Obietnica i niebezpieczeństwo megakonstelacji satelitarnych

Jeśli śledzisz rozwój SpaceX Projekt Starlink aby stworzyć globalny internet szerokopasmowy, zauważyłeś, że firma regularnie wystrzeliwuje nie tylko pojedyncze satelity, ale całe partie po 60 satelitów na raz.

Partie te tworzą na niebie sieć zwaną konstelacją satelitów, która umożliwia pokrycie niemal całego świata w sposób, w jaki pojedynczy satelita nie jest w stanie tego zrobić. I nie tylko SpaceX wykorzystuje to podejście – firmy z Amazona, za pośrednictwem swojej spółki zależnej Kuiper Systems, pracują nad konstelacjami satelitów, aby Facebookza pośrednictwem projektu Athena.

Ale nie wszyscy zgadzają się na wystrzelenie tak wielu satelitów w nocne niebo. W szczególności astronomowie narzekali, że takie konstelacje zagrażają ich możliwościom gromadzenia danych za pomocą teleskopów mogłoby zahamować postęp naukowy.

Aby zrozumieć tajniki tego złożonego problemu, rozmawialiśmy z dwoma ekspertami: Olivierem Hainautem, astronomem i czołowym badaczem zajmującym się tym, jak satelity konstelacje wpływają na obserwacje astronomiczne, a Brad King, dyrektor generalny firmy produkującej systemy napędowe do satelitów używanych przez armię USA w konstelacje.

Dobra: co konstelacje satelitów mogą zaoferować, czego nie mogą zapewnić pojedyncze satelity

Jedną z największych zalet podejścia konstelacyjnego jest to, że umożliwia łatwą modernizację sieci w miarę upływu czasu. Kiedy system składa się z jednego, dużego satelity, budowa i rozwój takiego sprzętu może zająć lata. Po uruchomieniu niezwykle trudno jest dodać funkcje lub ulepszyć sprzęt.

Ale dzięki konstelacji satelitów możesz stopniowo ulepszać sprzęt w miarę uruchamiania. Jeśli firma zacznie rozmieszczać satelity, a po kilku latach opracują one dokładniejsze na przykład czujniki, mogą z łatwością dopasować nowe czujniki do następnej partii satelitów i rozmieścić je ich. Istniejące satelity mogą w dalszym ciągu współpracować, a flotę można stopniowo modernizować.

W ten sposób konstelacje są stale odświeżane, powiedział King, dyrektor generalny Orbionu, małego satelity napędowego firma dostarczająca obecnie system napędowy dla zaawansowanych projektów badawczych w dziedzinie obronności Agencji Konstelacja satelitów blackjacka.

„Jeśli wystrzelisz 100 satelitów, nie wystrzelisz 100 satelitów, a następnie poczekasz 10 lat i wystrzelisz 100 kolejnych” – powiedział King. „Nieustannie odświeżasz flotę w tempie około 20% floty rocznie.”

Oznacza to również, że w przypadku projektów długoterminowych mogą przetrwać cięcia budżetowe, redukując całą flotę zamiast całkowicie rezygnując z projektu. Jest to istotne w przypadku programów rządowych, które mogą trwać dekadę, a następnie obcinać budżety.

Dla rządów i wojska korzystanie z konstelacji ma dodatkowe szczególne zalety. „Podstawową korzyścią jest odporność” – powiedział King. „To, co możesz zrobić z konstelacją, czego nie można zrobić z jednym [satelitą], to odporność na ataki. Jeśli masz na orbicie jednego bardzo dużego, bardzo cennego satelitę i masz przeciwnika, który chce odmówić jego użycia satelitę, uszkadzając go lub w inny sposób, tak naprawdę wystarczy jeden pocisk, jeśli wolisz, aby przejąć całą jego zdolność w dół.

„Jeśli zamiast tego udostępnisz tę funkcjonalność 100 satelitom, głębokość ataku musi być znacznie głębsza, aby wyłączyć tę funkcję. Zatem zapewnia odstraszanie przed atakiem. To nie jest duży, gruby, soczysty cel, który kusi wroga, aby go zaatakować.

Kiedy konstelacja zostanie już utworzona, można ją wykorzystać do wszelkiego rodzaju celów komunikacyjnych. Program Starlink firmy SpaceX ma na celu zapewnienie globalnego szerokopasmowego Internetu, który ma wiele potencjalnych zalet. Oprócz możliwości zapewnienia dostępu do Internetu biednym lub wiejskim regionom, które mają niewielki dostęp do Internetu lub nie mają go wcale obecnie może być również nieoceniony ze względów bezpieczeństwa, umożliwiając śledzenie samolotów i statków na całym świecie. Posiadanie wielu dostawców Internetu w danym regionie mogłoby umożliwić ludziom swobodniejszy dostęp do Internetu, bez ograniczeń nakładanych przez rządy.

Złe: dlaczego konstelacje mają niektórych astronomów w ramionach

Podobnie jak w przypadku każdego postępu technologicznego, wystrzelenie konstelacji satelitów również wiąże się z problemami. W zeszłym roku doszło do gorącej debaty pomiędzy SpaceX a społecznością astronomiczną na temat wystrzelenia satelitów Starlink.

Kiedy satelity zostaną wystrzelone, mogą opuścić Ziemię smugi światła po niebie, zwłaszcza o zmierzchu. Chociaż niektórzy uważają te ślady za piękne, mogą zakłócać odczyty astronomiczne, ponieważ są znacznie jaśniejsze niż gwiazdy i galaktyki, które astronomowie próbują obserwować. Istnieje również kwestia, czy satelity Starlink, które znajdują się na szczególnie niskiej orbicie, byłyby widoczne gołym okiem i zakłócałyby odczyty po umieszczeniu na miejscu.

Międzynarodowa Unia Astronomiczna opublikowała ok oświadczenie latem 2019 r. i a podejmować właściwe kroki w lutym tego roku, obaj „wyrazili zaniepokojenie negatywnym wpływem planowanych megakonstelacji satelity komunikacyjne mogą mieć wpływ na obserwacje astronomiczne”, wymieniając konkretnie Starlink, konstelację satelitów Iridium, OneWeb i inne.

SpaceX szybko rozwiązało problemy, jakie Starlink spowodował w astronomii optycznej, współpracując nad tym z astronomami znaleźć rozwiązanie. Początkowo próbowano pomalować satelity na ciemniejszy kolor, co wprawdzie zmniejszyło ich wygląd, ale nie na tyle, aby zadowolić astronomów. Dlatego zdecydowali się na nowy projekt, który obejmował wizjer pełniący funkcję osłony przeciwsłonecznej.

„To naprawdę mądre” – powiedział Hainaut. „Bo jeśli satelita nie jest oświetlony, jest zupełnie ciemno, jest niewidoczny. Oznacza to, że wizjer może ukryć większość satelity. Sposób budowy satelity oznacza, że ​​można mieć wizjer, w którym patrząc z ziemi widać tył wizjera, więc jest ciemno, a cały dół satelity jest w cieniu. Oznacza to, że satelita staje się o kilka magnitudo słabszy.”

SpaceX dostosowało także kąt paneli słonecznych przymocowanych do satelitów, tak aby oświetlona część nie była widoczna z Ziemi. Łącznie te poprawki powinny mniej więcej rozwiązać problem zakłócania przez działające satelity Starlink naziemnej astronomii optycznej.

Występują również pewne problemy związane z zakłóceniami satelitów w radioastronomii. Może wystąpić problem zwany spadkiem częstotliwości, polegający na tym, że satelity emitują niewielkie ilości fal radiowych na częstotliwościach wykraczających poza ich podstawową częstotliwość roboczą, co może powodować problemy dla radioastronomów. Ogólnie rzecz biorąc, radioteleskopy muszą sobie radzić z dużą ilością szumu tła, a konstelacje satelitów mogą się do tego przyczyniać.

SpaceX współpracuje ze społecznością astronomiczną również w tej kwestii i wydaje się, że astronomowie szeroko optymistyczny że można znaleźć rozwiązanie.

Ostatni problem związany z wystrzeliwaniem dużej liczby satelitów nie jest problemem, którego można łatwo rozwiązać technologicznie. Problem zatłoczenie orbitalne społeczność kosmiczna staje się coraz bardziej przedmiotem zainteresowania ze względu na obawy dotyczące ilości śmieci na orbicie wokół naszej planety. Śmieci kosmiczne mogą być niezwykle niebezpieczne, zagrażając wszystkiemu, od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej po nasze potencjalne możliwości wystrzelić satelity niedrogie w przyszłości.

Główne podejście do tej kwestii polega na tym, że przedsiębiorstwa muszą upewnić się, że będą mogły w sposób odpowiedzialny zdeorbitować swoje satelity, gdy nie będą już potrzebne. Kiedy żywotność satelity Starlink dobiega końca lub jest uszkodzony, stosunkowo łatwo jest go wyrzucić, ponieważ konstelacja znajduje się na niskiej orbicie. Wystarczy skierować satelity na niższą orbitę, a spadną do atmosfery i spłoną.

Inne konstelacje mogą znajdować się na wyższej orbicie. W takich przypadkach łatwiej jest wysłać je na tak zwaną orbitę cmentarną, niż sprowadzić je do atmosfery. Jeśli jednak satelita zawiedzie na wyższym orbicie, może pozostać tam przez bardzo długi czas. Dlatego niektóre satelity są obecnie wyposażane w takie funkcje, jak haczyki, które ułatwiają to zadanie kolejny satelita, którego można się złapać i pozbyć się ich.

Brzydkie: jaka przyszłość czeka konstelacje?

Hainaut podkreślił, że SpaceX poczyniło wysiłki znacznie wykraczające poza to, do czego była zobowiązana, aby się zająć problemów, jakie Starlink spowodował dla społeczności astronomicznej i jest pewien, że takie problemy mogą wystąpić rozwiązany. Problem polega na tym, czy w miarę wzrostu popularności konstelacji i ich wystrzeliwania przez większą liczbę firm w przyszłości ci nowi aktorzy będą równie troszczyć się o nocne niebo?

„[SpaceX] naprawdę robi wszystko, co w jego mocy, znacznie wykraczając poza to, do czego jest prawnie zobowiązana, aby rozwiązać problemy” – powiedział Hainuat. „Astronomowie mają bardzo dobre stosunki robocze ze Starlink, ale nie jest jasne, czy będziemy mieć takie same stosunki z innymi [firmami], ponieważ to po prostu dobra wola”.

Czy można zaufać innym firmom, że pójdą śladem SpaceX? Istnieją traktaty i porozumienia dotyczące wykorzystania przestrzeni kosmicznej, w tym kwestie takie jak utylizacja satelitów po ich zakończeniu. Wielu ekspertów twierdzi jednak, że traktaty te należy wzmocnić i ponieść konsekwencje dla przedsiębiorstw, które ich nie przestrzegają.

„Problem polega na tym, że nie ma organu zarządzającego, który mógłby naprawdę jednolicie nakładać kary” – powiedział King. „Istnieją mocne wytyczne i traktaty, ale ich egzekwowanie jest problematyczne”.

Konstelacje satelitów, takie jak Starlink, mogą umożliwić nowe, fantastyczne kroki w telekomunikacji, ale musimy to znaleźć sposób na zrównoważenie tej umiejętności z koniecznością studiowania nocnego nieba i zrozumienia wszechświata poza naszą planetą.

„Przestrzeń to wspólna własność publiczna, którą wszyscy dzielimy” – powiedział King. „Społeczeństwo musi wiele przepracować, ponieważ konstelacje zaczynają się mnożyć… Każdy i nikt nie jest właścicielem przestrzeni i wszyscy chcemy się nią dzielić”.

Zalecenia redaktorów

• Jak SpaceX może przekształcić Starlink w ultraprecyzyjną sieć GPS
• Jak oglądać, jak statek kosmiczny SpaceX Dragon opuszcza dzisiaj ISS
• SpaceX wybrało dostawę ładunku na stację kosmiczną Lunar Gateway należącą do NASA
• Jutro SpaceX przeprowadzi szósty start Starlink: oto jak oglądać
• SpaceX użyje innego rodzaju stali nierdzewnej do swoich rakiet Starship