La promessa e il pericolo delle megacostellazioni satellitari

Se hai seguito lo sviluppo di SpaceX Progetto Starlink per creare Internet a banda larga globale, avrai notato che l'azienda lancia regolarmente non solo singoli satelliti, ma interi lotti di 60 satelliti alla volta.

Questi lotti formano una rete nel cielo, chiamata costellazione di satelliti, che consente una copertura quasi globale in un modo che un singolo satellite non può fare. E non è solo SpaceX che utilizza questo approccio: ci sono costellazioni satellitari su cui stanno lavorando aziende da Amazon, tramite la sua controllata Kuiper Systems, a Facebook, attraverso il suo progetto Athena.

Ma non tutti sono d’accordo con il lancio di così tanti satelliti nel cielo notturno. Gli astronomi in particolare si sono lamentati del fatto che tali costellazioni minacciano la loro capacità di raccogliere dati utilizzando i telescopi

Per comprendere i dettagli di questa complessa questione, abbiamo parlato con due esperti: Olivier Hainaut, astronomo e ricercatore leader sul tema del funzionamento dei satelliti costellazioni influenzano le osservazioni astronomiche, e Brad King, amministratore delegato di una società che produce sistemi di propulsione per satelliti utilizzati dalle forze armate statunitensi in costellazioni.

Il lato positivo: ciò che le costellazioni satellitari possono offrire che i singoli satelliti non possono offrire

Uno dei maggiori vantaggi dell’approccio della costellazione è che consente alle reti di essere facilmente aggiornate nel tempo. Quando un sistema ha un unico satellite di grandi dimensioni, la costruzione e lo sviluppo di tale hardware potrebbero richiedere anni. Una volta lanciato, è estremamente difficile aggiungere funzioni o migliorare l’hardware.

Ma con una costellazione di satelliti, puoi migliorare gradualmente l'hardware durante il lancio. Se un'azienda inizia a utilizzare i satelliti e poi, dopo un paio d'anni, li sviluppa in modo più accurato sensori, ad esempio, possono facilmente adattare i nuovi sensori al successivo lotto di satelliti e implementarli loro. I satelliti esistenti possono ancora funzionare insieme e la flotta può essere gradualmente aggiornata.

Le costellazioni vengono quindi continuamente aggiornate, ha affermato King, amministratore delegato di Orbion, un piccolo satellite a propulsione società che attualmente fornisce il sistema di propulsione per i progetti di ricerca avanzata nel settore della difesa Dell'agenzia Costellazione di satelliti del blackjack.

“Se fai volare 100 satelliti, non fai volare 100 satelliti e poi aspetti 10 anni e poi ne lanci altri 100”, ha detto King. "Aggiorni continuamente la flotta a circa il 20% della flotta all'anno."

Ciò significa anche che, per i progetti a lungo termine, possono sopravvivere ai tagli di bilancio riducendo la flotta complessiva invece di demolire completamente un progetto. Questo è importante nei programmi governativi, che potrebbero durare un decennio e poi vedersi tagliare i budget.

Per i governi e le forze armate, ci sono ulteriori vantaggi specifici derivanti dall’utilizzo delle costellazioni. “Il vantaggio principale è la resilienza”, ha affermato King. “Ciò che puoi fare con una costellazione che non puoi fare con un [satellite] è essere resistente agli attacchi. Se hai un satellite molto grande e di grande valore in orbita e hai un avversario che vuole negarne l'uso satellite danneggiandolo o in altro modo, in realtà basta un solo proiettile, se vuoi, per eliminare l'intera capacità giù.

“Se invece la funzionalità è condivisa tra 100 satelliti, la profondità dell’attacco deve essere molto più profonda per disattivare la funzione. Quindi ciò che fa è fornire un deterrente contro gli attacchi. Non è un bersaglio grande, grasso e succoso che tenta il nemico ad attaccarlo.

E una volta creata una costellazione, può essere utilizzata per tutti i tipi di scopi di comunicazione. Il programma Starlink di SpaceX mira a fornire Internet a banda larga globale, che presenta molti potenziali vantaggi. Oltre alla possibilità di fornire Internet alle regioni povere o rurali che hanno poco o nessun servizio Internet al momento, potrebbe anche avere un valore inestimabile per motivi di sicurezza poiché è in grado di tracciare aerei e navi in ​​tutto il mondo. Inoltre, la disponibilità di più fornitori di servizi Internet in una regione potrebbe consentire alle persone di accedere a Internet più liberamente, senza restrizioni imposte dai governi.

Il cattivo: perché le costellazioni hanno infastidito alcuni astronomi

Come tutti i progressi tecnologici, anche il lancio di costellazioni satellitari presenta problemi. L’ultimo anno ha visto un dibattito talvolta acceso tra SpaceX e la comunità astronomica sul lancio dei satelliti Starlink.

Quando i satelliti vengono lanciati, possono partire scie di luce nel cielo, soprattutto al crepuscolo. Sebbene alcuni trovino queste scie belle, possono interferire con le letture astronomiche poiché sono molto più luminose delle stelle o delle galassie che gli astronomi stanno cercando di osservare. C’è anche la questione se i satelliti Starlink, che si trovano in un’orbita particolarmente bassa, sarebbero visibili ad occhio nudo e interferirebbero con le letture una volta posizionati.

L'Unione Astronomica Internazionale ha rilasciato a dichiarazione nell'estate 2019 e a seguito nel febbraio di quest’anno, entrambi “hanno espresso preoccupazione per l’impatto negativo delle megacostellazioni pianificate i satelliti per comunicazioni possono avere sulle osservazioni astronomiche", nominando specificamente Starlink, la costellazione di satelliti Iridium, OneWeb e altri.

SpaceX si è affrettata ad affrontare i problemi causati da Starlink nell'astronomia ottica, collaborando con gli astronomi trovare una soluzione. Inizialmente, hanno provato a dipingere i satelliti con un colore più scuro, che ne ha ridotto l'aspetto ma non abbastanza da soddisfare gli astronomi. Quindi sono passati a un nuovo design che incorporava una visiera che fungesse da parasole.

“È davvero intelligente”, ha detto Hainaut. “Perché se il satellite non è illuminato, è completamente buio, è invisibile. Ciò significa che la visiera può nascondere la maggior parte del satellite. Il modo in cui è costruito il satellite significa che puoi avere una visiera in cui, visto da terra, vedi la parte posteriore della visiera, quindi è buio e l'intera parte inferiore del satellite è in ombra. Ciò significa che il satellite diventa più debole di diverse magnitudini”.

SpaceX ha regolato anche l'angolazione dei pannelli solari fissati ai satelliti, in modo che la parte illuminata non sia visibile dalla Terra. Insieme, queste soluzioni dovrebbero più o meno risolvere il problema dei satelliti operativi Starlink che interferiscono con l’astronomia ottica terrestre.

Ci sono anche alcuni problemi con i satelliti che interferiscono con la radioastronomia. Potrebbe verificarsi un problema chiamato perdita di frequenza in cui i satelliti emettono piccole quantità di onde radio a frequenze superiori alla loro frequenza operativa primaria, che può causare problemi ai radioastronomi. Generalmente c’è molto rumore di fondo con cui i radiotelescopi devono confrontarsi e le costellazioni di satelliti possono contribuire a questo.

SpaceX sta lavorando con la comunità astronomica anche su questo tema, e gli astronomi sembrano sostanzialmente ottimista che si possa trovare una soluzione.

Il problema finale con il lancio di un gran numero di satelliti non è di facile soluzione tecnologica. Il problema di affollamento orbitale sta diventando sempre più un punto focale nella comunità spaziale, con preoccupazioni sulla quantità di spazzatura in orbita attorno al nostro pianeta. I detriti spaziali possono essere estremamente pericolosi e minacciare tutto, dalla Stazione Spaziale Internazionale alla nostra potenziale capacità di farlo lanciare satelliti a prezzi accessibili in futuro.

L’approccio principale a questo problema è stato che le aziende si assicurassero di poter deorbitare responsabilmente i propri satelliti una volta che non fossero più necessari. Quando un satellite Starlink giunge al termine della sua vita, o se un satellite è difettoso, è relativamente facile da smaltire perché la costellazione si trova su un’orbita bassa. I satelliti devono solo essere manovrati in un’orbita più bassa e cadranno nell’atmosfera e bruceranno.

Altre costellazioni potrebbero trovarsi in un'orbita più alta. In questi casi, è più facile mandarli in quella che viene chiamata un’orbita del cimitero piuttosto che portarli nell’atmosfera. Ma se un satellite fallisce in un'orbita più alta, potrebbe rimanerci per molto tempo. Pertanto alcuni satelliti vengono ora dotati di funzionalità come gli hook, che semplificano il compito un altro satellite a cui aggrapparsi e smaltirli.

Il brutto: cosa riserva il futuro alle costellazioni?

L'Hainaut ha sottolineato che SpaceX ha compiuto sforzi ben oltre ciò a cui era obbligata per affrontare il problema problemi che Starlink ha causato alla comunità astronomica, ed è fiducioso che questi problemi possano esserlo risolto. Il problema è, con le costellazioni che diventeranno sempre più popolari e verranno lanciate da più aziende in futuro, questi nuovi attori saranno altrettanto rispettosi del cielo notturno?

"[SpaceX] sta davvero facendo di tutto, ben oltre ciò che è legalmente obbligato a fare, per risolvere i problemi", ha detto Hainuat. "Gli astronomi hanno un ottimo rapporto di lavoro con Starlink, ma non è chiaro se avremo lo stesso tipo di rapporto con altre [aziende], perché è solo buona volontà."

Ci si può fidare che altre società seguano l’esempio di SpaceX? Esistono trattati e accordi sull’uso dello spazio, comprese questioni come lo smaltimento dei satelliti quando raggiungono la fine della loro vita. Tuttavia, molti esperti sostengono che questi trattati debbano essere rafforzati e che ci siano conseguenze per le aziende che non li rispettano.

“Il problema è che non esiste un organo di governo che possa applicare le sanzioni in modo davvero uniforme”, ha affermato King. “Esistono linee guida e trattati forti, ma la loro applicazione è problematica”.

Le costellazioni satellitari come Starlink possono consentire nuovi fantastici passi nel campo delle telecomunicazioni, ma dobbiamo trovarle un modo per bilanciare questa capacità con la necessità di studiare il cielo notturno e comprendere l'universo oltre il nostro pianeta.

“Lo spazio è un bene pubblico che tutti condividiamo”, ha affermato King. “C’è bisogno di lavorare molto come società man mano che le costellazioni iniziano a proliferare… Tutti e nessuno possiede lo spazio, e tutti vogliamo condividerlo”.

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