במשך עשרות שנים מנסים מדענים להבין את המספר המינימלי של לוויינים שיוכלו לראות כל נקודה על כדור הארץ. שאלה זו מונעת בחלקה מהבעיה ההולכת וגוברת של פסולת חלל, אך גם משיקולי עלות ויעילות. באמצע שנות השמונים הציע החוקר ג'ון א. דרים פיתרון לבעיה זו בסדרת מחקרים, וטען כי קונסטלציה בעלת ארבעה לווינים היא כל מה שצריך.
לרוע המזל הפיתרון שלו פשוט לא היה מעשי באותה תקופה מכיוון שנדרש כמות אדירה של דלק בכדי לשמור על הלוויינים במסלול. אך הודות למחקר שיתופי פעולה שנערך לאחרונה, צוות חוקרים מצא את השילוב הנכון בין גורמים בכדי לאפשר קונסטלציה של ארבעה לווינים. הממצאים שלהם עלולים לגרום להתקדמות בתחום הטלקומוניקציה, הניווט והחישה מרחוק, ובמקביל להפחית בעלויות.
המחקר המתאר את ממצאיהם הופיע לאחרונה בכתב העת תקשורת טבע והובל על ידי פטריק ריד, פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת קורנל. ריד הצטרפו למהנדסים ומדענים מתאגיד האוויר והחלל מאוניברסיטת קליפורניה, דייוויס, עם תמיכה שניתנה על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF).
כדי להתייחס לשאלה כיצד לשמור על קונסטלציה מתפקדת עם מספר מינימלי של לוויינים, הצוות שקל את כל הגורמים הגורמים להתלבשות של לוויינים לאורך זמן. אלה כוללים את שדה הכבידה של כדור הארץ, גרור אטמוספרי, השפעת הכבידה של הירח והשמש ולחץ מקרינת השמש. כפי שהסביר ריד:
"אחת השאלות המעניינות שהיו לנו הייתה האם אנחנו באמת יכולים לשנות את הכוחות האלה? במקום להשפיל את המערכת, האם אנו יכולים למעשה להפוך אותה כך שהקונסטלציה קוצרת אנרגיה מאותם כוחות ומשתמשת בהם כדי לשלוט בעצמה באופן פעיל? "
המחקר השיתופי הפגיש את המומחיות של חברת התעופה והחלל בתחום האסטרופיזיקה, הלוגיסטיקה התפעולית והסימולציות, עם המומחיות של ריד בכלים לחיפוש מחשוב מבוסס AI. הצוות הסתמך גם על מחשב העל של Blue Water באוניברסיטת אילינוי כדי לנפות מאות אלפי מסלולים ושילובים של הפרעות.
כפי שהסביר לייק א. סינג, מנהל המערכות של המחלקה לארכיטקטורות העתיד של התאגיד האווירי:
"מינוף את המומחיות של עיצוב הכוכבים של חברת התעופה והחלל עם הנהגתו של קורנל באנליטיקס חיפוש אינטליגנטי וגילינו אלטרנטיבה אפשרית מבחינה תפעולית לעיצוב הכוכבים דרים. עיצובים של קבוצות הכוכבים עשויים לספק יתרונות מהותיים למתכנני המשימה למושגים הנמצאים במסלולי הגיאוסטציונריה ומעבר לה. "
עם הזמן הצוות הצליח לצמצם את עיצובי הקונסטלציה שלהם לשני דגמים. באחת, הלוויינים עלולים לעבור מסלול למשך 24 שעות ולקבל השגחה גלובלית של 86%. מצד שני, הלוויינים היו מסתובבים במשך 48 שעות ומשיגים כיסוי של 95%. בעוד ששניהם נרתעו מ -100%, הצוות מצא כי הקרבת מרווח כיסוי קטן יובילו לסחר בולט משמעותי.
זה כולל את היכולת לרתום יותר אנרגיה מאותה קרינת כבידה וסולארי אשר בדרך כלל תקשה על לוויינים לשלוט וגורמת להתפרקות מסלוליהם. בנוסף, מפעילי לוויינים יוכלו לשלוט היכן יתרחשו פערים בכיסוי ואלה יימשכו 80 דקות ביום לכל היותר. כמו שאמר ריד, הסחיר הזה שווה את זה:
"זה אחד הדברים שבהם רדיפת השלמות עשויה לעודד את החידוש. ואתה לא באמת מוותר על סכום דרמטי. יכולות להיות משימות בהן אתה זקוק לחלוטין לכיסוי של כל מקום על פני כדור הארץ, ובמקרים אלה אתה פשוט צריך להשתמש יותר בלוויינים או חיישנים ברשת או פלטפורמות היברידיות. "
יתרונות אחרים של סוג זה של שליטה לוויינית פסיבית כוללים את האופן בו הוא עשוי להאריך את אורך חיי הכוכבים בין 5 ל -15 שנים. הם גם ידרשו פחות דחף ויוכלו לצוף בגבהים גבוהים יותר, ובכך להפחית את הסיכון לפגיעה עם חלליות וחפצים אחרים המסתובבים. אולם נקודת המכירה הגדולה ביותר היא עד כמה מושווה התקנה זו חסכונית לקבוצת הלוויין המקובלת.
זה הופך אותו במיוחד לפנות למדינות או לחברות תעופה וחלל מסחריות שאין להן את המשאבים הכספיים הדרושים לפריסת קבוצות קבוצות גדולות.
"אפילו לוויין אחד יכול לעלות מאות מיליונים או מיליארדי דולרים, תלוי באילו חיישנים נמצאים ומה מטרתו. אז יש פלטפורמה חדשה שתוכלו להשתמש בה בכל המשימות הקיימות והמתפתחות זה די מסודר. יש הרבה פוטנציאל לחישה מרחוק, טלקומוניקציה, ניווט, חישה ברוחב פס גבוה ומשוב סביב החלל, וזה מתפתח מהר מאוד. יש כנראה כל מיני יישומים שעשויים להפיק תועלת מקבוצת לוויין ארוכת שנים עם התאמה עצמית עם כיסוי גלובלי כמעט. "
מחקר זה לא רק פותר שאלה מתמשכת לגבי כיסוי לוויני ותחזוקת קבוצות כוכבים. זה גם אמור לגרום להתקדמות בתחום התקשורת, הניווט והחישה מרחוק. בעתיד הקרוב, אינספור לוויינים יישלחו לחלל כדי לספק אינטרנט לוויני (קבוצת הכוכבים Starlink של SpaceX), לערוך ניסויים מדעיים ולעקוב אחר האווירה והשטח של כדור הארץ.
בין חששות אלה לבין פסולת שטח, היכולת לעשות יותר בפחות (ובפחות כסף) תועיל מאוד!
