Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούν να καταλάβουν τον ελάχιστο αριθμό δορυφόρων που θα μπορούσαν να δουν κάθε σημείο της Γης. Αυτή η ερώτηση παρακινείται εν μέρει από το αυξανόμενο πρόβλημα των διαστημικών συντριμμιών, αλλά και από εκτιμήσεις κόστους και αποτελεσματικότητας. Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1980, ο ερευνητής John E. Draim πρότεινε μια λύση σε αυτό το πρόβλημα σε μια σειρά μελετών, ισχυριζόμενος ότι ένας αστερισμός τεσσάρων δορυφόρων ήταν το μόνο που χρειαζόταν.
Δυστυχώς, η λύση του απλά δεν ήταν πρακτική εκείνη τη στιγμή, καθώς θα χρειαζόταν τεράστια ποσότητα προωθητικού για να κρατήσει τους δορυφόρους σε τροχιά. Αλλά χάρη σε μια πρόσφατη συνεργατική μελέτη, μια ομάδα ερευνητών βρήκε τον σωστό συνδυασμό παραγόντων για να καταστήσει δυνατή μια αστερισμό τεσσάρων δορυφόρων. Τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πρόοδο στον τομέα των τηλεπικοινωνιών, της πλοήγησης και της τηλεπισκόπησης, μειώνοντας παράλληλα το κόστος.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επικοινωνία φύσης και ηγήθηκε του Patrick Reed, καθηγητή Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος στο Πανεπιστήμιο Cornell. Ο Ριντ ενώθηκε από μηχανικούς και επιστήμονες από την Aerospace Corporation και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ντέιβις, με την υποστήριξη που παρέχεται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF).
Για να αντιμετωπίσει το ζήτημα του πώς να διατηρήσετε έναν λειτουργικό αστερισμό με έναν ελάχιστο αριθμό δορυφόρων σε λειτουργία, η ομάδα εξέτασε όλους τους παράγοντες που προκαλούν την εξάντληση των δορυφόρων με την πάροδο του χρόνου. Αυτά περιλαμβάνουν το πεδίο βαρύτητας της Γης, την ατμοσφαιρική αντίσταση, τη βαρυτική επίδραση της Σελήνης και του Ήλιου και την πίεση από την ηλιακή ακτινοβολία. Όπως εξήγησε ο Reed:
«Ένα από τα ενδιαφέροντα ερωτήματα που είχαμε ήταν, μπορούμε πραγματικά να μετατρέψουμε αυτές τις δυνάμεις; Αντί να υποβαθμίσουμε το σύστημα, μπορούμε πραγματικά να το αναστρέψουμε έτσι ώστε ο αστερισμός να συλλέγει ενέργεια από αυτές τις δυνάμεις και να τις χρησιμοποιεί για να ελέγχει ενεργά τον εαυτό του; »
Η συνεργατική μελέτη συγκέντρωσε την τεχνογνωσία της Aerospace Corporation στον τομέα της αστροφυσικής αιχμής, της επιχειρησιακής εφοδιαστικής και των προσομοιώσεων με την εξειδίκευση του Reed στα εργαλεία αναζήτησης υπολογιστών που βασίζονται σε AI. Η ομάδα βασίστηκε επίσης στον υπερυπολογιστή του Blue Water στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις για να κοσκινίσει εκατοντάδες χιλιάδες πιθανές τροχιές και συνδυασμούς διαταραχών.
Όπως εξήγησε ο Lake A. Singh, διευθυντής συστημάτων του τμήματος Future Architectures της Aerospace Corporation:
«Αξιοποιήσαμε την εξειδικευμένη σχεδίαση αστερισμού της Aerospace με την ηγεσία του Cornell στα έξυπνα analytics αναζήτησης και ανακαλύψαμε μια λειτουργικά εφικτή εναλλακτική λύση στο σχέδιο αστερισμού Draim. Αυτά τα σχέδια αστερισμού μπορεί να παρέχουν ουσιαστικά πλεονεκτήματα στους σχεδιαστές αποστολών για έννοιες που βρίσκονται σε γεωστατικές τροχιές και πέραν αυτής. "
Με την πάροδο του χρόνου, η ομάδα μπόρεσε να περιορίσει τα σχέδια αστερισμού τους σε δύο μοντέλα. Σε ένα, οι δορυφόροι θα μπορούσαν να περιστρέφονται σε τροχιά για μια περίοδο 24 ωρών και να επιτύχουν 86% παγκόσμια κάλυψη. Από την άλλη, οι δορυφόροι περιστρέφονται σε τροχιά για περίοδο 48 ωρών και θα επιτυγχάνουν κάλυψη 95%. Ενώ και οι δύο ήταν ντροπαλοί του 100%, η ομάδα διαπίστωσε ότι η θυσία ενός μικρού περιθωρίου κάλυψης θα οδηγούσε σε σημαντική αντιστάθμιση.
Αυτό περιλαμβάνει την ικανότητα αξιοποίησης περισσότερης ενέργειας από την ίδια βαρυτική και ηλιακή ακτινοβολία που θα καθιστούσε συνήθως τους δορυφόρους δύσκολο να ελεγχθούν και να προκαλέσουν τη φθορά των τροχιών τους. Επιπλέον, οι φορείς εκμετάλλευσης δορυφόρων θα μπορούν να ελέγχουν πού θα εμφανιστούν τα κενά στην κάλυψη και αυτά θα διαρκούσαν μόνο για 80 λεπτά την ημέρα το πολύ. Όπως είπε ο Reed, αυτή η ανταλλαγή αξίζει:
«Αυτό είναι ένα από αυτά τα πράγματα όπου η επιδίωξη της τελειότητας θα μπορούσε πραγματικά να εμποδίσει την καινοτομία. Και δεν σταματάτε πραγματικά ένα δραματικό ποσό. Μπορεί να υπάρχουν αποστολές όπου χρειάζεστε απολύτως κάλυψη παντού στη Γη και σε αυτές τις περιπτώσεις, θα πρέπει απλώς να χρησιμοποιήσετε περισσότερους δορυφόρους ή δικτυωμένους αισθητήρες ή υβριδικές πλατφόρμες. "
Άλλα οφέλη αυτού του τύπου παθητικού δορυφορικού ελέγχου περιλαμβάνουν τον τρόπο που θα μπορούσε ενδεχομένως να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής ενός αστερισμού από 5 έως 15 χρόνια. Θα απαιτούσαν επίσης λιγότερα προωθητικά και θα μπορούσαν να επιπλέουν σε υψηλότερα υψόμετρα, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο πρόσκρουσης με διαστημόπλοια και άλλα αντικείμενα σε τροχιά. Αλλά το μεγαλύτερο σημείο πώλησης είναι πόσο οικονομικά αποδοτική αυτή η ρύθμιση θα συγκριθεί με τους συμβατικούς δορυφορικούς αστερισμούς.
Αυτό το καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικό για χώρες ή εμπορικές αεροδιαστημικές εταιρείες που δεν διαθέτουν τους απαραίτητους οικονομικούς πόρους για την ανάπτυξη μεγάλων αστερισμών.
«Ακόμη και ένας δορυφόρος μπορεί να κοστίσει εκατοντάδες εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια δολάρια, ανάλογα με το ποιοι αισθητήρες είναι πάνω του και ποιος είναι ο σκοπός του. Έτσι, η ύπαρξη μιας νέας πλατφόρμας που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε στις υπάρχουσες και τις αναδυόμενες αποστολές είναι αρκετά τακτοποιημένη. Υπάρχουν πολλές δυνατότητες τηλεπισκόπησης, τηλεπικοινωνιών, πλοήγησης, ανίχνευσης υψηλού εύρους ζώνης και ανατροφοδότησης γύρω από το χώρο και αυτό εξελίσσεται πολύ, πολύ γρήγορα. Υπάρχουν πιθανώς όλα τα είδη εφαρμογών που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από έναν μακρόχρονο, αυτοπροσαρμοσμένο δορυφορικό αστερισμό με σχεδόν παγκόσμια κάλυψη. "
Αυτή η μελέτη δεν επιλύει μόνο μια συνεχιζόμενη ερώτηση σχετικά με τη δορυφορική κάλυψη και τη συντήρηση των αστερισμών. Είναι επίσης ικανό να προωθήσει την πρόοδο στον τομέα των τηλεπικοινωνιών, της πλοήγησης και της τηλεπισκόπησης. Στο εγγύς μέλλον, αμέτρητοι δορυφόροι θα σταλούν στο διάστημα για να παρέχουν δορυφορικό ίντερνετ (αστερισμός Starlink του SpaceX), να διεξάγουν επιστημονικά πειράματα και να παρακολουθούν την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της Γης.
Μεταξύ αυτών και σχετικών ανησυχιών σχετικά με τα διαστημικά συντρίμμια, το να μπορείς να κάνεις περισσότερα με λιγότερα (και με λιγότερα χρήματα) θα είναι πολύ βολικό!
