Das Versprechen und die Gefahr von Satelliten-Megakonstellationen

Wenn Sie die Entwicklung von SpaceX verfolgt haben Starlink-Projekt Um ein globales Breitband-Internet zu schaffen, haben Sie bemerkt, dass das Unternehmen regelmäßig nicht nur einzelne Satelliten, sondern ganze Chargen von jeweils 60 Satelliten ins All schickt.

Diese Gruppen bilden ein Netzwerk am Himmel, eine sogenannte Satellitenkonstellation, die eine nahezu globale Abdeckung ermöglicht, wie es ein einzelner Satellit nicht kann. Und nicht nur SpaceX nutzt diesen Ansatz – auch Unternehmen von Amazon über seine Tochtergesellschaft Kuiper Systems arbeiten an Satellitenkonstellationen Facebook, durch sein Athena-Projekt.

Aber nicht jeder ist damit einverstanden, so viele Satelliten in den Nachthimmel zu schicken. Insbesondere Astronomen haben sich darüber beschwert, dass solche Konstellationen ihre Fähigkeit, Daten mit Teleskopen zu sammeln, gefährden

Um die Einzelheiten dieses komplexen Themas zu verstehen, haben wir mit zwei Experten gesprochen: Olivier Hainaut, einem Astronomen und führenden Forscher auf dem Gebiet der Funktionsweise von Satelliten Konstellationen beeinflussen astronomische Beobachtungen, und Brad King, CEO eines Unternehmens, das Antriebssysteme für Satelliten herstellt, die vom US-Militär verwendet werden Konstellationen.

Das Gute: Was Satellitenkonstellationen bieten können, was einzelne Satelliten nicht können

Einer der größten Vorteile des Konstellationsansatzes besteht darin, dass Netzwerke im Laufe der Zeit problemlos aktualisiert werden können. Wenn ein System über einen einzigen großen Satelliten verfügt, kann der Bau und die Entwicklung dieser Hardware Jahre dauern. Nach der Markteinführung ist es äußerst schwierig, Funktionen hinzuzufügen oder die Hardware zu verbessern.

Aber mit einer Konstellation von Satelliten können Sie die Hardware beim Start schrittweise verbessern. Wenn ein Unternehmen mit dem Einsatz von Satelliten beginnt und diese nach ein paar Jahren präziser werden Beispielsweise können sie die neuen Sensoren problemlos in die nächste Satellitencharge einbauen und einsetzen ihnen. Die bestehenden Satelliten können weiterhin zusammenarbeiten und die Flotte kann schrittweise aufgerüstet werden.

Konstellationen würden dadurch ständig aktualisiert, sagte King, der CEO von Orbion, einem Kleinsatellitenantrieb Das Unternehmen liefert derzeit das Antriebssystem für die Defense Advanced Research Projects Agentur Blackjack-Satellitenkonstellation.

„Wenn Sie 100 Satelliten fliegen lassen, fliegen Sie nicht 100 Satelliten und warten dann 10 Jahre, um dann 100 weitere zu starten“, sagte King. „Sie erneuern die Flotte kontinuierlich, etwa 20 % der Flotte pro Jahr.“

Das bedeutet auch, dass sie bei langfristigen Projekten Budgetkürzungen überstehen können, indem sie die Gesamtflotte verkleinern, anstatt ein Projekt ganz aufzugeben. Dies ist wichtig bei Regierungsprogrammen, die möglicherweise ein Jahrzehnt lang laufen und dann ihre Budgets kürzen.

Für Regierungen und Militär ergeben sich durch den Einsatz von Konstellationen weitere spezifische Vorteile. „Der Hauptvorteil ist die Widerstandsfähigkeit“, sagte King. „Was Sie mit einer Konstellation erreichen können, was Sie mit einem [Satelliten] nicht tun können, ist, dass Sie widerstandsfähig gegen Angriffe sein können. Wenn Sie einen sehr großen, sehr wertvollen Satelliten im Orbit haben und ein Gegner die Nutzung dieses Satelliten verweigern möchte Wenn man den Satelliten beschädigt oder auf andere Weise beschädigt, braucht man, wenn man so will, nur eine einzige Kugel, um die gesamte Fähigkeit zu zerstören runter.

„Wenn diese Funktionalität stattdessen von 100 Satelliten gemeinsam genutzt wird, muss die Angriffstiefe viel tiefer sein, um die Funktion außer Kraft zu setzen. Es dient also der Abschreckung gegen Angriffe. Es ist kein großes, fettes, saftiges Ziel, das einen Feind dazu verleitet, es anzugreifen.“

Und wenn eine Konstellation einmal steht, kann sie für alle möglichen Kommunikationszwecke genutzt werden. Das Starlink-Programm von SpaceX zielt darauf ab, globales Breitband-Internet bereitzustellen, das viele potenzielle Vorteile bietet. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, arme oder ländliche Regionen, in denen es kaum oder gar keinen Internetdienst gibt, mit Internet zu versorgen Derzeit könnte es auch aus Sicherheitsgründen von unschätzbarem Wert sein, da es Flugzeuge und Schiffe auf der ganzen Welt verfolgen kann. Und wenn in einer Region mehrere Internetanbieter verfügbar wären, könnten die Menschen ungehinderter auf das Internet zugreifen, ohne dass staatliche Beschränkungen auferlegt würden.

Das Schlechte: Warum Sternbilder einige Astronomen in Aufruhr versetzen

Wie bei allen technologischen Fortschritten ist auch der Start von Satellitenkonstellationen mit Problemen verbunden. Im letzten Jahr gab es zwischen SpaceX und der astronomischen Gemeinschaft eine manchmal hitzige Debatte über den Start von Starlink-Satelliten.

Wenn Satelliten gestartet werden, können sie losfahren Lichtspuren über den Himmel, besonders in der Dämmerung. Obwohl einige diese Spuren schön finden, können sie die astronomischen Messwerte beeinträchtigen, da sie viel heller sind als die Sterne oder Galaxien, die Astronomen zu beobachten versuchen. Es stellt sich auch die Frage, ob Starlink-Satelliten, die sich in einer besonders niedrigen Umlaufbahn befinden, mit bloßem Auge sichtbar wären und die Messwerte beeinträchtigen würden, sobald sie an Ort und Stelle wären.

Die Internationale Astronomische Union veröffentlichte eine Stellungnahme im Sommer 2019 und a nachverfolgen Im Februar dieses Jahres äußerten beide „Besorgnis über die negativen Auswirkungen der geplanten Megakonstellationen „Kommunikationssatelliten können astronomische Beobachtungen beeinflussen“, wobei insbesondere Starlink, die Iridium-Satellitenkonstellation, genannt wird. OneWeb und andere.

SpaceX ging schnell auf die Probleme ein, die Starlink in der optischen Astronomie verursachte, und arbeitete mit Astronomen zusammen finde eine Lösung. Zuerst versuchten sie, die Satelliten in einer dunkleren Farbe zu bemalen, was ihr Aussehen zwar reduzierte, aber nicht so stark, dass es die Astronomen zufriedenstellte. Also gingen sie zu einem neuen Design über, das ein Visier als Sonnenschutz enthielt.

„Das ist wirklich klug“, sagte Hainaut. „Denn wenn der Satellit nicht beleuchtet ist, ist er völlig dunkel, er ist unsichtbar. Das bedeutet also, dass das Visier den größten Teil des Satelliten verbergen kann. Aufgrund der Art und Weise, wie der Satellit gebaut ist, kann man ein Visier haben, bei dem man vom Boden aus gesehen die Rückseite des Visiers sieht, sodass es dunkel ist und die gesamte Unterseite des Satelliten im Schatten liegt. Das bedeutet, dass der Satellit um mehrere Größenordnungen schwächer wird.“

SpaceX hat außerdem den Winkel der an den Satelliten angebrachten Solarpaneele so angepasst, dass der beleuchtete Teil von der Erde aus nicht sichtbar ist. In Kombination sollten diese Korrekturen mehr oder weniger das Problem lösen, dass betriebsbereite Starlink-Satelliten die bodengestützte optische Astronomie beeinträchtigen.

Es gibt auch einige Probleme mit der Beeinträchtigung der Radioastronomie durch Satelliten. Es kann ein Problem namens Frequency Bleed geben, bei dem Satelliten geringe Mengen an Radiowellen bei Frequenzen aussenden, die über ihrer primären Betriebsfrequenz liegen, was für Radioastronomen zu Problemen führen kann. Radioteleskope müssen im Allgemeinen mit vielen Hintergrundgeräuschen zurechtkommen, und Satellitenkonstellationen können dazu beitragen.

SpaceX arbeitet auch in dieser Frage mit der astronomischen Gemeinschaft zusammen, und die Astronomen scheinen dies zu tun im Großen und Ganzen optimistisch dass eine Lösung gefunden werden kann.

Das letzte Problem beim Start einer großen Anzahl von Satelliten lässt sich technologisch nicht einfach lösen. Das Problem von orbitale Überfüllung rückt in der Weltraumgemeinschaft zunehmend in den Fokus, wobei Bedenken hinsichtlich der Menge bestehen Müll im Orbit um unseren Planeten. Weltraumschrott kann extrem gefährlich sein und alles bedrohen, von der Internationalen Raumstation bis hin zu unserer potenziellen Fähigkeit, dies zu tun Satelliten starten auch in Zukunft erschwinglich.

Der Hauptansatz für dieses Problem besteht darin, dass Unternehmen sicherstellen, dass sie ihre Satelliten verantwortungsvoll aus der Umlaufbahn bringen können, sobald sie nicht mehr benötigt werden. Wenn ein Starlink-Satellit das Ende seiner Lebensdauer erreicht oder ein Satellit defekt ist, kann er relativ einfach entsorgt werden, da sich die Konstellation auf einer niedrigen Umlaufbahn befindet. Die Satelliten müssen nur in eine niedrigere Umlaufbahn manövriert werden und schon fallen sie in die Atmosphäre und verglühen.

Andere Sternbilder befinden sich möglicherweise in einer höheren Umlaufbahn. In diesen Fällen ist es einfacher, sie in eine sogenannte Friedhofsumlaufbahn zu befördern, als sie in die Atmosphäre zu bringen. Aber wenn ein Satellit in einem höheren Obit ausfällt, kann es sein, dass er sehr lange dort bleibt. Deshalb werden einige Satelliten jetzt mit Funktionen wie Haken ausgestattet, die das Fliegen erleichtern ein weiterer Satellit, an dem man sich festhalten kann und entsorgen Sie sie.

Das Hässliche: Was hält die Zukunft für Sternbilder bereit?

Hainaut betonte, dass SpaceX Anstrengungen unternommen habe, die weit über das hinausgingen, wozu sie verpflichtet gewesen seien, um das Problem anzugehen Probleme, die Starlink für die astronomische Gemeinschaft verursacht hat, und er ist zuversichtlich, dass diese Probleme auftreten können gelöst. Die Frage ist, ob diese neuen Akteure angesichts der zunehmenden Beliebtheit und Einführung von Sternbildern in Zukunft ebenso Rücksicht auf den Nachthimmel nehmen werden.

„[SpaceX] tut wirklich alles, um die Probleme zu lösen, weit über das hinaus, wozu sie gesetzlich verpflichtet sind“, sagte Hainuat. „Astronomen haben eine sehr gute Arbeitsbeziehung mit Starlink, aber es ist nicht klar, dass wir die gleiche Art von Beziehung mit anderen [Unternehmen] haben werden, weil es nur ein guter Wille ist.“

Kann man anderen Unternehmen vertrauen, dass sie dem Beispiel von SpaceX folgen? Es gibt Verträge und Vereinbarungen zur Nutzung des Weltraums, einschließlich Fragen wie der Entsorgung von Satelliten, wenn diese das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Viele Experten argumentieren jedoch, dass diese Verträge gestärkt werden müssen und dass es Konsequenzen für Unternehmen geben muss, die sie nicht einhalten.

„Das Problem ist, dass es kein Leitungsgremium gibt, das Strafen wirklich einheitlich verhängen kann“, sagte King. „Es gibt strenge Richtlinien und Verträge, aber deren Durchsetzung ist problematisch.“

Satellitenkonstellationen wie Starlink können fantastische neue Schritte in der Telekommunikation ermöglichen, aber wir müssen sie finden eine Möglichkeit, diese Fähigkeit mit der Notwendigkeit in Einklang zu bringen, den Nachthimmel zu studieren und das Universum jenseits unseres Planeten zu verstehen.

„Der Weltraum ist ein öffentliches Gemeingut, das wir alle teilen“, sagte King. „Da sich die Konstellationen zu vermehren beginnen, muss als Gesellschaft noch viel erarbeitet werden … Jeder und niemand besitzt Raum, und wir alle wollen ihn teilen.“

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