Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah berusaha mencari tahu jumlah minimum satelit yang dapat melihat setiap titik di Bumi. Pertanyaan ini sebagian dimotivasi oleh masalah meningkatnya puing-puing ruang, tetapi juga oleh pertimbangan biaya dan efisiensi. Pada pertengahan 1980-an, peneliti John E. Draim mengusulkan solusi untuk masalah ini dalam serangkaian studi, mengklaim bahwa konstelasi empat satelit adalah semua yang diperlukan.
Sayangnya, solusinya tidak praktis pada saat itu karena sejumlah besar propelan diperlukan untuk menjaga satelit di orbit. Namun berkat penelitian kolaboratif baru-baru ini, tim peneliti telah menemukan kombinasi faktor yang tepat untuk membuat konstelasi empat satelit menjadi mungkin. Temuan mereka dapat mendorong kemajuan di bidang telekomunikasi, navigasi, dan penginderaan jauh sementara juga mengurangi biaya.
Studi yang menggambarkan temuan mereka baru-baru ini muncul di jurnal Komunikasi Alam dan dipimpin oleh Patrick Reed, seorang Profesor Teknik Sipil dan Lingkungan di Universitas Cornell. Reed bergabung dengan insinyur dan ilmuwan dari The Aerospace Corporation dan University of California, Davis, dengan dukungan yang diberikan oleh National Science Foundation (NSF).
Untuk menjawab pertanyaan tentang bagaimana menjaga konstelasi yang berfungsi dengan jumlah satelit minimum, tim mempertimbangkan semua faktor yang menyebabkan satelit mengalami deorbit dari waktu ke waktu. Ini termasuk medan gravitasi Bumi, hambatan atmosfer, pengaruh gravitasi Bulan dan Matahari, dan tekanan dari radiasi matahari. Seperti yang dijelaskan Reed:
“Salah satu pertanyaan menarik yang kami miliki adalah, bisakah kita benar-benar mengubah kekuatan itu? Alih-alih merendahkan sistem, dapatkah kita membalikkannya sedemikian rupa sehingga rasi bintang mengambil energi dari kekuatan-kekuatan itu dan menggunakannya untuk secara aktif mengendalikan diri?
Studi kolaboratif mempertemukan keahlian The Aerospace Corporation dalam astrofisika mutakhir, logistik operasional, dan simulasi dengan keahlian Reed sendiri dalam alat pencarian komputasi berbasis AI. Tim juga mengandalkan superkomputer Blue Water di University of Illinois untuk menyaring ratusan ribu kemungkinan orbit dan kombinasi perturbasi.
Seperti Lake A. Singh, direktur sistem untuk departemen Arsitektur Masa Depan The Aerospace Corporation, menjelaskan:
“Kami meningkatkan keahlian desain rasi bintang Aerospace dengan kepemimpinan Cornell dalam analisis pencarian cerdas dan menemukan alternatif yang layak secara operasional untuk desain rasi bintang Draim. Desain rasi bintang ini dapat memberikan keuntungan substantif bagi perencana misi untuk konsep di orbit geostasioner dan seterusnya. "
Seiring waktu, tim dapat mempersempit desain konstelasi mereka menjadi dua model. Dalam satu, satelit bisa mengorbit untuk periode 24 jam dan mencapai cakupan global 86%. Di sisi lain, satelit akan mengorbit untuk periode 48 jam dan mencapai cakupan 95%. Sementara keduanya jatuh malu 100%, tim menemukan bahwa mengorbankan sedikit cakupan akan menyebabkan trade-off yang signifikan.
Ini termasuk kemampuan untuk memanfaatkan lebih banyak energi dari gravitasi dan radiasi matahari yang sama yang biasanya membuat satelit sulit dikendalikan dan menyebabkan orbitnya membusuk. Selain itu, operator satelit akan dapat mengontrol di mana kesenjangan dalam cakupan akan terjadi dan ini akan berlangsung paling lama hanya 80 menit sehari. Seperti yang dikatakan Reed, pertukaran ini sepadan:
“Ini adalah salah satu hal di mana pengejaran kesempurnaan sebenarnya dapat menghambat inovasi. Dan Anda tidak benar-benar memberikan jumlah yang dramatis. Mungkin ada misi di mana Anda benar-benar membutuhkan jangkauan di mana-mana di Bumi, dan dalam kasus itu, Anda hanya perlu menggunakan lebih banyak satelit atau sensor jaringan atau platform hybrid. "
Manfaat lain dari jenis kontrol satelit pasif ini termasuk cara yang berpotensi memperpanjang umur konstelasi dari 5 hingga 15 tahun. Mereka juga akan membutuhkan lebih sedikit propelan dan akan dapat melayang di ketinggian yang lebih tinggi, sehingga mengurangi risiko dampak dengan pesawat ruang angkasa dan benda-benda mengorbit lainnya. Tetapi titik penjualan terbesar adalah seberapa murah pemasangan ini dibandingkan dengan rasi bintang satelit konvensional.
Ini membuatnya sangat menarik bagi negara-negara atau perusahaan dirgantara komersial yang tidak memiliki sumber daya keuangan yang diperlukan untuk menggunakan rasi bintang besar.
“Bahkan satu satelit dapat menelan biaya ratusan juta atau miliaran dolar, tergantung pada sensor apa yang ada di sana dan apa tujuannya. Jadi memiliki platform baru yang dapat Anda gunakan di seluruh misi yang ada dan muncul cukup rapi. Ada banyak potensi untuk penginderaan jauh, telekomunikasi, navigasi, pengindraan bandwidth tinggi dan umpan balik di seluruh ruang, dan itu berkembang sangat, sangat cepat. Ada kemungkinan semua jenis aplikasi yang mungkin mendapat manfaat dari konstelasi satelit yang tahan lama dan beradaptasi sendiri dengan jangkauan global yang dekat. "
Studi ini tidak hanya menyelesaikan pertanyaan yang sedang berlangsung tentang jangkauan satelit dan pemeliharaan rasi bintang. Itu juga berdiri untuk mendorong kemajuan dalam telekomunikasi, navigasi, dan penginderaan jauh. Dalam waktu dekat, satelit yang tak terhitung jumlahnya akan dikirim ke ruang angkasa untuk menyediakan internet satelit (konstelasi Starlink SpaceX), melakukan eksperimen sains, dan memantau atmosfer dan permukaan Bumi.
Antara ini dan kekhawatiran terkait tentang puing-puing luar angkasa, bisa berbuat lebih banyak dengan lebih sedikit (dan dengan uang lebih sedikit) akan sangat berguna!
