Po celé desaťročia sa vedci snažili zistiť minimálny počet satelitov, ktoré by boli schopné vidieť každý bod na Zemi. Táto otázka je čiastočne motivovaná rastúcim problémom vesmírneho odpadu, ale aj úvahami o nákladoch a efektívnosti. V polovici osemdesiatych rokov výskumník John E. Draim navrhol riešenie tohto problému v sérii štúdií a tvrdil, že všetko, čo je potrebné, je sústava štyroch družíc.
Jeho riešenie bohužiaľ v tom čase jednoducho nebolo praktické, pretože na udržanie satelitov na obežnej dráhe by bolo potrebné obrovské množstvo paliva. Ale vďaka nedávnej kolaboratívnej štúdii našiel tím vedcov tú správnu kombináciu faktorov, ktorá umožňuje vytvorenie súpravy štyroch družíc. Ich zistenia by mohli viesť k pokroku v oblasti telekomunikácií, navigácie a diaľkového snímania a zároveň znižovať náklady.
Štúdia, ktorá popisuje ich zistenia, sa nedávno objavila v časopise Prírodné komunikácie a bol pod vedením Patricka Reeda, profesora stavebného a environmentálneho inžinierstva na Cornell University. K Reedovi sa pridali inžinieri a vedci z The Aerospace Corporation a Kalifornskej univerzity v Davise s podporou Národnej vedeckej nadácie (NSF).
Pri riešení otázky, ako udržať funkčnú konšteláciu pri minimálnom počte satelitov, tím zvážil všetky faktory, ktoré spôsobujú, že satelity sa časom deorbitujú. Medzi ne patrí gravitačné pole Zeme, atmosférický odpor, gravitačný vplyv Mesiaca a Slnka a tlak slnečného žiarenia. Ako Reed vysvetlil:
"Jedna zo zaujímavých otázok, ktorú sme mali, môžeme tieto sily skutočne transformovať?" Namiesto toho, aby sme zhoršili systém, môžeme ho skutočne otočiť tak, že konštelácia získava energiu z týchto síl a používa ich na aktívnu kontrolu? “
Spolupracujúca štúdia spojila odborné znalosti spoločnosti Aerospace Corporation v oblasti špičkovej astrofyziky, prevádzkovej logistiky a simulácií s vlastnými skúsenosťami spoločnosti Reed v oblasti počítačových vyhľadávacích nástrojov založených na AI. Tím sa tiež spoliehal na superpočítač Blue Water na University of Illinois, aby preosial stovky tisíc možných obežných dráh a kombinácií porúch.
Ako Lake A. Singh, systémový riaditeľ oddelenia pre budúce architektúry Aerospace Corporation, vysvetlil:
„Využili sme odborné znalosti v oblasti dizajnu súhvezdia Aerospace spolu s vedúcim postavením spoločnosti Cornell v oblasti inteligentnej analýzy vyhľadávania a objavili sme operatívne uskutočniteľnú alternatívu k návrhu súhvezdí Draim. Tieto návrhy súhvezdia môžu projektantom misií priniesť podstatné výhody pri koncepciách na geostacionárnych obežných dráhach aj mimo nich. “
V priebehu času bol tím schopný zúžiť svoje návrhy konštelácie na dva modely. V jednom by satelity mohli obiehať 24 hodín a dosiahnuť 86% globálneho pokrytia. Na druhej strane satelity obiehajú okolo 48 hodín a dosahujú 95% pokrytie. Kým sa obaja zo 100% hanbili, tím zistil, že obetovanie malej rezervy by viedlo k významnému kompromisu.
To zahŕňa schopnosť využiť viac energie z toho istého gravitačného a slnečného žiarenia, ktoré by spravidla sťažilo ovládanie satelitov a spôsobilo rozpad ich obežných dráh. Prevádzkovatelia satelitov by okrem toho boli schopní kontrolovať, kde by sa vyskytli medzery v pokrytí, a tieto by trvali najviac 80 minút denne. Ako povedal Reed, tento kompromis sa oplatí:
„Toto je jedna z vecí, v ktorých by úsilie o dokonalosť mohlo stelesniť inováciu. A naozaj sa nevzdávate dramatickej sumy. Môžu existovať misie, kde je absolútne potrebné pokrytie kdekoľvek na Zemi, av takom prípade by ste museli použiť viac satelitov alebo sieťových senzorov alebo hybridných platforiem. “
Medzi ďalšie výhody tohto typu pasívneho satelitného riadenia patrí spôsob, akým by potenciálne predĺžil životnosť konštelácie z 5 na 15 rokov. Vyžadovali by tiež menej paliva a mohli by sa vznášať vo vyšších nadmorských výškach, čím by sa znížilo riziko nárazu kozmickou loďou a inými obiehajúcimi predmetmi. Najväčším predajným bodom je však nákladová efektívnosť tohto nastavenia v porovnaní s konvenčnými satelitnými konšteláciami.
Preto je obzvlášť príťažlivé pre krajiny alebo komerčné letecké spoločnosti, ktoré nemajú potrebné finančné zdroje na nasadenie veľkých konštelácií.
„Aj jeden satelit môže stáť stovky miliónov alebo miliárd dolárov, v závislosti od toho, aké senzory sú na ňom a aký je jeho účel. Takže mať novú platformu, ktorú môžete použiť v rámci existujúcich a vznikajúcich misií, je celkom elegantné. Existuje veľa možností pre diaľkové snímanie, telekomunikácie, navigáciu, vysokorýchlostné snímanie a spätnú väzbu okolo vesmíru, a to sa vyvíja veľmi, veľmi rýchlo. Pravdepodobne existujú najrôznejšie aplikácie, z ktorých by mohla mať úžitok dlhá životnosť prispôsobiteľná sústava satelitov s takmer globálnym pokrytím. “
Táto štúdia rieši nielen prebiehajúcu otázku o satelitnom pokrytí a udržiavaní konštelácií. Je tiež hnacou silou v oblasti telekomunikácií, navigácie a diaľkového snímania. V blízkej budúcnosti bude do vesmíru poslaných nespočet satelitov, aby poskytli satelitný internet (konštelácia Starlink spoločnosti SpaceX), uskutočňovali vedecké experimenty a monitorovali zemskú atmosféru a povrch.
Medzi tým a súvisiacimi obavami z kozmického odpadu bude môcť robiť viac s menej (a za menej peňazí) nesmierne užitočný!
