Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra số lượng vệ tinh tối thiểu có thể nhìn thấy mọi điểm trên Trái đất. Câu hỏi này được thúc đẩy một phần bởi vấn đề ngày càng tăng của các mảnh vụn không gian, mà còn bởi những cân nhắc về chi phí và hiệu quả. Vào giữa những năm 1980, nhà nghiên cứu John E. Draim đã đề xuất một giải pháp cho vấn đề này trong một loạt các nghiên cứu, cho rằng một chòm sao bốn vệ tinh là tất cả những gì cần thiết.
Thật không may, giải pháp của anh ta chỉ đơn giản là thực tế vào thời điểm đó vì cần một lượng lớn chất đẩy để giữ các vệ tinh trên quỹ đạo. Nhưng nhờ một nghiên cứu hợp tác gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm thấy sự kết hợp đúng đắn của các yếu tố để tạo ra một chòm sao bốn vệ tinh. Phát hiện của họ có thể thúc đẩy những tiến bộ trong viễn thông, điều hướng và viễn thám đồng thời giảm chi phí.
Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Truyền thông tự nhiên và được dẫn dắt bởi Patrick Reed, Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường tại Đại học Cornell. Reed được tham gia bởi các kỹ sư và nhà khoa học từ Tập đoàn hàng không vũ trụ và Đại học California, Davis, với sự hỗ trợ của Quỹ khoa học quốc gia (NSF).
Để giải quyết câu hỏi làm thế nào để giữ một chòm sao hoạt động với số lượng vệ tinh tối thiểu, nhóm nghiên cứu đã xem xét tất cả các yếu tố khiến vệ tinh giảm tốc theo thời gian. Chúng bao gồm trường trọng lực Trái đất, lực cản của khí quyển, ảnh hưởng của lực hấp dẫn của Mặt trăng và Mặt trời và áp lực từ bức xạ mặt trời. Như Sậy giải thích:
Một trong những câu hỏi thú vị mà chúng tôi có là chúng ta có thể biến đổi những lực lượng đó không? Thay vì làm suy giảm hệ thống, chúng ta thực sự có thể lật nó sao cho chòm sao đang thu hoạch năng lượng từ các lực đó và sử dụng chúng để chủ động kiểm soát chính nó?
Nghiên cứu hợp tác đã kết hợp kiến thức chuyên môn của Tập đoàn hàng không vũ trụ trong lĩnh vực vật lý thiên văn tiên tiến, hậu cần vận hành và mô phỏng với chuyên môn của chính Reed, trong các công cụ tìm kiếm điện toán dựa trên AI. Nhóm nghiên cứu cũng dựa vào siêu máy tính Blue Water, tại Đại học Illinois để sàng lọc hàng trăm ngàn quỹ đạo có thể và sự kết hợp của nhiễu loạn.
Như Lake A. Singh, giám đốc hệ thống của bộ phận hàng không vũ trụ Tập đoàn Kiến trúc Tương lai, giải thích:
Chúng tôi tận dụng chuyên môn thiết kế chòm sao hàng không vũ trụ với sự lãnh đạo của Cornell, trong phân tích tìm kiếm thông minh và phát hiện ra một sự thay thế khả thi về mặt hoạt động 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 ở quỹ đạo địa tĩnh và xa hơn nữa.
Theo thời gian, nhóm nghiên cứu đã có thể thu hẹp các thiết kế chòm sao của họ xuống còn hai mô hình. Trong một, các vệ tinh có thể quay quanh trong khoảng thời gian 24 giờ và đạt được phạm vi bao phủ toàn cầu 86%. Mặt khác, các vệ tinh sẽ quay quanh trong khoảng thời gian 48 giờ và đạt được phạm vi bao phủ 95%. Trong khi cả hai đều rụt rè 100%, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc hy sinh một phạm vi bảo hiểm nhỏ sẽ dẫn đến một sự đánh đổi đáng kể.
Điều này bao gồm khả năng khai thác nhiều năng lượng hơn từ cùng một bức xạ hấp dẫn và mặt trời thường làm cho các vệ tinh khó kiểm soát và gây ra sự suy giảm quỹ đạo của chúng. Ngoài ra, các nhà khai thác vệ tinh sẽ có thể kiểm soát nơi các khoảng trống trong phạm vi bảo hiểm sẽ xảy ra và những điều này sẽ chỉ kéo dài trong 80 phút mỗi ngày. Như Reed đã nói, sự đánh đổi này là xứng đáng:
Đây là một trong những điều mà việc theo đuổi sự hoàn hảo thực sự có thể cản trở sự đổi mới. Và bạn không thực sự từ bỏ một số tiền đáng kể. Có thể có những nhiệm vụ mà bạn thực sự cần vùng phủ sóng ở mọi nơi trên Trái đất và trong những trường hợp đó, bạn sẽ phải sử dụng nhiều vệ tinh hoặc cảm biến được nối mạng hoặc nền tảng lai.
Các lợi ích khác của loại điều khiển vệ tinh thụ động này bao gồm cách nó có khả năng kéo dài tuổi thọ của chòm sao từ 5 đến 15 năm. Họ cũng sẽ cần ít nhiên liệu hơn và có thể nổi ở độ cao cao hơn, do đó giảm nguy cơ va chạm với tàu vũ trụ và các vật thể quay quanh khác. Nhưng điểm bán hàng lớn nhất là cách thiết lập này hiệu quả về mặt chi phí so với các chòm sao vệ tinh thông thường.
Điều này khiến nó đặc biệt thu hút các quốc gia hoặc các công ty hàng không vũ trụ thương mại không có nguồn tài chính cần thiết để triển khai các chòm sao lớn.
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 trên các nhiệm vụ hiện có 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 phát triển rất nhanh. Có thể có tất cả các loại ứng dụng có thể được hưởng lợi từ một chòm sao vệ tinh tự thích nghi tồn tại lâu dài với phạm vi bảo hiểm gần như toàn cầu.
Nghiên cứu này không chỉ giải quyết một câu hỏi liên tục về vùng phủ sóng vệ tinh và việc duy trì các chòm sao. Nó cũng đứng để thúc đẩy những tiến bộ trong viễn thông, điều hướng và viễn thám. Trong tương lai gần, vô số vệ tinh sẽ được gửi lên vũ trụ để cung cấp internet vệ tinh (chòm sao SpaceX, Starlink), thực hiện các thí nghiệm khoa học và theo dõi bầu không khí và bề mặt Trái đất.
Giữa điều này và các mối quan tâm liên quan về các mảnh vỡ không gian, có thể làm được nhiều hơn với ít hơn (và với ít tiền hơn) sẽ trở nên hữu ích!
