Her er, hvordan kun fire satellitter kunne levere verdensomspændende internet

Høj højde satellit Pixabay

På trods af, hvad SpaceX og andre virksomheder foreslår med projekter som Starlink, behøver du ikke mega-konstellationer bestående af tusindvis af satellitter - og alle de forværringer, de forårsager - for at levere global internetdækning til verden. Vi har vidst siden 1980'erne, at hvis du er okay med at nøjes med en forbindelse et hak under gamerkvalitetshastigheder (ca. et halvt sekunds forsinkelse), så er kontinuerlig verdensomspændende dækning mulig med en konstellation på kun fire satellitter placeret i meget højere højder .

Men HughesNet og ViaSat, verdens største satellit-internetudbydere, der opererer i disse baner, tilbyder ikke noget i nærheden af ​​global dækning. Andre satellitnetværk, der leverer fjernmåling og navigationstjenester, lever også sørgeligt under denne standard. Hvad giver?

Ikke overraskende er den store hindring omkostningerne. Flere faktorer virker på at forringe en satellits kredsløb. Disse omfatter naturlig modstand, forstyrrelser i Jordens tyngdefelt, den forstyrrende tyngdekraft fra solen og månen og endda tryk forårsaget af solstråling. For at bekæmpe disse problemer har du brug for en enorm mængde drivmiddel på satellitten for konsekvent at stabilisere dens kredsløb - en mængde, der normalt fordobler satellittens masse. Produktions-, lancerings- og driftsomkostninger er bare for høje til fire-satellit-tricket.

En ny undersøgelse ledet af ingeniører ved The Aerospace Corporation og offentliggjort i Naturkommunikation foreslår en kontraintuitiv tilgang, der gør disse nedværdigende kræfter til dem, der rent faktisk hjælper med at holde disse satellitter i kredsløb. Hvis det virkede, ville det betyde, at kun fire satellitter kunne levere kontinuerlig global dækning til en brøkdel af prisen.

I øjeblikket er kredsløbene for disse satellitter elliptiske, og kræfter fra solen og månen skaber ustabilitet, som bryder konstellationen fra hinanden over tid. Patrick Reed ved Cornell University og hans kolleger ønskede at gøre banerne mere cirkulære, så satellitterne kunne klare sig med færre fremdriftsmanøvrer og lavere krav til drivmiddel. Og de ønskede at gøre dette på en sådan måde, at satellitterne stadig kunne levere næsten global dækning.

Holdet kørte simuleringer, der så på, hvilke typer kredsløbskonfigurationer, der bedst kunne gøre nedbrydende kræfter til dem, der rent faktisk fremmede en stabil, cirkulær bane. Tilfælde, hvor f.eks. solens tyngdekraft normalt ville bryde stjernebilledet fra hinanden, kunne nu binde stjernebilledet sammen. Simuleringerne var for fire-satellit-konstellationer, der ville bruge mindst 6.000 dage (16,4 år i kredsløb).

Efter at have analyseret simuleringerne ved hjælp af Blue Waters-supercomputeren ved University of Illinois i Urbana-Champaign fandt holdet to modeller, der kunne fungere. I den ene fuldender stjernebilledet et kredsløb i en 24-timers periode, i en højde af 22.000 miles, og opnår kontinuerlig dækning for omkring 86% af kloden. Den anden arbejder på en 48-timers periode i en højde af 42.000 miles og dækker 95% af kloden. Ethvert område, der oplevede udfald, ville ikke stå over for mere end omkring 80 minutters nedetid om dagen.

Indrømmet, internethastighederne ville være langsommere på grund af den ekstra tid, det tager at sende signalet fra en meget højere kredsløb. For de fleste mennesker, der bruger datasystemer, er en ekstra kvart sekunds forsinkelse dog svær at fornemme, da der er så mange andre forsinkelser i computere og datanetværk, siger Roger Rusch, præsidenten for telekomkonsulentfirmaet TelAstra.

I disse systemer ville satellitterne (hver vejer omkring 1,2 tons) have brug for omkring 60 % mindre drivmiddel over hele 6.000-dages periode, end hvis de kredsede i mere konventionelle konfigurationer, hvilket potentielt ville reducere deres masse med over det halve og gøre det meget nemmere at bygge og starte dem. Det kunne også give plads til at installere bedre instrumentering og strømsystemer (satellitter i stor højde har brug for mere strøm til at sende signaler tilbage til Jorden).

Reed siger, at arbejdet var motiveret af et ønske om at lade mindre lande eller virksomheder drive konstellationer, der giver næsten kontinuerlig dækning. Argumentet går på, at med omkostningerne nede, ville det være lettere for disse grupper at bygge, opsende, betjene og spore blot nogle få satellitter i en højere kredsløb, i forhold til en vidtstrakt konstellation af tusinder i lav kredsløb om Jorden.

Eksperter som Rusch er optimistiske med hensyn til resultaterne af den nye undersøgelse: han siger, at kapital- og driftsomkostningerne for et LEO-satellitsystem er tre til fem gange højere end for et højhøjdesystem med samme kapacitet. Astronomer og rumskrotseksperter, der er nervøse for de negative virkninger af projekter som Starlink, vil måske også sætte pris på konceptet.

Andre er lidt mere forsigtige. Anton Dolgopolov, en senioranalytiker hos analyse- og ingeniørfirmaet Bryce Space and Technology, påpeger, at LEO-systemer stadig har nogle stærke fordele - for eksempel har de lettere ved at sikre dækning for lokalsamfund nær polerne. Desuden, i et netværk lavet af hundreder til tusindvis af satellitter, vil det ikke rigtig forstyrre tjenesten, hvis nogle få undlader at starte eller fungere korrekt. Og LEO-satellitter kan deorbiteres og udskiftes meget hurtigere.

Med andre ord er de nye modeller blot teoretiske muligheder, uanset om de er interessante. I den virkelige verden kan tekniske og økonomiske forhindringer dæmpe håbet om en nem løsning.

Rettelse 1/20: Dette indlæg er blevet opdateret for at rette en teknisk fejl vedrørende designet af den nye konstellation.

skjule