Løftet og faren ved satellitt-megakonstellasjoner

Hvis du har fulgt utviklingen av SpaceX Starlink-prosjektet for å lage globalt bredbåndsinternett, har du lagt merke til at selskapet regelmessig lanserer ikke bare individuelle satellitter, men hele grupper på 60 satellitter om gangen.

Disse partiene danner et nettverk på himmelen, kalt en satellittkonstellasjon, som tillater nesten global dekning på en måte som en enkelt satellitt ikke kan. Og det er ikke bare SpaceX som bruker denne tilnærmingen – det er satellittkonstellasjoner som arbeides med av selskaper fra Amazon, via Kuiper Systems-datterselskapet, til Facebook, gjennom Athena-prosjektet.

Men ikke alle er med på å skyte opp så mange satellitter på nattehimmelen. Spesielt astronomer har klaget over at slike konstellasjoner truer deres evne til å samle inn data ved hjelp av teleskoper og

For å forstå innsiden og utkanten av dette komplekse problemet snakket vi med to eksperter: Olivier Hainaut, en astronom og ledende forsker på emnet hvordan satellitt konstellasjoner påvirker astronomiske observasjoner, og Brad King, administrerende direktør i et selskap som lager fremdriftssystemer for satellitter som brukes av det amerikanske militæret i konstellasjoner.

Det gode: Hva satellittkonstellasjoner kan tilby som enkeltsatellitter ikke kan

En av de største fordelene med konstellasjonstilnærmingen er at den lar nettverk enkelt oppgraderes over tid. Når et system har en enkelt, stor satellitt, kan det ta år å bygge og utvikle denne maskinvaren. Når den først er lansert, er det ekstremt vanskelig å legge til funksjoner eller forbedre maskinvaren.

Men med en konstellasjon av satellitter kan du gradvis forbedre maskinvaren etter hvert som du starter opp. Hvis et selskap begynner å distribuere satellitter og deretter, etter et par år, utvikler de seg mer nøyaktig sensorer, for eksempel, de kan enkelt passe de nye sensorene inn i neste batch av satellitter og distribuere dem. De eksisterende satellittene kan fortsatt fungere sammen og flåten kan gradvis oppgraderes.

Konstellasjoner oppdateres derfor kontinuerlig, sa King, administrerende direktør for Orbion, en smallsat-fremdrift selskap som for tiden leverer fremdriftssystemet for Defence Advanced Research Projects byråets Blackjack satellittkonstellasjon.

"Hvis du flyr 100 satellitter, flyr du ikke 100 satellitter og venter deretter 10 år og skyter deretter opp 100 til," sa King. "Du oppdaterer kontinuerlig flåten med omtrent 20 % av flåten per år."

Dette betyr også at de for langsiktige prosjekter kan overleve budsjettkutt ved å redusere den totale flåten i stedet for å skrote et prosjekt helt. Dette er viktig i statlige programmer, som kan pågå i et tiår og deretter få budsjettene kuttet.

For myndigheter og militære er det ytterligere spesifikke fordeler ved å bruke konstellasjoner. "Den primære fordelen er motstandskraft," sa King. "Det du kan gjøre med en konstellasjon som du ikke kan gjøre med en [satellitt] er at du kan være motstandsdyktig mot angrep. Hvis du har en veldig stor, veldig verdifull satellitt i bane, og du har en motstander som ønsker å nekte bruk av den satellitt ved å skade den eller på andre måter, det krever egentlig bare en kule, om du vil, for å ta hele den muligheten ned.

"Hvis du i stedet har den funksjonaliteten delt mellom 100 satellitter, må angrepsdybden din være mye dypere for å ta ned funksjonen. Så det den gjør er å gi avskrekking mot angrep. Det er ikke et stort, fett, saftig mål som frister en fiende til å angripe det.»

Og når en konstellasjon først er på plass, kan den brukes til alle slags kommunikasjonsformål. SpaceXs Starlink-program har som mål å tilby globalt bredbåndsinternett, som har mange potensielle fordeler. I tillegg til potensialet for å tilby internett til fattige eller landlige regioner som har liten eller ingen internetttjeneste på i øyeblikket kan det også være uvurderlig for sikkerhetsformål ved å kunne spore fly og skip over hele kloden. Og å ha flere internettleverandører tilgjengelig i en region kan tillate folk å få tilgang til internett mer fritt, uten restriksjoner satt på plass av myndigheter.

Det dårlige: Hvorfor konstellasjoner har noen astronomer i armene

Som med alle teknologiske fremskritt, kommer oppskytingen av satellittkonstellasjoner også med problemer. Det siste året har det vært en til tider heftig debatt mellom SpaceX og det astronomiske samfunnet om oppskytingen av Starlink-satellitter.

Når satellitter skytes opp, kan de gå spor av lys over himmelen, spesielt i skumringen. Selv om noen synes disse stiene er vakre, kan de forstyrre astronomiske målinger siden de er mye lysere enn stjernene eller galaksene som astronomene prøver å observere. Det er også et spørsmål om Starlink-satellitter, som sitter i en spesielt lav bane, ville være synlige for det blotte øye og forstyrre avlesningene når de var på plass.

Den internasjonale astronomiske union ga ut en uttalelse sommeren 2019 og en følge opp i februar i år, som begge «uttrykte bekymring for den negative virkningen som de planlagte megakonstellasjonene av kommunikasjonssatellitter kan ha på astronomiske observasjoner», spesielt navngi Starlink, satellittkonstellasjonen Iridium, OneWeb og andre.

SpaceX var raskt ute med å løse problemene som Starlink forårsaket innen optisk astronomi, og jobbet med astronomer for å Finn en løsning. Først prøvde de å male satellittene i en mørkere farge, noe som reduserte utseendet deres, men ikke nok til å tilfredsstille astronomer. Så de gikk over til et nytt design som inneholdt et visir som skulle fungere som solskjerming.

"Det er veldig smart," sa Hainaut. "For hvis satellitten ikke er opplyst, er den helt mørk, den er usynlig. Og det betyr at visiret kan skjule det meste av satellitten. Måten satellitten er bygget på betyr at du kan ha et visir der du, sett fra bakken, ser baksiden av visiret slik at det er mørkt, og hele bunnen av satellitten er i skygge. Det betyr at satellitten blir flere størrelser svakere.»

SpaceX har også justert vinkelen på solcellepanelene festet til satellittene, slik at den opplyste delen ikke er synlig fra jorden. I kombinasjon bør disse rettelsene mer eller mindre løse problemet med operative Starlink-satellitter som forstyrrer bakkebasert optisk astronomi.

Det er også noen problemer med at satellittene forstyrrer radioastronomi. Det kan være et problem som kalles frekvensblødning der satellitter sender ut små mengder radiobølger ved frekvenser utenfor deres primære driftsfrekvens, noe som kan forårsake problemer for radioastronomer. Det er generelt mye bakgrunnsstøy som radioteleskoper må håndtere, og satellittkonstellasjoner kan bidra til dette.

SpaceX jobber også med det astronomiske samfunnet om dette problemet, og det ser ut til at astronomer stort sett optimistisk at man kan finne en løsning.

Det siste problemet med oppskyting av et stort antall satellitter er ikke en som har en enkel teknologisk løsning. Problemet med orbital fortrengning blir i økende grad et fokus i romsamfunnet, med bekymringer over mengden av søppel i bane rundt planeten vår. Romrester kan være ekstremt farlig, og truer alt fra den internasjonale romstasjonen til vår potensielle evne til det lansere satellitter rimelig i fremtiden.

Hovedtilnærmingen til dette problemet har vært at bedrifter sørger for at de på en ansvarlig måte kan deorbitere satellittene sine når de ikke lenger er nødvendige. Når en Starlink-satellitt går mot slutten av sin levetid, eller hvis en satellitt er defekt, er den relativt lett å kvitte seg med fordi konstellasjonen sitter i en lav bane. Satellittene må bare manøvreres inn i en lavere bane, og de vil falle ned i atmosfæren og brenne opp.

Andre konstellasjoner kan sitte i en høyere bane. I disse tilfellene er det lettere å sende dem opp i det som kalles en kirkegårdsbane enn å bringe dem ned til atmosfæren. Men hvis en satellitt mislykkes i en høyere obit, kan den bli der i veldig lang tid. Så noen satellitter blir nå utstyrt med funksjoner som kroker, som gjør det lettere for en annen satellitt å ta tak i og kast dem.

Den stygge: Hva bringer fremtiden for konstellasjoner?

Hainaut understreket at SpaceX hadde gjort en innsats langt utover det de var forpliktet til for å ta tak i problemer som Starlink forårsaket for det astronomiske samfunnet, og han er sikker på at disse problemene kan være det løst. Problemet er, med konstellasjoner som blir mer populære og lansert av flere selskaper i fremtiden, vil disse nye aktørene være like hensynsfulle til nattehimmelen?

"[SpaceX] går virkelig ut av veien, langt utover det de er juridisk forpliktet til å gjøre, for å løse problemene," sa Hainuat. "Astronomer har et veldig godt samarbeid med Starlink, men det er ikke klart at vi vil ha samme type forhold til andre [selskaper], fordi det bare er goodwill."

Kan andre selskaper stole på å følge SpaceXs ledelse? Det er traktater og avtaler om bruk av verdensrommet, inkludert spørsmål som avhending av satellitter når de når slutten av livet. Mange eksperter hevder imidlertid at disse traktatene må styrkes, og at det må få konsekvenser for selskaper som ikke overholder dem.

"Problemet er at det ikke er et styrende organ som virkelig kan pålegge straff på ensartet måte," sa King. "Det er sterke retningslinjer og traktater, men håndheving av disse er problematisk."

Satellittkonstellasjoner som Starlink kan muliggjøre fantastiske nye trinn innen telekommunikasjon, men vi må finne en måte å balansere denne evnen med behovet for å studere nattehimmelen og forstå universet utenfor planeten vår.

"Rom er en offentlig fellesskap som vi alle deler," sa King. "Det må jobbes ut mye som et samfunn ettersom konstellasjoner begynner å spre seg... Alle og ingen eier plass, og vi ønsker alle å dele det."

Redaktørenes anbefalinger

• Hvordan SpaceX kunne forvandle Starlink til et ultrapresist GPS-nettverk
• Hvordan se SpaceX Dragon-romfartøyet forlate ISS i dag
• SpaceX er valgt til å levere last til NASAs Lunar Gateway romstasjon
• SpaceX utfører sin sjette Starlink-lansering i morgen: Slik ser du
• SpaceX vil bruke en annen type rustfritt stål for sine Starship-raketter