Por décadas, os cientistas tentam descobrir o número mínimo de satélites que seriam capazes de ver todos os pontos da Terra. Essa questão é motivada em parte pelo crescente problema de detritos espaciais, mas também por considerações de custo e eficiência. Em meados da década de 1980, o pesquisador John E. Draim propôs uma solução para esse problema em uma série de estudos, alegando que uma constelação de quatro satélites era tudo o que era necessário.
Infelizmente, sua solução simplesmente não era prática na época, pois seria necessária uma quantidade enorme de propulsor para manter os satélites em órbita. Mas, graças a um recente estudo colaborativo, uma equipe de pesquisadores encontrou a combinação certa de fatores para tornar possível uma constelação de quatro satélites. Suas descobertas podem gerar avanços em telecomunicações, navegação e sensoriamento remoto, além de reduzir custos.
O estudo que descreve suas descobertas apareceu recentemente na revista Comunicações da natureza e foi liderado por Patrick Reed, professor de engenharia civil e ambiental da Universidade de Cornell. Reed foi acompanhado por engenheiros e cientistas da The Aerospace Corporation e da University of California, Davis, com o apoio da National Science Foundation (NSF).
Para abordar a questão de como manter uma constelação em funcionamento com um número mínimo de satélites funcionando, a equipe considerou todos os fatores que fazem com que os satélites desorbitem com o tempo. Isso inclui o campo de gravidade da Terra, o arrasto atmosférico, a influência gravitacional da Lua e do Sol e a pressão da radiação solar. Como Reed explicou:
“Uma das perguntas interessantes que tivemos foi: podemos realmente transformar essas forças? Em vez de degradar o sistema, podemos alterá-lo para que a constelação esteja colhendo energia dessas forças e usá-las para se controlar ativamente? ”
O estudo colaborativo reuniu a experiência da Aerospace Corporation em astrofísica de ponta, logística operacional e simulações com a experiência da própria Reed em ferramentas de pesquisa de computação baseadas em IA. A equipe também contou com o supercomputador da Blue Water na Universidade de Illinois para examinar centenas de milhares de possíveis órbitas e combinações de perturbações.
Como Lake A. Singh, diretor de sistemas do departamento de futuras arquiteturas da Aerospace Corporation, explicou:
"Aproveitamos a experiência em design de constelação da Aerospace com a liderança de Cornell em análises inteligentes de pesquisa e descobrimos uma alternativa operacionalmente viável ao design de constelação de Draim. Esses desenhos de constelações podem oferecer vantagens substanciais aos planejadores de missão para conceitos em órbitas geoestacionárias e além. ”
Com o tempo, a equipe conseguiu reduzir seus projetos de constelação para dois modelos. Em um, os satélites podem orbitar por um período de 24 horas e alcançar 86% de cobertura global. Por outro lado, os satélites orbitariam por um período de 48 horas e atingiriam 95% de cobertura. Embora ambos tenham ficado tímidos em 100%, a equipe descobriu que sacrificar uma pequena margem de cobertura levaria a uma troca significativa.
Isso inclui a capacidade de aproveitar mais energia da mesma radiação gravitacional e solar que normalmente dificulta o controle dos satélites e causa a deterioração de suas órbitas. Além disso, os operadores de satélite poderiam controlar onde ocorreriam as lacunas na cobertura, que durariam apenas 80 minutos por dia, no máximo. Como Reed disse, essa troca vale a pena:
“Essa é uma daquelas coisas em que a busca pela perfeição realmente pode impedir a inovação. E você realmente não está desistindo de uma quantia dramática. Pode haver missões em que você absolutamente precisa de cobertura de todos os lugares da Terra e, nesses casos, você apenas precisaria usar mais satélites ou sensores em rede ou plataformas híbridas. ”
Outros benefícios desse tipo de controle passivo por satélite incluem a maneira como ele poderia estender a vida útil de uma constelação de 5 a 15 anos. Eles também exigiriam menos propulsor e seriam capazes de flutuar em altitudes mais altas, reduzindo assim o risco de impacto com naves espaciais e outros objetos em órbita. Mas o maior ponto de venda é o quão econômica essa configuração seria comparada às constelações de satélites convencionais.
Isso o torna especialmente atraente para nações ou empresas aeroespaciais comerciais que não possuem os recursos financeiros necessários para implantar grandes constelações.
“Mesmo um satélite pode custar centenas de milhões ou bilhões de dólares, dependendo de quais sensores estão e qual é o seu objetivo. Portanto, ter uma nova plataforma que você possa usar nas missões existentes e emergentes é muito legal. Há muito potencial para detecção remota, telecomunicações, navegação, detecção de alta largura de banda e feedback em todo o espaço, e isso está evoluindo muito, muito rapidamente. Provavelmente, existem todos os tipos de aplicativos que podem se beneficiar de uma constelação de satélites auto-adaptável e duradoura, com cobertura quase global ".
Este estudo não apenas resolve uma questão contínua sobre a cobertura de satélites e a manutenção de constelações. Ele também pode impulsionar os avanços nas telecomunicações, navegação e sensoriamento remoto. Num futuro próximo, inúmeros satélites serão enviados ao espaço para fornecer internet via satélite (constelação Starlink da SpaceX), realizar experimentos científicos e monitorar a atmosfera e a superfície da Terra.
Entre isso e as preocupações relacionadas a detritos espaciais, ser capaz de fazer mais com menos (e por menos dinheiro) será muito útil!
