Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã phát hiện ra sự kết hợp đúng đắn của các yếu tố để tạo ra một chòm sao bốn vệ tinh có thể thúc đẩy những tiến bộ trong viễn thông, điều hướng và viễn thám.
Hãy nghĩ về nó như một trò chơi thiên thể: Số lượng vệ tinh tối thiểu cần thiết để nhìn thấy mọi điểm trên Trái đất là bao nhiêu? Và làm thế nào những vệ tinh đó có thể ở trên quỹ đạo và duy trì vùng phủ sóng liên tục 24/7 trong khi đối mặt với trường trọng lực của Trái đất, khối lượng sần sùi của nó, sức kéo của mặt trời và mặt trăng cùng áp lực từ bức xạ mặt trời?
Vào giữa những năm 1980, nhà nghiên cứu John E. Draim đã đề xuất những gì thường được coi là giải pháp lý tưởng: một chòm sao bốn vệ tinh. Tuy nhiên, lượng nhiên liệu cần thiết để giữ các vệ tinh tại chỗ và chi phí tiếp theo khiến cấu hình không khả thi.
Giờ đây, một sự hợp tác do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ do Patrick Reed, Giáo sư kỹ thuật Joseph C. Ford tại Đại học Cornell dẫn đầu đã phát hiện ra sự kết hợp đúng đắn của các yếu tố để tạo ra một chòm sao bốn vệ tinh có thể thúc đẩy những tiến bộ trong viễn thông, điều hướng và viễn thám. Và trong một bước ngoặt khéo léo, các nhà nghiên cứu đã thực hiện điều này bằng cách làm cho các lực lượng thường làm suy giảm các vệ tinh thay vì hoạt động có lợi cho chúng.
Reed chia sẻ: “Một trong những câu hỏi thú vị mà chúng tôi có là liệu chúng ta có thực sự biến đổi các lực đó không? Thay vì làm suy giảm hệ thống, chúng ta có thể thực sự lật nó để chòm sao đang thu hoạch năng lượng từ các lực đó và sử dụng chúng để tự chủ động không?”.
Bài viết của họ, “Các chòm sao vệ tinh chi phí thấp cho vùng phủ sóng toàn cầu gần như liên tục”, xuất bản ngày 10 tháng 1 trên tạp chí Nature Communications .
Các công cụ tìm kiếm điện toán tiến hóa dựa trên AI mà Reed đã phát triển rất phù hợp để điều hướng nhiều sự phức tạp của việc đặt và quản lý vệ tinh.
Đối với dự án này, Reed đã hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Tập đoàn hàng không vũ trụ, kết hợp bí quyết thuật toán của anh ấy với chuyên môn của công ty về vật lý thiên văn tiên tiến, hậu cần vận hành và mô phỏng.
Để sàng lọc hàng trăm ngàn quỹ đạo có thể và sự kết hợp của nhiễu loạn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính Blue Waters tại Đại học Illinois, Urbana-Champaign. Blue Waters đã nén các cuộc thăm dò tính toán trị giá 300 hoặc 400 năm tương đương với khoảng một tháng tính toán thực tế.
Họ đã thiết kế các chòm sao của mình thành hai mô hình có thể quay quanh trong khoảng thời gian 24 hoặc 48 giờ và đạt được độ bao phủ liên tục trên 86% và 95% trên toàn cầu. Về mặt lý thuyết, mặc dù 100% hiệu suất sẽ là lý tưởng, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng chỉ hy sinh 5% -14% tạo ra lợi ích lớn hơn về mặt năng lượng thu được từ cùng một lực hấp dẫn và bức xạ mặt trời thường làm cho chòm sao vệ tinh tồn tại trong thời gian ngắn và khó khăn điều khiển.
Sự đánh đổi là xứng đáng, ông Reed nói, đặc biệt vì các nhà khai thác vệ tinh có thể kiểm soát nơi những khoảng trống trong phạm vi bảo hiểm sẽ xảy ra. Mất điện ở những khu vực ưu tiên thấp này sẽ kéo dài khoảng 80 phút mỗi ngày trong trường hợp xấu nhất.
“Đây là một trong những điều mà việc theo đuổi sự hoàn hảo thực sự có thể cản trở sự đổi mới”, ông Reed nói. “Và bạn không thực sự từ bỏ một số tiền đáng kể. Có thể có những nhiệm vụ mà bạn thực sự cần bảo hiểm ở mọi nơi trên Trái đất, và trong những trường hợp đó, bạn sẽ phải sử dụng nhiều vệ tinh hoặc cảm biến nối mạng hoặc nền tảng lai.”
Sử dụng loại điều khiển thụ động này có khả năng kéo dài tuổi thọ của chòm sao từ năm năm đến 15 năm. Những vệ tinh này sẽ cần ít nhiên liệu hơn và sẽ nổi ở độ cao cao hơn, loại bỏ chúng khỏi khu vực giao thông cao nguy hiểm của quỹ đạo Trái đất thấp. Nhưng có lẽ điểm bán hàng lớn nhất là chi phí thấp. Lợi ích thương mại hoặc các quốc gia không có nguồn tài chính để phóng một chòm sao vệ tinh lớn có thể đạt được phạm vi bảo hiểm toàn cầu gần như liên tục rất kinh tế với chi phí kỹ thuật dài hạn giảm.
Ngay cả một vệ tinh có thể có giá hàng trăm triệu hoặc hàng tỷ đô la, tùy thuộc vào cảm biến trên đó và mục đích của nó là gì. Vì vậy, có một nền tảng mới mà bạn có thể sử dụng trong các nhiệm vụ hiện tại và mới nổi là khá gọn gàng. Có rất nhiều tiềm năng cho viễn thám, viễn thông, điều hướng, cảm biến băng thông cao và phản hồi xung quanh không gian, và điều đó đang phát triển rất nhanh. Có khả năng tất cả các loại ứng dụng có thể được hưởng lợi từ khả năng tự thích ứng lâu dài chòm sao vệ tinh với vùng phủ sóng toàn cầu.
Tác giả chính của bài báo là Lake Singh với The Aerospace Corporation. Các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Davis, cũng đóng góp.
Singh, giám đốc hệ thống của bộ phận Kiến trúc Tương lai của Tập đoàn Aerospace cho biết: “Chúng tôi tận dụng chuyên môn thiết kế chòm sao của Aerospace với sự lãnh đạo của Cornell trong phân tích tìm kiếm thông minh và phát hiện ra một giải pháp thay thế khả thi cho thiết kế chòm sao Draim. Những thiết kế chòm sao này có thể cung cấp những lợi thế đáng kể cho các nhà hoạch định sứ mệnh cho các khái niệm ngoài quỹ đạo địa tĩnh và xa hơn nữa.”
Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Cornell . Bản gốc được viết bởi David Nutt. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :