Po celá desetiletí se vědci pokoušejí zjistit minimální počet satelitů, který by mohl vidět každý bod na Zemi. Tato otázka je částečně motivována rostoucím problémem vesmírných trosek, ale také úvahami o nákladech a efektivitě. V polovině osmdesátých let vědec John E. Draim navrhl řešení tohoto problému v řadě studií a prohlásil, že vše, co bylo potřeba, je souprava čtyř satelitů.
Jeho řešení bohužel v té době prostě nebylo praktické, protože k udržení družic na oběžné dráze by bylo zapotřebí obrovské množství paliva. Ale díky nedávné spolupráci studie, tým vědců našel správnou kombinaci faktorů, aby čtyři-satelitní souhvězdí možné. Jejich zjištění by mohla přinést pokrok v telekomunikacích, navigaci a dálkovém průzkumu a zároveň snížit náklady.
Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila v časopise Nature Communications a byl veden Patrickem Reedem, profesorem stavebního a environmentálního inženýrství na Cornell University. K Reedovi se přidali inženýři a vědci z The Aerospace Corporation a University of California, Davis, s podporou poskytované National Science Foundation (NSF).
Při řešení otázky, jak udržet fungující souhvězdí s minimálním počtem satelitů, zvažoval tým všechny faktory, které způsobují, že se satelity časem deorbitují. Patří mezi ně gravitační pole Země, atmosférický odpor, gravitační vliv Měsíce a Slunce a tlak slunečního záření. Jak vysvětlil Reed:
"Jedna ze zajímavých otázek, kterou jsme měli, můžeme tyto síly skutečně transformovat?" Můžeme to namísto degradace systému vlastně převrátit tak, že souhvězdí získává energii z těchto sil a používá je k aktivní kontrole? “
Spolupracující studie spojila odborné znalosti společnosti Aerospace Corporation v oblasti špičkové astrofyziky, provozní logistiky a simulací s vlastní zkušeností společnosti Reed v oblasti počítačových vyhledávacích nástrojů založených na umělé inteligenci. Tým se také spoléhal na superpočítač Blue Water na University of Illinois, aby prošel stovkami tisíc možných oběžných drah a kombinací poruch.
Jak Lake A. Singh, systémový ředitel oddělení budoucnosti architektury Aerospace Corporation, vysvětlil:
„Využili jsme odborné znalosti o konstrukci souhvězdí Aerospace s vedoucím postavením společnosti Cornell v oblasti inteligentní analýzy vyhledávání a objevili jsme operativně proveditelnou alternativu k návrhu souhvězdí Draim. Tyto konstrukce konstelací mohou plánovačům misí poskytnout podstatné výhody pro koncepty na geostacionárních drahách i mimo ně. “
Postupem času byl tým schopen zúžit své konstelační návrhy na dva modely. V jednom by satelity mohly obíhat po dobu 24 hodin a dosáhnout 86% celosvětového pokrytí. Na druhé straně by satelity obíhaly po dobu 48 hodin a dosáhly 95% pokrytí. Zatímco oba padli na 100%, tým zjistil, že obětování malého rozpětí by vedlo k významnému kompromisu.
To zahrnuje schopnost využít více energie ze stejného gravitačního a slunečního záření, které by běžně znesnadňovalo ovládání satelitů a způsobovalo rozpad jejich oběžných drah. Kromě toho by satelitní operátoři mohli kontrolovat, kde by se vyskytly mezery v pokrytí, a ty by trvaly pouze 80 minut denně. Jak řekl Reed, tento kompromis stojí za to:
"To je jedna z těch věcí, ve kterých by snaha o dokonalost mohla inovaci stmívat." A opravdu se nevzdáváte dramatické částky. Mohou existovat mise, kde je absolutně potřeba pokrytí kdekoli na Zemi, a v takových případech byste museli použít více satelitů nebo síťových senzorů nebo hybridních platforem. “
Mezi další výhody tohoto typu pasivního družicového řízení patří způsob, jakým by mohl potenciálně prodloužit životnost konstelace z 5 na 15 let. Vyžadovali by také méně paliva a byli by schopni vznášet se ve vyšších nadmořských výškách, čímž by se snížilo riziko nárazu s kosmickou lodí a jinými oběžnými předměty. Největším prodejním bodem je však to, jak nákladově efektivní by bylo toto nastavení ve srovnání s konvenčními satelitními souhvězdími.
To je obzvláště přitažlivé pro národy nebo komerční letecké společnosti, které nemají potřebné finanční zdroje k nasazení velkých souhvězdí.
„I jeden satelit může stát stovky milionů nebo miliardy dolarů v závislosti na tom, jaké senzory jsou na něm a jaký je jeho účel. Mít novou platformu, kterou můžete použít ve stávajících i nově vznikajících misích, je tedy docela elegantní. Existuje velké množství možností pro dálkové snímání, telekomunikace, navigaci, snímání s velkou šířkou pásma a zpětnou vazbu kolem vesmíru, a to se vyvíjí velmi, velmi rychle. Pravděpodobně existují nejrůznější aplikace, které by mohly těžit z dlouhodobě se přizpůsobující konstelace satelitů s téměř globálním pokrytím. “
Tato studie řeší nejen probíhající otázku týkající se satelitního pokrytí a udržování souhvězdí. Rovněž stojí za pokroky v telekomunikacích, navigaci a dálkovém průzkumu. V blízké budoucnosti bude do vesmíru posláno nespočet satelitů, aby poskytovaly satelitní internet (souhvězdí Starlink společnosti SpaceX), prováděly vědecké experimenty a monitorovaly zemskou atmosféru a povrch.
Mezi tímto a souvisejícími obavami o vesmírné trosky bude moci udělat více s méně (a za méně peněz) nesmírně užitečný!
