Podcast: Satellitboomet, der truer med at tilstoppe himlen

Yoshi Sodeoka

Deep Tech er en ny podcast kun for abonnenter, der vækker mennesker og ideer i vores trykte magasin til live. Episoder udkommer hver anden uge. Vi gør de første fire rater, bygget op omkring vores 10 Breakthrough Technologies-problem, tilgængelige gratis.

Hver anden uge, giv eller tag, sætter SpaceX yderligere 60 Starlink-kommunikationssatellitter i lavt kredsløb om jorden. Dets oprindelige mål er at opsende 12.000 af disse små masseproducerede satellitter— seks gange antallet af operationssatellitter i øjeblikket i kredsløb - med yderligere 42.000 muligvis at følge. Andre virksomheder som Amazon, Telesat og Planet planlægger deres egne satellit-megakonstellationer. Resultatet kunne være en væld af nye rumbaserede tjenester, fra internetforbindelse til kontinuerlig kortlægning. Men der er også voksende opmærksomhed på de potentielle ulemper, herunder en øget risiko for kollisioner, der kan ende med at strø ned lavt kredsløb om Jorden med farligt affald og gøre det ubrugeligt. I denne episode af Deep Tech hører vi fra OneWeb-grundlægger Greg Wyler og videnskabsforfatter og tidligere astrofysiker Ramin Skibba om bestræbelser på at afbøde farerne.

Vis noter og links

Satellit-megakonstellationer, fra udgaven af ​​marts-april 2020, s. 22

Sky's the limit, fra udgaven af ​​marts-april 2020, s. 30

Antallet af satellitter, der kredser om Jorden, kan femdobles i det næste årti, 26. juni 2019

Afskrift af episode

Wade Roush: Langt over vores hoveder kredser et par tusinde satellitter rundt om planeten... og hjælper os med at gøre ting som at kommunikere, navigere og forudsige vejret. Det tog årtier at få så mange satellitter op i himlen. Men snart vil de få følgeskab af titusinder mere. Det kunne forvandle banerne tættest på Jorden til noget som en motorvej i myldretiden.

Greg Wyler : Vi troede alle, at havet var stort, ikke? Du smider bare dine flasker derind, hvem bekymrer sig? Men det er ikke stort. Og alle disse miljøer spiller på hinanden og påvirker hinanden. Og du tænker på rummet, det er sådan set stort, men objekterne bevæger sig med 17.000 miles i timen. Det er en masse dækning hvert sekund.

Wade Roush: Ved den hastighed er der ikke noget som en fender-bender. En kollision kan generere en katastrofal mængde rumaffald.

Ramin Skibba: Hvis alle gør, hvad de vil med nattehimlen, så vil du på et tidspunkt have satellitkollisioner, der gør en lav kredsløb om Jorden stort set ubrugelig. Det kan tage mange milliarder dollars og mange årtier, seriøst, indtil lavt kredsløb om Jorden er brugbart igen.

Wade Roush: Den nye generation af satellitter kan hjælpe os med at nå alle mulige mål - som internetforbindelse for alle på planeten. Problemet er, at der ikke er nogen trafikbetjente deroppe til at fastsætte og håndhæve færdselsregler. Vi talte med eksperterne om, hvordan rumfartsvirksomheder håndterer manglen på regulering - og hvad der kunne ske, hvis trængslen i kredsløbet om jorden kommer ud af kontrol.

Jeg er Wade Roush, og dette er Deep Tech.

[Deep Tech-temamusik]

Wade Roush: det varer ikke længe, ​​før Jorden er dækket af en sky af nye satellitter. Selvom det medfører nye risici, burde det også medføre nogle enorme fordele, herunder at levere nye tjenester som bredere trådløs internetforbindelse og næsten kontinuerlig kortlægning af jordens overflade. Derfor besluttede redaktørerne af MIT Technology Review at sætte satellit-megakonstellationer på dette års liste over 10 gennembrudsteknologier. Og for at skrive om den udvikling henvendte magasinet sig til en San Diego-baseret videnskabsforfatter og tidligere astrofysiker, Ramin Skibba.

Wade Roush: Så, Ramin, fortæl os, hvad en satellit-megakonstellation er.

Ramin Skibba: Ret. Så en satellit-megakonstellation er ikke som en konstellation af stjerner som Ursa Major eller hvad som helst. Men det er som en konstellation i den forstand, at de er forbundet med hinanden. Så du kunne kun have et par satellitter, eller du kunne have snesevis eller hundreder eller endda tusinder, der alle koordinerer med hinanden.

Wade Roush: Hvor mange konventionelle satellitter er der i kredsløb, og hvor mange flere kommer der? Hvor mange af disse konstellationer findes endnu?

Ramin Skibba: Bare for at give et boldpark tal, er der et par tusinde satellitter på himlen. Men vi taler om ikke kun tusinder, men virkelig titusinder af flere satellitter, der snart kommer op. Og så er der et par store aktører involveret, som Space X, Planet Labs og One Web. Det er de tre største. Og så arbejder NASA og den europæiske rumorganisation og andre rumorganisationer selvfølgelig også på disse satellitkonstellationer.

Wade Roush: Ifølge Ramin er det, der muliggør alt dette, en kombination af tekniske fremskridt, såsom mindre elektronik, og en ny generation af ion-thrustere, der bruger små mængder brændstof.

Ramin Skibba: Så du kan gøre i en satellit i skoæskestørrelse, hvad du ville have haft brug for en kuffertstørrelse før. Og det betyder noget, fordi det er billigere at lave og billigere at lancere. Nu kan du f.eks. passe snesevis af disse satellitter på en enkelt raket.

Wade Roush: Et løfte om disse nye satellitkonstellationer er, at de vil hjælpe med at bringe internetadgang til de 3,5 milliarder mennesker, som stadig ikke har det. Men ingen regulerer virkelig denne revolution. Og ingen tvinger virksomhederne til at finde på en måde at sikre, at deres satellitter ikke kolliderer i kredsløb. Oven i det har nationer som Kina, Rusland, Indien og USA alle testet missiler designet til at sprænge satellitter i filler.

Ramin Skibba: Jeg mener, filmen Tyngdekraft med Sandra Bullock bragte det virkelig hjem for nogle mennesker.

[Lydklip fra Tyngdekraft ]

George Clooney: Houston, opdatering?

Ed Harris: Nå, vi har en fuldstændig kædereaktion. Det er blevet bekræftet, at det er den utilsigtede bivirkning af, at russerne rammer en af ​​deres egne satellitter.

Astronaut: De skød deres egen satellit ned?

George Clooney: Rådighedsret. Mest sandsynligt en spion-sat gået dårligt. Nu er det granatsplinter.

Ed Harris: Affaldskædereaktionen er ude af kontrol og udvider sig hurtigt. Flere satellitter er nede, og de bliver ved med at falde.

Wade Roush: Ramin siger, at nogle aspekter af filmen var meget realistiske. I 2007 ødelagde Kina en af ​​sine egne vejrsatellitter i en test af sin anti-satellit missilteknologi.

Ramin Skibba: Kun tusindvis af stumper blev skabt af dette enkelt missil, der ramte en enkelt satellit. Det er ikke så svært at forestille sig en konflikt i rummet, der denne gang ikke skaber tusinder, men endda millioner af stumper af affald. Det er virkelig en situation, hvor der på et tidspunkt kan være for meget affald. Og så lige nu er det afgørende, at der ikke skabes mere affald. Det burde være bekymring nummer et.

Wade Roush: Hvad kan satellitbyggere gøre for på forhånd at minimere chancerne for, at deres satellitter ikke ender som rumskrammel?

Ramin Skibba: Så ja, der er mange ting, som satellitoperatører kan gøre. Jeg vil sige, at Planet Labs er en af ​​dem, der har været meget samvittighedsfulde omkring dette. De fleste af deres satellitter, de er i lav kredsløb om Jorden. Og de er designet således, at når de ikke længere er nyttige, falder de ned mod Jorden, og så brænder de op i atmosfæren.

Wade Roush: Så de er så lave til at begynde med, at de grundlæggende er garanteret at falde tilbage i atmosfæren, bare på grund af friktion eller noget?

Ramin Skibba: Det er korrekt, ja. Så luftmodstanden bremser disse satellitter. Og så begynder de at falde. For satellitter, der er højere oppe, er luftmodstanden så tæt på ingenting, at det ikke vil virke. Og grundlæggende har de to muligheder. En af dem er, at hvis der er et fremdriftssystem på den satellit, kan de flytte det ned til en lavere bane og derefter trække den samme manøvre. Eller hvis de er så højt oppe, kan de skubbe satellitten op til en højere bane. Det kaldes en kirkegårdsbane. Og så når du er så langt fra jorden, er oddsene for en kollision stort set ubetydelige.

Wade Roush: Men hvad når der sker uventede ting? Sidste måned lancerede SpaceX en mission for at sætte 60 flere af sine små Starlink-kommunikationssatellitter i kredsløb.

SpaceX lanceringsmelder: Fem. Fire. Tre. To. En. Nul. Tænding. Løft...

Wade Roush: Dette er en optagelse fra selskabets webcast.

SpaceX lanceringsmelder: Og der er den levende udsigt. Så du kan se på din skærm, at satellitterne langsomt skiller sig væk fra anden fase. Og i løbet af de næste par uger vil de tage afstand fra hinanden og til sidst bruge deres indbyggede ion-thrustere til at komme til deres endelige kredsløb.

Wade Roush: Der er nu 360 af disse satellitter i kredsløb, ud af de planlagte 12.000. Men den mest berømte Starlink-satellit er nok Starlink 44. Sidste år, da den skiftede kredsløb, måtte en vejrsatellit fra European Space Agency affyre sine thrustere for at komme ud af vejen. Måske ville de aldrig have ramt. Men det ville de måske have, og mens vi forbereder os på en verden med titusindvis af satellitter på himlen, skal der være en plan for, hvordan man kan forhindre ulykker.

Greg Wyler: Det er et meget interessant retsområde, og hvis du kan lide rumret eller du kan lide international ret, vil dette blive et stort emne.

Wade Roush: Greg Wyler grundlagde teleselskabet OneWeb. Virksomheden gik faktisk konkurs i sidste måned, et økonomisk tab af coronavirus-pandemien. Men indtil da havde det planer om at opsende 2.000 af sine egne satellitter, og sidste efterår, på vores EmTech-konference, talte Wyler med vores administrerende redaktør Michael Reilly om hans erfaringer med at forsøge at bygge en sikker megakonstellation, selv i mangel af regulering. Vi vil lytte i flere minutter, for i denne samtale dækkede Wyler og Reilly adskillige spørgsmål, der viser, hvor vanskelig rumlovgivning er. Den første: hvem er ansvarlig, hvis en satellit rammer en anden?

Greg Wyler: Den, der er lanceringsstaten, tager ansvaret for enhver skade, de forårsager.

Michael Reilly: Okay.

Greg Wyler: Så i de fleste lande, hvis du lancerer, er du forpligtet til at tegne en forsikring mod skade, du måtte forårsage. Så hvis en satellit rammer noget andet, er du ansvarlig og staten er ansvarlig, fordi virksomheden normalt ikke vil være i stand til at betale for skaden, forårsage skaden, størrelsen af ​​skaden kan være meget større end nogen anden virksomhed.

Michael Reilly: Jo da.

Greg Wyler: Jeg mener, måske Amazon. Og måske ikke engang Amazon, hvis du tænker på de potentielle løbende skader ved at tage rumstationen ud eller noget i den stil.

Wade Roush: Wyler fortsatte med at forklare, at fordi rummet i det væsentlige er ureguleret, designede OneWeb sin satellitkonstellation til at være, hvad han kaldte 'naturligt sikker.'

Greg Wyler: Som om der bogstaveligt talt ikke er nogen ved rattet vel? Der er ingen. FCC udsendte en NPRM - en meddelelse om foreslået regelfremstilling om rumaffald. Gjorde ikke noget ved det. Handel siger 'Vi tager kontrollen', men de har ikke den regulerende myndighed til at tage kontrollen. FAA har ikke sagt noget. De sagde, at det er over denne grænse, det er ikke os.’ Så det, vi gjorde hos OneWeb, var lige i begyndelsen, jeg sammensatte et team til at håndtere rumaffald, og vi designede vores konstellation, så det var naturligt sikkert. Det, jeg mener med naturligt sikkert, er, at mens satellitterne kredser, hvis de alle går i stykker, rammer de ikke hinanden. Det er en meget vigtig del af det. Hvis du nu designer en konstellation, der ikke er naturligt sikker, betyder det, at du kræver aktive manøvrer for ikke at ramme hinanden.

Wade Roush: Selvom der ikke er nogen FAA for rummet, fortalte Wyler Reilly, at der faktisk er mange nyttige paralleller med flyvekontrol i luftfartsverdenen. kunne anvendes til at håndtere kollisionsundgåelse i rummet. Det er bare... ingen anvender dem.

Greg Wyler: Jeg er pilot, så vant til at flyve, og du har niveauer, som du flyver, og med tiden er afstanden, den lodrette afstand blevet smallere og smallere. Så du forsøger at få bedre lodret afstand, tættere og tættere på, men du skal have viden om, hvor du er. Du skal have nogen ved kontrollen. Nu kan man sige, jeg vil gøre det hele automatiseret og gøre det i en AI-verden. Jeg er ikke parat til at gøre det i et fly. Og jeg er bestemt ikke parat til at gøre det i satellitter, for jeg kan måske bruge AI til at finde ud af mine egne ting. Men nu har jeg alle disse andre mennesker, og hvordan fungerer deres AI-systemer med mine AI-systemer, da der ikke er nogen regler. Hvad hvis vi begge drejede til højre eller venstre eller den ene drejer til højre, den ene drejer til venstre eller den ene går op eller begge går ned. Så der er ingen kortsigtet, femårig måde at automatisere kollisionsundgåelse på. Okay? Du kan automatisere kollisionsdiskussioner, du kan automatisere forståelsen af ​​det, men lyser ud for at undgå kollisioner - det er ikke engang på bordet som en sikker mulighed i de næste fem år.

Michael Reilly: Okay, hvad skal vi så gøre? Jeg er nysgerrig efter, hvem der bliver trafikbetjent, og hvordan ser trafikbetjenten ud, når vi ikke kun taler om f.eks. amerikansk luftrum, vi taler om lavt kredsløb om jorden.

Greg Wyler: Så det, jeg havde håbet ville ske, i håb om, at USA ville tage en fremadskuende holdning til dette, og senatorer skrev ind i FCC og sagde, at du skulle gøre noget. Og mange mennesker begyndte at tale om dette. USA bør lave en regel, et sæt regler, og de bør så sige til verden: 'Da vi har mange satellitter, vil vi tvinge dette på vores satellitsystemer, og vi vil bede dig om at vedtage disse regler og skabe en international aftale om det.” Det skete ikke. Og de har et helt sæt regler. Du kan slå det op på hjemmesiden, men de har ikke handlet på det. Men FCC har ikke ansvaret for rummet. De er på en måde ansvarlige for licensering af spektrumrettigheder til at bruge rummet, hvilket er en slags port... Men du kunne opsende en satellit, der ikke bruger FCC-spektrum...

Wade Roush: Men selvom satellitvirksomheder og regeringer til sidst får styr på alt dette, siger videnskabsforfatteren Ramin Skibba, at der er et andet problem med satellit-megakonstellationer. Jo flere satellitter der er i lav kredsløb om jorden, jo oftere kommer de i vejen for jordbaserede teleskoper, der ser på nattehimlen.

Ramin Skibba: En hel del astronomer er kede af mega-konstellationer på grund af, hvordan de påvirker deres observationer. Jeg mener, de er lyse nok, og de er store nok til at de kan påvirke et anstændigt antal billeder. Så det er en rigtig udfordring for astronomer. Og det er ikke kun den tekniske udfordring. Jeg tror også, det er princippet i det. De er ikke så glade for blot muligheden for, at satellitkonstellationer roder med deres videnskab.

Wade Roush: Vi inviterede SpaceX til at deltage i denne podcast, og de takkede nej. Men virksomheden har sagt, at det går meget langt for at sikre, at dets satellitter ikke bliver rumaffald. Starlink-satellitter kan manøvrere af vejen, når der er en påviselig risiko for en kollision, og faktisk sagde selskabet, at det ville have flyttet Starlink 44 ud af vejen for ESA vejrsatellitten i september sidste år, bortset fra at der var en fejl i dets personsøgersystem der forhindrede Starlink-operatører i at se ESA's advarsler. Derudover siger selskabet, at aldrende Starlink-satellitter vil bruge deres indbyggede fremdriftssystemer til at deorbitere, før de dør, og at selvom fremdriften fejler, er satellitterne i så lav en bane, at de ville falde tilbage til jorden inden for én til fem år alligevel. Og med hensyn til spørgsmålet om, hvordan man holder satellitterne til at forstyrre jordbaseret astronomi, er her, hvad SpaceX-udtaleren havde at sige under webcasten af ​​den 18. marts Starlink-lancering, som du hørte tidligere.

SpaceX lanceringsmelder: En hurtig opdatering. Som mange af jer ved, har vi kørt en række tests for at reducere reflektionsevnen af ​​Starlink-satellitterne på vej i kredsløb. Den første af disse tests er at bruge maling til at gøre dele af satellitten mørkere. Foreløbige resultater viser en markant reduktion. Men vi har et par andre ideer, som vi tror kan reducere reflektionsevnen endnu mere, den mest lovende er et solsejl, der fungerer på samme måde som en terrasseparaply eller et solskærm, men til satellitten. Solskærmsmuligheden er planlagt til en fremtidig Starlink-lancering. Og alle disse bestræbelser er i gang, og vi vil fortsætte med at rapportere resultater tilbage, når vi modtager dem.

Wade Roush: Så Ramin, det føles som om, at det større problem her er, at vi bare ikke har et sæt regler til at styre rumkommercialisering eller rumudvikling. Tror du, at vi kommer tættere på at have en form for international aftale eller en måde at fungere på, som vil minimere skaderne og maksimere fordelene?

Ramin Skibba: Det er et godt spørgsmål. Jeg mener, at både på nationalt og internationalt plan skal agenturer og institutioner indhente det. Så udviklingen sker meget hurtigere, end love er til at regulere dem. Der er et skub for at udvikle lovgivning for dette. Men jeg tror, ​​der går nogle år, før noget har en chance for at bestå. Og på internationalt plan har De Forenede Nationer en gruppe, der også arbejder med disse spørgsmål. Men til en vis grad, mit indtryk, og det kunne være forkert, men mit indtryk er, at de internationale grupper på en måde følger USA's spor, og USA har ikke haft en hel masse lederskab på dette område. Der vil være pres på virksomhederne for at være mere opmærksomme på disse spørgsmål. Men det pres kan komme mere fra offentligt pres end fra politisk pres. Så jeg tror, ​​det var mere, ligesom nyhedshistorier og folk, der klagede over SpaceX, der forvirrede deres nattehimmel, der påvirkede SpaceX. Det er ikke sådan, at et kongresmedlem eller en fra Trump-administrationen ringede til Elon Musk og sagde: 'Hey, du er nødt til at arbejde på det her.'

Wade Roush: Mange miljøforkæmpere taler om almuens tragedie, som går tilbage til en idé fra filosoffen Garrett Harden i 1960'erne. Og jeg tror specifikt, han brugte en metafor om kvæg, der græsser på en fælles jord. Og hvis alle brugte deres tildelte del af jorden ved at sætte flere og flere kvæg derude, ville der til sidst ikke være mere græs. Så jeg spekulerer på, om du tror, ​​der er en vis fare for, at den samme situation vil opstå i rummet. Vil vi have en tragedie af almenheden, hvor ureguleret adgang ender med at gøre lavt kredsløb om jorden dybest set ubrugeligt for alle?

Ramin Skibba: Ret. Jeg tror, ​​at almuens tragedie er en god analogi til denne situation. Du ved, der er begrænset plads. Der skal være plads til alle. Nattehimlen burde være for alle. Men, ja, hvis alle gør, hvad de vil med nattehimlen, så vil du på et tidspunkt have satellitkollisioner, der gør kredsløbet om jorden stort set ubrugelig. Hvis du ender med den kaskadeeffekt af kollisioner, kan det tage mange milliarder dollars og mange årtier, seriøst, indtil lavt kredsløb om Jorden er brugbart igen. Det er en situation, der virkelig bør undgås for enhver pris. Og lige nu er det noget af det vilde vesten deroppe.

[Deep Tech-temamusik]

Wade Roush: Det var det for denne udgave af Deep Tech. Dette er en podcast, vi laver eksklusivt for MIT Technology Review-abonnenter, for at hjælpe med at bringe nogle af de mennesker og ideer til live, du finder på siderne på vores hjemmeside og vores trykte magasin. Men de første fire afsnit dækker vores årlige 10 banebrydende teknologier, og vi gør disse episoder gratis for alle.

Deep Tech er skrevet og produceret af mig og redigeret af Michael Reilly og Jennifer Strong. Vores tema er af Titlecard Music and Sound i Boston. Særlig tak i denne uge til Ramin Skibba, Margot Wohl og Greg Wyler. Jeg er Wade Roush. Tak fordi du lyttede, og vi håber at se dig tilbage her til vores næste afsnit sidst i april.

skjule