Egyetemen átszitáljon százezer lehetséges pályát és a perturbációk kombinációit.
Ahogy Singh-tó, az The Aerospace Corporation Future Architectures osztályának rendszerigazgatója elmagyarázta:
„Kihasználtuk az Aerospace konstellációtervezési szakértelmét Cornell vezetésével az intelligens keresési elemzés területén, és felfedeztünk egy működési szempontból megvalósítható alternatívát a Draim konstellációtervezéshez. Ezek a csillagkép kialakítások lényeges előnyökkel járhatnak a misszió tervezői számára a geostacionárius pályákon és azon túlmenő koncepciók számára. ”
Az idő múlásával a csapat két modellre tudta szűkíteni a csillagkép kialakítását. Az egyikben a műholdak 24 órás pályára állhatnak és a teljes lefedettség 86% -át elérhetik. Másrészt a műholdak 48 órás pályára állnak és 95% -os lefedettséget érnek el. Bár mindkettő félévenként félénk volt, a csapat úgy találta, hogy egy kis fedezet feláldozása jelentős kompromisszumhoz vezet.
Ez magában foglalja azt a képességet, hogy több energiát használjunk ugyanabból a gravitációs és napsugárzásból, ami általában megnehezíti a műholdak irányítását, és keringési pályájuk lerontását okozza. Ezenkívül a műholdas szolgáltatók ellenőrizni tudnák, hol vannak a lefedettség hiányosságai, és ezek legfeljebb napi 80 percig tartanak fenn. Mint Reed mondta, ez a kompromisszum megéri:
„Ez egyike azoknak a dolgoknak, ahol a tökéletesség elérése valójában akadályozhatja az innovációt. És nem igazán adsz fel drámai összeget. Előfordulhatnak olyan küldetések, ahol feltétlenül szükség van a Föld minden részén való lefedettségre, és ilyen esetekben több műholdat vagy hálózatba kapcsolt érzékelőt vagy hibrid platformokat kell használnia. ”
Az ilyen típusú passzív műholdas vezérlés egyéb előnyei között szerepel az is, hogy ez a csillagkép élettartama 5-15 évre meghosszabbíthatja. Ezenkívül kevesebb hajtóanyagra lenne szükség, és nagyobb magasságban képes úszni, így csökkentve az űrhajókkal és más keringő tárgyakkal való ütközés kockázatát. De a legnagyobb értékesítési pont az, hogy mennyire költséghatékony ez a beállítás a hagyományos műholdas csillagképpel összehasonlítva.
Ez különösen vonzóvá teszi azokat a nemzeteket vagy kereskedelmi repülési társaságokat, amelyek nem rendelkeznek a szükséges pénzügyi forrásokkal a nagy csillagképesség telepítéséhez.
„Még egy műholdas több száz millió vagy milliárd dollárba kerülhet, attól függően, hogy milyen érzékelők vannak rajta és mi a célja. Tehát elég szépen birtokolni egy új platformot, amelyet felhasználhat a meglévő és a feltörekvő küldetések során. Nagyon sok a távérzékelés, a telekommunikáció, a navigáció, a nagy sávszélességű érzékelés és a térbeli visszacsatolás lehetősége, és ez nagyon-nagyon gyorsan fejlődik. Valószínűleg mindenféle alkalmazás számára előnyös lehet egy hosszú életű, önellátó műholdas konstelláció, amelynek szinte globális lefedettsége van. "
Ez a tanulmány nemcsak a műholdas lefedettséggel és a csillagképek fenntartásával kapcsolatos folyamatban lévő kérdést oldja meg. Ezen felül a telekommunikáció, a navigáció és a távérzékelés terén elért haladást is elősegíti. A közeljövőben számtalan műholdat küldenek az űrbe, hogy műholdas internetet biztosítsanak (az SpaceX Starlink csillagképe), tudományos kísérleteket végezzenek, valamint a Föld légkörét és felszínét figyeljék.
Ez és az űrhajókkal kapcsolatos aggodalmak között rendkívül hasznos lesz az, ha kevesebbel (és kevesebb pénzzel) többet tudunk elérni!
