Durante décadas, los científicos han estado tratando de determinar la cantidad mínima de satélites que podrían ver cada punto de la Tierra. Esta pregunta está motivada en parte por el creciente problema de los desechos espaciales, pero también por consideraciones de costo y eficiencia. A mediados de la década de 1980, el investigador John E. Draim propuso una solución a este problema en una serie de estudios, alegando que una constelación de cuatro satélites era todo lo que se necesitaba.
Desafortunadamente, su solución simplemente no era práctica en ese momento, ya que se necesitaría una gran cantidad de propelente para mantener los satélites en órbita. Pero gracias a un reciente estudio colaborativo, un equipo de investigadores ha encontrado la combinación correcta de factores para hacer posible una constelación de cuatro satélites. Sus hallazgos podrían impulsar los avances en telecomunicaciones, navegación y teledetección a la vez que reducen los costos.
El estudio que describe sus hallazgos apareció recientemente en la revista. Comunicaciones de la naturaleza y fue dirigido por Patrick Reed, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Cornell. A Reed se unieron ingenieros y científicos de The Aerospace Corporation y de la Universidad de California, Davis, con el apoyo de la National Science Foundation (NSF).
Para abordar la cuestión de cómo mantener una constelación funcional con un número mínimo de satélites en funcionamiento, el equipo consideró todos los factores que hacen que los satélites se desorbiten con el tiempo. Estos incluyen el campo de gravedad de la Tierra, el arrastre atmosférico, la influencia gravitacional de la Luna y el Sol, y la presión de la radiación solar. Como Reed explicó:
“Una de las preguntas interesantes que teníamos era, ¿podemos realmente transformar esas fuerzas? En lugar de degradar el sistema, ¿podemos darle la vuelta de tal manera que la constelación esté cosechando energía de esas fuerzas y usándolas para controlarse activamente?
El estudio colaborativo reunió la experiencia de The Aerospace Corporation en astrofísica de vanguardia, logística operativa y simulaciones con la propia experiencia de Reed en herramientas de búsqueda informática basadas en inteligencia artificial. El equipo también confió en la supercomputadora de Blue Water en la Universidad de Illinois para examinar cientos de miles de posibles órbitas y combinaciones de perturbaciones.
Como Lake A. Singh, director de sistemas para el departamento de Arquitecturas Futuras de The Aerospace Corporation, explicó:
“Aprovechamos la experiencia en diseño de constelaciones de Aerospace con el liderazgo de Cornell en análisis de búsqueda inteligente y descubrimos una alternativa operacionalmente factible al diseño de constelaciones Draim. Estos diseños de constelaciones pueden proporcionar ventajas sustanciales a los planificadores de misiones para conceptos en órbitas geoestacionarias y más allá ".
Con el tiempo, el equipo pudo reducir sus diseños de constelaciones a dos modelos. En uno, los satélites podrían orbitar durante un período de 24 horas y lograr una cobertura global del 86%. Por otro lado, los satélites orbitarían durante un período de 48 horas y alcanzarían una cobertura del 95%. Si bien ambos cayeron por debajo del 100%, el equipo descubrió que sacrificar un pequeño margen de cobertura conduciría a una compensación significativa.
Esto incluye la capacidad de aprovechar más energía de la misma radiación gravitacional y solar que normalmente dificultaría el control de los satélites y provocaría la descomposición de sus órbitas. Además, los operadores de satélites podrían controlar dónde ocurrirían las brechas en la cobertura y estas durarían solo 80 minutos al día como máximo. Como dijo Reed, esta compensación vale la pena:
“Esta es una de esas cosas donde la búsqueda de la perfección en realidad podría obstaculizar la innovación. Y realmente no estás renunciando a una cantidad dramática. Puede haber misiones en las que absolutamente necesite cobertura en todas partes de la Tierra, y en esos casos, solo tendría que usar más satélites o sensores en red o plataformas híbridas ".
Otros beneficios de este tipo de control satelital pasivo incluyen la forma en que potencialmente podría extender la vida útil de una constelación de 5 a 15 años. También requerirían menos propulsores y podrían flotar en elevaciones más altas, reduciendo así el riesgo de impacto con naves espaciales y otros objetos en órbita. Pero el mayor punto de venta es cuán rentable sería esta configuración en comparación con las constelaciones de satélites convencionales.
Esto lo hace especialmente atractivo para las naciones o compañías aeroespaciales comerciales que no tienen los recursos financieros necesarios para desplegar grandes constelaciones.
“Incluso un satélite puede costar cientos de millones o miles de millones de dólares, dependiendo de qué sensores tenga y cuál sea su propósito. Por lo tanto, tener una nueva plataforma que pueda usar en las misiones existentes y emergentes es bastante bueno. Existe un gran potencial para la teledetección, las telecomunicaciones, la navegación, la detección de gran ancho de banda y la retroalimentación en todo el espacio, y eso está evolucionando muy, muy rápidamente. Es probable que haya todo tipo de aplicaciones que podrían beneficiarse de una constelación de satélites autoadaptable de larga duración con una cobertura casi global ".
Este estudio no solo resuelve una pregunta en curso sobre la cobertura satelital y el mantenimiento de las constelaciones. También puede impulsar avances en telecomunicaciones, navegación y teledetección. En el futuro cercano, se enviarán innumerables satélites al espacio para proporcionar Internet satelital (constelación Starlink de SpaceX), realizar experimentos científicos y monitorear la atmósfera y la superficie de la Tierra.
Entre esto y las preocupaciones relacionadas con los desechos espaciales, ¡ser capaz de hacer más con menos (y por menos dinero) será muy útil!
