Piense en ello como un juego de salón celestial: ¿Cuál es el número mínimo de satélites necesarios para ver cada punto de la Tierra? ¿Y cómo podrían esos satélites permanecer en órbita y mantener una cobertura continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, mientras se enfrenta al campo de gravedad de la Tierra, que es irregularmasa, la atracción del sol y la luna, y la presión de la radiación solar?
A mediados de la década de 1980, el investigador John E. Draim propuso lo que generalmente se considera la solución ideal: una constelación de cuatro satélites. Sin embargo, la cantidad de propelente necesaria para mantener los satélites en su lugar y el costo resultante, hicieronla configuración no es factible
Ahora, una colaboración patrocinada por la National Science Foundation dirigida por Patrick Reed, el profesor de ingeniería Joseph C. Ford en la Universidad de Cornell, ha descubierto la combinación correcta de factores para hacer posible una constelación de cuatro satélites, lo que podría impulsar los avances en las telecomunicaciones, navegación y teledetección. Y en un giro ingenioso, los investigadores lograron esto haciendo que las fuerzas que normalmente degradan los satélites en su lugar trabajen a su favor.
"Una de las preguntas interesantes que tuvimos fue, ¿podemos realmente transformar esas fuerzas? En lugar de degradar el sistema, ¿podemos voltearlo de tal manera que la constelación esté cosechando energía de esas fuerzas y usándolas para controlarse activamente?" Reeddijo.
Su artículo, "Constelaciones satelitales de bajo costo para una cobertura global casi continua", publicado el 10 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .
Las herramientas de búsqueda de computación evolutiva basadas en IA que Reed ha desarrollado son ideales para navegar las numerosas complicaciones de la colocación y gestión de satélites.
Para este proyecto, Reed colaboró con investigadores de The Aerospace Corporation, combinando su conocimiento algorítmico con la experiencia de la compañía en astrofísica de vanguardia, logística operativa y simulaciones.
Para examinar los cientos de miles de posibles órbitas y combinaciones de perturbaciones, el equipo utilizó la supercomputadora Blue Waters en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. Blue Waters comprimió 300 o 400 años de exploración computacional en el equivalentede aproximadamente un mes de computación real, dijo Reed.
Reconocieron sus diseños de constelaciones a dos modelos que podrían orbitar durante un período de 24 o 48 horas y lograr una cobertura continua en el 86% y el 95% del mundo, respectivamente. Si bien una cobertura de rendimiento del 100% sería ideal en teoría,Los investigadores descubrieron que sacrificar solo 5% -14% creaba mayores ganancias en términos de recolección de energía de las mismas fuerzas de radiación gravitacional y solar que normalmente harían que una constelación de satélites sea de corta duración y difícil de controlar.
La compensación vale la pena, dijo Reed, especialmente porque los operadores de satélites podrían controlar dónde ocurrirían las brechas en la cobertura. Las interrupciones en estas regiones de baja prioridad durarían aproximadamente 80 minutos al día, como máximo, en el peor de los casos.
"Esta es una de esas cosas en las que la búsqueda de la perfección en realidad podría obstaculizar la innovación", dijo Reed. "Y realmente no estás renunciando a una cantidad dramática. Puede haber misiones en las que absolutamente necesites cobertura de todas partes de la Tierra, y en esos casos, solo tendría que usar más satélites o sensores en red o plataformas híbridas ".
El uso de este tipo de control pasivo podría potencialmente extender la vida útil de una constelación de cinco a 15 años. Estos satélites requerirían menos propulsores y flotarían a elevaciones más altas, eliminándolos de la zona de alto tráfico arriesgada de la órbita terrestre baja. Pero quizásEl mayor punto de venta es el bajo costo. Los intereses comerciales o países sin los recursos financieros para lanzar una gran constelación de satélites podrían lograr una cobertura global casi continua de manera muy económica, con una reducción de los gastos generales técnicos a largo plazo.
"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", Reed"Hay 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 un auto de larga duración-constelación de satélites con una cobertura casi global "
El autor principal del artículo es Lake Singh con The Aerospace Corporation. Investigadores de la Universidad de California, Davis, también contribuyeron.
"Aprovechamos la experiencia en diseño de constelaciones de Aerospace con el liderazgo de Cornell en análisis de búsqueda inteligente y descubrimos una alternativa operativamente viable al diseño de constelaciones Draim", dijo Singh, director de sistemas para el departamento de Arquitecturas Futuras de The Aerospace Corporation. "Estos diseños de constelaciones pueden proporcionar ventajas sustancialesa los planificadores de misiones para conceptos en órbitas geoestacionarias y más allá "
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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