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    Las constelaciones de satélites recolectan energía para una cobertura global casi total

    Crédito:CC0 Public Domain

    Piense en ello como un juego de salón celestial:¿Cuál es el número mínimo de satélites necesarios para ver todos los puntos 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 compiten con el campo de gravedad de la Tierra? su masa abultada, la atracción del sol y la luna, y 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 propulsor necesaria para mantener los satélites en su lugar, y el coste resultante, hizo inviable la configuración.

    Ahora, una colaboración patrocinada por la National Science Foundation dirigida por Patrick Reed, el Profesor Joseph C. Ford de Ingeniería en la Universidad de Cornell, ha descubierto la combinación correcta de factores para hacer posible una constelación de cuatro satélites, que podría impulsar avances en telecomunicaciones, navegación y teledetección. Y en un giro ingenioso, los investigadores lograron esto haciendo que las fuerzas que normalmente degradan los satélites trabajaran a su favor.

    "Una de las preguntas interesantes que teníamos fue:¿Podemos realmente transformar esas fuerzas? En lugar de degradar el sistema, ¿Podemos realmente darle la vuelta de manera que la constelación esté recolectando energía de esas fuerzas y usándolas para controlarse activamente a sí misma? ”, dijo Reed.

    Su papel "Constelaciones de satélites 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 por las numerosas complicaciones de la ubicación 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 de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. Blue Waters comprimió 300 o 400 años de exploración computacional en el equivalente a aproximadamente un mes de computación real, Dijo Reed.

    Aventaron sus diseños de constelaciones a dos modelos que podrían orbitar durante un período de 24 o 48 horas y lograr una cobertura continua en más del 86% y el 95% del mundo. respectivamente. Si bien una cobertura de rendimiento del 100% sería ideal en teoría, Los investigadores encontraron que sacrificar solo entre el 5% y el 14% creaba mayores ganancias en términos de recolección de energía de las mismas fuerzas de radiación solar y gravitacional que normalmente harían que una constelación de satélites tenga una vida corta y sea difícil de controlar.

    La compensación vale la pena, Reed dijo:especialmente porque los operadores de satélites podrían controlar dónde ocurrirían las brechas en la cobertura. Los cortes en estas regiones de baja prioridad durarían aproximadamente 80 minutos al día, a lo sumo, en el peor de los casos.

    "Esta es una de esas cosas en las que la búsqueda de la perfección podría obstaculizar la innovación, "Dijo Reed." Y realmente no estás renunciando a una cantidad dramática. Puede haber misiones en las que sea absolutamente necesario cubrir todas las partes de la Tierra, y en esos casos, simplemente tendría que utilizar 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 propulsor y flotarían en elevaciones más altas, sacándolos de la peligrosa zona de alto tráfico de la órbita terrestre baja. Pero quizás el mayor punto de venta es el bajo costo. Los intereses comerciales o los países sin los recursos financieros para lanzar una gran constelación de satélites podrían lograr una cobertura global casi continua de manera muy económica. con gastos técnicos reducidos a largo plazo.

    "Incluso un satélite puede costar cientos de millones o miles de millones de dólares, dependiendo de qué sensores hay en él y cuál es su propósito. Por lo tanto, tener una nueva plataforma que pueda usar en las misiones existentes y emergentes es bastante bueno, ", Dijo Reed." Hay mucho potencial para la teledetección, telecomunicación, navegación, detección y retroalimentación de gran ancho de banda alrededor del espacio, y eso está evolucionando mucho muy rápidamente. Es probable que haya todo tipo de aplicaciones que podrían beneficiarse de una constelación de satélites autoadaptables con cobertura casi global ".

    El autor principal del artículo es Lake Singh de The Aerospace Corporation. Investigadores de la Universidad de California, Davis, también contribuyó.

    "Aprovechamos la experiencia en diseño de constelaciones de Aerospace con el liderazgo de Cornell en análisis de búsqueda inteligente y descubrimos una alternativa operativamente factible al diseño de constelaciones de Draim, "dijo Singh, director de sistemas para el departamento de Arquitecturas futuras de The Aerospace Corporation. "Estos diseños de constelaciones pueden proporcionar ventajas sustanciales a los planificadores de misiones para conceptos en órbitas geoestacionarias y más allá".


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