Hoy dia, constelaciones de satélites de comunicación a gran escala, también conocidas como megaconstelaciones, han sido cada vez más populares. OneWeb lanzó el primer lote de satélites de una constelación inicial de 650 satélites en febrero de 2019, y SpaceX también lanzó el primer lote de sus 12, 000 constelación de satélites en mayo de 2019. El 8 de julio, Amazon también presentó una solicitud ante la FCC para su constelación de satélites planificada con 3, 236 satélites. Se espera que estas constelaciones de satélites cambien las reglas del juego al realizar el servicio mundial de Internet por satélite.

Sin embargo, La escala sin precedentes de estas megaconstelaciones también trae numerosos desafíos, algunos de los cuales están ocultos y no se han explorado bien. Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign identificaron un desafío oculto crítico sobre el reemplazo de los satélites rotos en megaconstelaciones y propusieron una solución única con métodos de control de inventario.

"Mantener estas megaconstelaciones a gran escala de manera eficiente es mucho más complejo que los sistemas espaciales tradicionales. De hecho, se ha convertido cada vez más en un problema de logística terrestre en el que han estado trabajando FedEx o UPS. Así que abordamos este problema de mantenimiento de megaconstelaciones aprovechando la idea de la logística terrestre, lo que resulta no solo único e interesante, sino también muy adecuado en este contexto ", dijo Koki Ho. profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la U de I.

El desafío que describió Ho es cambiar de manera eficiente un nuevo satélite por uno que se rompa. Para las empresas de telecomunicaciones, satélites rotos significan comunicaciones interrumpidas y servicio de Internet, lo que conduce a clientes descontentos y pérdida de ingresos.

"La implementación de una constelación a gran escala es un problema, pero mantenerlo es otro problema posiblemente más desafiante, "Ho dijo." Cuando los satélites se rompan, proporcionar un repuesto rápidamente es importante, por lo que hay poca brecha en el servicio. Las empresas necesitan un servicio continuo para brindar una cobertura global. Para lograr eso, necesitamos tener suficientes repuestos en órbita. La pregunta es:cuántos serían suficientes. ¿Podemos pensar en una forma más inteligente de utilizar la menor cantidad de satélites posible para satisfacer el requisito de brecha? "

En constelaciones de satélites anteriores, Ho dijo que esto no era un problema porque la escala era lo suficientemente pequeña; no se necesitaban métodos sofisticados para calcular la cantidad necesaria de repuestos; bastaba con tener unos pocos repuestos por plano orbital. Pero con una constelación formada por cientos de satélites, la estrategia no funcionará. También, nuevo, los satélites pequeños son más baratos pero tienen una tasa de falla relativamente más alta, por lo que se necesitan muchos más repuestos en cada plano orbital, y eso es ineficiente.

"Nuestra idea es utilizar algo llamado método de control de inventario de niveles múltiples en la logística terrestre y aplicarlo al contexto de la mecánica orbital, "Ho dijo". En nuestra solución, otra órbita que es más baja que la órbita real, que llamamos órbita de estacionamiento; se convierte en un almacén intermedio de los satélites. Un pequeño número de satélites de repuesto se encuentran en el plano orbital real para su reemplazo inmediato, mientras que un inventario más grande de satélites de reemplazo está esperando en la órbita de estacionamiento. Los del plano orbital cubren una necesidad inmediata, los repuestos en la órbita de estacionamiento pueden reponer la órbita real ".

La investigación también aprovecha el efecto J2 del plano orbital, que es causado por la oblicuidad de la Tierra, para entregar los repuestos. La Tierra no es una esfera perfecta, Ho explicó, y porque no es una esfera perfecta, el plano orbital cambiará.

"Esa tasa de cambio del plano orbital es diferente según la altitud, "Dijo Ho." Entonces, cuando tenemos una órbita de estacionamiento que está a una altitud más baja que la órbita de la constelación original, sus velocidades de desplazamiento orbital son diferentes. El modelo matemático que creamos tiene en cuenta ese cambio de velocidad y qué avión está más cerca del satélite que necesita ser reemplazado para que tenga una cobertura continua de la Tierra. El método analiza qué plano orbital es el primero que coincidirá con el avión que tiene una demanda y también considera si ese avión realmente tiene repuestos. Si ese avión no tiene repuestos, luego esperamos hasta el próximo avión, "Dijo Ho.

Ho dijo que este método también elimina la costosa urgencia de lanzar un satélite de reemplazo.

"Con esta estrategia de almacén, cuando hay un satélite averiado, ya existe un inventario de stock disponible para reemplazarlo. Cuando la acción cae por debajo de un umbral, puede lanzar más a la órbita de estacionamiento. Esto aprovecha el efecto de lanzamiento por lotes. Es más barato enviar un cohete con varios satélites que lanzar cada uno de ellos por separado ".

Ho cree que este nuevo método de suministro resuelve un problema a tiempo.

"La gente habla mucho sobre estas megaconstelaciones, pero no ha pensado lo suficiente sobre algunos de los nuevos desafíos que traen consigo. "Dijo Ho." El uso de un enfoque de almacén único proporcionó una solución eficiente para abordar este complejo problema ".

El papel, "Estrategia óptima de reserva de constelaciones de satélites mediante el control de inventario de niveles múltiples, "está escrito por Pauline Jakob y Koki Ho de la U of I y Seiichi Shimizu, Shoji Yoshikawa de Mitsubishi Electric Corporation, Amagasaki, Japón. Aparece en el Diario de naves espaciales y cohetes .