Ecco come solo quattro satelliti potrebbero fornire Internet in tutto il mondo

Satellite d'alta quota Pixabay

Nonostante ciò che SpaceX e altre società suggeriscono con progetti come Starlink, non sono necessarie mega-costellazioni che comprendono migliaia di satelliti e tutti gli aggravamenti che provocano per fornire una copertura Internet globale al mondo. Sappiamo dagli anni '80 che se sei d'accordo con una connessione un livello inferiore alle velocità di qualità dei giocatori (circa mezzo secondo di ritardo), è possibile una copertura mondiale continua con una costellazione di soli quattro satelliti posti ad altitudini molto più elevate .

Ma HughesNet e ViaSat, i più grandi provider di Internet via satellite del mondo che operano su queste orbite, non offrono nulla di simile alla copertura globale. Anche altre reti satellitari che forniscono servizi di telerilevamento e navigazione non soddisfano questo standard. Cosa dà?

Non sorprende che il grande ostacolo sia il costo. Diversi fattori agiscono per degradare l'orbita di un satellite. Questi includono la resistenza naturale, le perturbazioni nel campo gravitazionale terrestre, l'attrazione gravitazionale interferente del sole e della luna e persino la pressione causata dalla radiazione solare. Per combattere questi problemi, è necessaria un'enorme quantità di propellente sul satellite per stabilizzare costantemente la sua orbita, una quantità che di solito raddoppia la massa del satellite. I costi di produzione, lancio e operativi sono semplicemente troppo alti per il trucco dei quattro satelliti.

Un nuovo studio condotto dagli ingegneri della The Aerospace Corporation e pubblicato in Comunicazioni sulla natura propone un approccio controintuitivo che trasforma queste forze degradanti in forze che aiutano effettivamente a mantenere questi satelliti in orbita. Se funzionasse, significherebbe che solo quattro satelliti potrebbero fornire una copertura globale continua per una frazione del costo.

Attualmente, le orbite di questi satelliti sono ellittiche e le forze del sole e della luna creano instabilità che rompono la costellazione nel tempo. Patrick Reed della Cornell University ei suoi colleghi volevano rendere le orbite più circolari, consentendo ai satelliti di cavarsela con meno manovre di propulsione e requisiti di propellente inferiori. E volevano farlo in modo tale che i satelliti potessero ancora fornire una copertura quasi globale.

Il team ha eseguito simulazioni che hanno esaminato quali tipi di configurazioni orbitali potrebbero trasformare al meglio le forze degradanti in quelle che effettivamente promuovono un'orbita circolare stabile. I casi in cui, ad esempio, la gravità del sole normalmente spezzerebbe la costellazione potrebbero ora legare insieme la costellazione. Le simulazioni riguardavano costellazioni di quattro satelliti che avrebbero trascorso almeno 6.000 giorni (16,4 anni in orbita).

Dopo aver analizzato le simulazioni utilizzando il supercomputer Blue Waters presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, il team ha trovato due modelli che potrebbero funzionare. In uno, la costellazione completa un'orbita in un periodo di 24 ore, a un'altitudine di 22.000 miglia, e raggiunge una copertura continua per circa l'86% del globo. L'altro funziona per un periodo di 48 ore a un'altitudine di 42.000 miglia e copre il 95% del globo. Qualsiasi area che ha subito interruzioni dovrebbe affrontare non più di circa 80 minuti di inattività al giorno.

Certo, le velocità di Internet sarebbero più lente a causa del tempo extra necessario per inviare il segnale da un'orbita molto più alta. Per la maggior parte delle persone che utilizzano i sistemi di dati, tuttavia, è difficile percepire un ulteriore quarto di secondo di ritardo, poiché ci sono così tanti altri ritardi nei computer e nelle reti di dati, afferma Roger Rusch, presidente della società di consulenza per le telecomunicazioni TelAstra.

In questi sistemi, i satelliti (ciascuno del peso di circa 1,2 tonnellate) avrebbero bisogno di circa il 60% in meno di propellente per l'intero periodo di 6.000 giorni rispetto a se stessero orbitando in configurazioni più convenzionali, riducendo potenzialmente la loro massa di oltre la metà e rendendola molto più facile costruirli e avviarli. Potrebbe anche fare spazio per installare una migliore strumentazione e sistemi di alimentazione (i satelliti ad alta quota hanno bisogno di più potenza per trasmettere segnali alla Terra).

Reed afferma che il lavoro è stato motivato dal desiderio di consentire ai paesi o alle aziende più piccoli di gestire costellazioni che forniscano una copertura quasi continua. L'argomento è che con i costi bassi, sarebbe più facile per questi gruppi costruire, lanciare, far funzionare e tracciare solo pochi satelliti in un'orbita più alta, rispetto a una costellazione tentacolare di migliaia in orbita terrestre bassa.

Esperti come Rusch sono ottimisti riguardo ai risultati del nuovo studio: afferma che i costi di capitale e operativi di un sistema satellitare LEO sono da tre a cinque volte superiori a quelli di un sistema ad alta quota con la stessa capacità. Anche gli astronomi e gli esperti di detriti spaziali preoccupati per gli effetti negativi di progetti come Starlink potrebbero apprezzare il concetto.

Altri sono un po' più cauti. Anton Dolgopolov, analista senior della società di analisi e ingegneria Bryce Space and Technology, sottolinea che i sistemi LEO presentano ancora alcuni potenti vantaggi: ad esempio, hanno più facilità a garantire la copertura per le comunità vicino ai poli. Inoltre, in una rete composta da centinaia o migliaia di satelliti, non interromperà davvero il servizio se alcuni non si avviano o non funzionano correttamente. E i satelliti LEO possono essere deorbitati e sostituiti molto più rapidamente.

In altre parole, i nuovi modelli sono solo possibilità teoriche, per quanto interessanti possano essere. Nel mondo reale, gli ostacoli ingegneristici ed economici potrebbero offuscare le speranze di una facile soluzione.

Correzione 1/20: questo post è stato aggiornato per correggere un errore tecnico relativo al design della nuova costellazione.

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