Her er hvordan bare fire satellitter kan tilby verdensomspennende internett

Satellitt i stor høyde Pixabay

Til tross for hva SpaceX og andre selskaper foreslår med prosjekter som Starlink, trenger du ikke megakonstellasjoner som består av tusenvis av satellitter – og alle forverringene de forårsaker – for å gi global internettdekning til verden. Vi har visst siden 1980-tallet at hvis du er greit med en tilkobling et hakk under hastigheter av spillerkvalitet (omtrent et halvt sekunds forsinkelse), så er kontinuerlig verdensomspennende dekning mulig med en konstellasjon på bare fire satellitter plassert i mye høyere høyder .

Men HughesNet og ViaSat, verdens største satellitt-internettleverandører som opererer på disse banene, tilbyr ikke noe i nærheten av global dekning. Andre satellittnettverk som leverer fjernmåling og navigasjonstjenester kommer også sørgelig kortere enn denne standarden. Hva gir?

Ikke overraskende er den store hindringen kostnaden. Flere faktorer virker for å forringe en satellitts bane. Disse inkluderer naturlig luftmotstand, forstyrrelser i jordens gravitasjonsfelt, den forstyrrende gravitasjonskraften til solen og månen, og til og med trykk forårsaket av solstråling. For å bekjempe disse problemene trenger du en enorm mengde drivmiddel på satellitten for å stabilisere dens bane konsekvent - en mengde som vanligvis dobler satellittens masse. Produksjons-, lanserings- og driftskostnadene er bare for høye for fire-satellitt-trikset.

En ny studie ledet av ingeniører ved The Aerospace Corporation og publisert i Naturkommunikasjon foreslår en kontraintuitiv tilnærming som gjør disse nedverdigende kreftene til de som faktisk bidrar til å holde disse satellittene i bane. Hvis det fungerte, ville det bety at bare fire satellitter kunne gi kontinuerlig global dekning for en brøkdel av kostnadene.

For tiden er banene for disse satellittene elliptiske, og krefter fra sola og månen skaper ustabilitet som bryter stjernebildet fra hverandre over tid. Patrick Reed ved Cornell University og hans kolleger ønsket å gjøre banene mer sirkulære, og la satellittene klare seg med færre fremdriftsmanøvrer og lavere drivmiddelbehov. Og de ønsket å gjøre dette på en slik måte at satellittene fortsatt kunne gi nesten global dekning.

Teamet kjørte simuleringer som så på hvilke typer banekonfigurasjoner som best kunne gjøre nedbrytende krefter til de som faktisk fremmet en stabil, sirkulær bane. Tilfeller der, for eksempel, solens tyngdekraft normalt ville bryte stjernebildet fra hverandre, kan nå binde stjernebildet sammen. Simuleringene var for fire-satellitt-konstellasjoner som ville bruke minst 6000 dager (16,4 år i bane).

Etter å ha analysert simuleringene med Blue Waters superdatamaskin ved University of Illinois i Urbana-Champaign, fant teamet to modeller som kunne fungere. I det ene fullfører stjernebildet en bane i løpet av en 24-timers periode, i en høyde av 22 000 miles, og oppnår kontinuerlig dekning for omtrent 86 % av kloden. Den andre jobber på en 48-timers periode i en høyde av 42 000 miles og dekker 95% av kloden. Alle områder som har opplevd driftsavbrudd vil ikke møte mer enn omtrent 80 minutter med nedetid om dagen.

Riktignok vil internetthastighetene være lavere på grunn av den ekstra tiden det tar å sende signalet fra en mye høyere bane. For de fleste som bruker datasystemer, er imidlertid en ekstra kvartsekundsforsinkelse vanskelig å fornemme, siden det er så mange andre forsinkelser i datamaskiner og datanettverk, sier Roger Rusch, presidenten for telekomkonsulentfirmaet TelAstra.

I disse systemene vil satellittene (som hver veier omtrent 1,2 tonn) trenge omtrent 60 % mindre drivmiddel over hele 6000-dagers perioden enn om de kretser i mer konvensjonelle konfigurasjoner, og potensielt redusere massen med over halvparten og gjøre den mye enklere å bygge og lansere dem. Det kan også gi plass til å installere bedre instrumentering og kraftsystemer (satellitter i stor høyde trenger mer kraft for å sende signaler tilbake til jorden).

Reed sier arbeidet var motivert av et ønske om å la mindre land eller selskaper drive konstellasjoner som gir nesten kontinuerlig dekning. Argumentet går at med kostnadene nede, ville det være lettere for disse gruppene å bygge, skyte opp, operere og spore bare noen få satellitter i en høyere bane, i motsetning til en vidstrakt konstellasjon på tusenvis i lav jordbane.

Eksperter som Rusch er positive til den nye studiens funn: han sier at kapital- og driftskostnadene til et LEO-satellittsystem er tre til fem ganger høyere enn for et høytliggende system med samme kapasitet. Astronomer og romskrot-eksperter som er nervøse for de negative effektene av prosjekter som Starlink kan også sette pris på konseptet.

Andre er litt mer forsiktige. Anton Dolgopolov, en senioranalytiker hos analyse- og ingeniørfirmaet Bryce Space and Technology, påpeker at LEO-systemer fortsatt har noen kraftige fordeler - for eksempel har de lettere for å sikre dekning for lokalsamfunn nær polene. Dessuten, i et nettverk som består av hundrevis til tusenvis av satellitter, vil det ikke virkelig forstyrre tjenesten hvis noen få mislykkes med å starte eller fungerer som de skal. Og LEO-satellitter kan deorbiteres og erstattes mye raskere.

De nye modellene er med andre ord bare teoretiske muligheter, uansett om de er interessante. I den virkelige verden kan tekniske og økonomiske hindringer svekke håpet om en enkel løsning.

Rettelse 1/20: Dette innlegget har blitt oppdatert for å rette en teknisk feil angående utformingen av den nye konstellasjonen.

gjemme seg