Oto, jak tylko cztery satelity mogą zapewnić światowy internet

Satelita na dużej wysokości Pixabay

Pomimo tego, co sugeruje SpaceX i inne firmy przy projektach takich jak Starlink, nie potrzebujesz megakonstelacji składających się z tysięcy satelitów – i wszystkich powodowanych przez nie problemów – aby zapewnić światu globalny zasięg Internetu. Od lat 80. wiemy, że jeśli zgadzasz się na połączenie o stopień poniżej prędkości graczy (około pół sekundy opóźnienia), możliwy jest ciągły zasięg na całym świecie z konstelacją zaledwie czterech satelitów umieszczonych na znacznie wyższych wysokościach .

Ale HughesNet i ViaSat, najwięksi na świecie dostawcy internetu satelitarnego, którzy działają na tych orbitach, nie oferują niczego bliskiego globalnemu zasięgowi. Inne sieci satelitarne, które zapewniają usługi teledetekcji i nawigacji, również nie spełniają tego standardu. Co daje?

Nic dziwnego, że dużą przeszkodą są koszty. Kilka czynników wpływa na degradację orbity satelity. Obejmują one naturalny opór, zaburzenia w polu grawitacyjnym Ziemi, zakłócające przyciąganie grawitacyjne Słońca i Księżyca, a nawet ciśnienie spowodowane promieniowaniem słonecznym. Aby zwalczyć te problemy, potrzebujesz ogromnej ilości paliwa na satelicie, aby konsekwentnie stabilizować jego orbitę – ilość, która zwykle podwaja masę satelity. Koszty produkcji, uruchomienia i eksploatacji są po prostu zbyt wysokie jak na sztuczkę z czterema satelitami.

Nowe badanie przeprowadzone przez inżynierów z The Aerospace Corporation i opublikowane w Komunikacja przyrodnicza proponuje sprzeczne z intuicją podejście, które zamienia te degradujące siły w te, które faktycznie pomagają utrzymać te satelity na orbicie. Gdyby to zadziałało, oznaczałoby to, że tylko cztery satelity mogłyby zapewnić ciągły zasięg globalny za ułamek kosztów.

Obecnie orbity tych satelitów są eliptyczne, a siły Słońca i Księżyca powodują niestabilności, które z czasem rozbijają konstelację. Patrick Reed z Cornell University i jego koledzy chcieli uczynić orbity bardziej kołowymi, aby satelity mogły poruszać się z mniejszą liczbą manewrów napędowych i mniejszymi wymaganiami dotyczącymi paliwa. Chcieli to zrobić w taki sposób, aby satelity nadal zapewniały niemal globalny zasięg.

Zespół przeprowadził symulacje, w których przyjrzano się, jakie typy konfiguracji orbitalnych mogą najlepiej zamienić siły degradujące w takie, które faktycznie sprzyjają stabilnej, kołowej orbicie. Przypadki, w których, powiedzmy, grawitacja słoneczna normalnie rozerwałaby konstelację, mogą teraz połączyć konstelację razem. Symulacje dotyczyły konstelacji czterech satelitów, które spędziłyby na orbicie co najmniej 6000 dni (16,4 lat).

Po przeanalizowaniu symulacji przy użyciu superkomputera Blue Waters na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign zespół znalazł dwa modele, które mogą działać. W jednym, konstelacja wykonuje orbitę w ciągu 24 godzin na wysokości 22 000 mil i osiąga nieprzerwane pokrycie około 86% kuli ziemskiej. Drugi pracuje przez 48 godzin na wysokości 42 000 mil i obejmuje 95% globu. Wszelkie obszary, w których wystąpiły przestoje, byłyby narażone na nie więcej niż około 80 minut przestoju dziennie.

To prawda, że ​​prędkość internetu byłaby wolniejsza ze względu na dodatkowy czas potrzebny na wysłanie sygnału ze znacznie wyższej orbity. Jednak dla większości osób korzystających z systemów danych dodatkowe opóźnienie w kwadransie jest trudne do wyczucia, ponieważ w komputerach i sieciach danych jest wiele innych opóźnień – mówi Roger Rusch, prezes firmy konsultingowej TelAstra.

W tych systemach satelity (każdy ważący około 1,2 tony) potrzebowałyby około 60% mniej paliwa przez cały okres 6000 dni, niż gdyby krążyły w bardziej konwencjonalnych konfiguracjach, potencjalnie zmniejszając ich masę o ponad połowę i czyniąc ją znacznie łatwiej je zbudować i uruchomić. Mogłoby również zrobić miejsce na zainstalowanie lepszego oprzyrządowania i systemów zasilania (satelity na dużych wysokościach potrzebują więcej mocy, aby przesyłać sygnały z powrotem na Ziemię).

Reed mówi, że praca była motywowana chęcią umożliwienia mniejszym krajom lub firmom obsługiwania konstelacji, które zapewniają niemal ciągły zasięg. Argument głosi, że przy niższych kosztach łatwiej byłoby tym grupom zbudować, uruchomić, obsługiwać i śledzić zaledwie kilka satelitów na wyższej orbicie, w porównaniu do rozległej konstelacji tysięcy na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Eksperci tacy jak Rusch są zachwyceni wynikami nowego badania: twierdzi, że koszty kapitałowe i operacyjne systemu satelitarnego LEO są trzy do pięciu razy wyższe niż koszty systemu na dużych wysokościach o takich samych możliwościach. Astronomowie i eksperci od śmieci kosmicznych, którzy są zdenerwowani negatywnymi skutkami projektów takich jak Starlink, również mogą docenić tę koncepcję.

Inni są nieco bardziej ostrożni. Anton Dolgopolov, starszy analityk w firmie analityczno-inżynierskiej Bryce Space and Technology, wskazuje, że systemy LEO nadal mają pewne potężne zalety – na przykład łatwiej im zapewnić zasięg dla społeczności w pobliżu biegunów. Poza tym w sieci złożonej z setek do tysięcy satelitów nie zakłóci to tak naprawdę usługi, jeśli kilka z nich nie uruchomi się lub nie będzie działać poprawnie. A satelity LEO można znacznie szybciej zejść z orbity i wymienić.

Innymi słowy, nowe modele to tylko teoretyczne możliwości, choć mogą być interesujące. W prawdziwym świecie przeszkody inżynieryjne i ekonomiczne mogą przyćmić nadzieje na łatwe rozwiązanie.

Poprawka 1/20: Ten post został zaktualizowany, aby poprawić błąd techniczny dotyczący projektu nowej konstelacji.

ukryć