何十年もの間、科学者たちは地球上のすべての点を見ることができるであろう衛星の最小数を理解することを試みてきました。この質問は、スペースデブリの増大する問題によって部分的に動機付けられていますが、コストと効率の考慮によっても動機付けられています。 1980年代半ばまでに、ジョンE.ドレイム研究員は一連の研究でこの問題の解決策を提案し、必要なのは4衛星の星座だけであると主張しました。
残念ながら、彼の解決策は、衛星を軌道に維持するために莫大な量の推進剤が必要となるため、当時は実際的ではありませんでした。しかし、最近の共同研究のおかげで、研究者のチームは4衛星の星座を可能にする要因の適切な組み合わせを発見しました。彼らの発見は、電気通信、ナビゲーション、およびリモートセンシングの進歩を促進すると同時に、コストを削減する可能性があります。
彼らの発見を説明する研究は最近ジャーナルに掲載されました 自然コミュニケーション コーネル大学の土木環境工学の教授であるパトリックリードが率いました。リードには、National Science Foundation（NSF）の支援を受けて、Aerospace Corporationとカリフォルニア大学デービス校のエンジニアと科学者が加わりました。
最小数の衛星を使用して機能するコンステレーションを維持する方法の問題に対処するために、チームは、時間の経過とともに衛星の軌道を解除するすべての要因を検討しました。これらには、地球の重力場、大気の抗力、月と太陽の重力の影響、および日射による圧力が含まれます。リードが説明したように：
「私たちが持っていた興味深い質問の1つは、それらの力を実際に変えることができるかということでした。システムを劣化させる代わりに、星座がそれらの力からエネルギーを収集し、それらを積極的に制御するためにそれらを使用するように、実際にシステムを反転させることができますか？」
共同研究では、最先端の天体物理学、運用ロジスティクス、シミュレーションに関するAerospace Corporationの専門知識と、AIベースのコンピューティング検索ツールに関するReedの専門知識を組み合わせました。チームはまた、イリノイ大学にあるブルーウォーターのスーパーコンピューターに依存して、数十万の可能な軌道と摂動の組み合わせをふるいにかけました。
Aero Space CorporationのFuture Architectures部門のシステムディレクターであるA. Singh氏は次のように説明しています。
「インテリジェントな検索分析におけるCornellのリーダーシップにより、Aerospaceの星座設計の専門知識を活用し、Draimの星座設計に代わる運用可能な実装を発見しました。これらの星座の設計は、静止軌道以降の概念についてミッションプランナーに実質的な利点を提供する可能性があります。」
時間の経過とともに、チームは星座のデザインを2つのモデルに絞り込むことができました。 1つは、衛星が24時間周回し、86％の全地球をカバーできることです。一方、衛星は48時間周回し、95％のカバレッジを達成します。どちらも100％恥ずかしがり屋でしたが、チームはカバレッジの小さなマージンを犠牲にすると、大きなトレードオフにつながることを発見しました。
これには、通常、衛星の制御を困難にし、軌道の崩壊を引き起こすのと同じ重力および太陽放射からより多くのエネルギーを利用する機能が含まれます。さらに、衛星通信事業者は、カバレッジのギャップが発生する場所を制御でき、これらのギャップは1日あたり最大で80分しか持続しません。リードが言ったように、このトレードオフはそれだけの価値があります。
「これは、完璧さの追求が実際にイノベーションを阻害する可能性があるものの1つです。そして、あなたは本当に劇的な量をあきらめているわけではありません。地球上のあらゆる場所のカバレッジが絶対に必要なミッションがあるかもしれませんが、そのような場合は、より多くの衛星またはネットワークセンサーまたはハイブリッドプラットフォームを使用する必要があります。」
このタイプのパッシブサテライトコントロールの他の利点には、コンステレーションの寿命を5年から15年に延長できる可能性があることが含まれます。それらはまた、より少ない推進剤を必要とし、より高い標高で浮くことができ、したがって宇宙船および他の軌道を回る物体との衝突のリスクを低減するであろう。しかし、最大のセールスポイントは、このセットアップが従来の衛星コンステレーションと比較してどれほど費用効果が高いかです。
これは、大規模な星座を展開するために必要な財源を持たない国や民間航空宇宙企業にとって特に魅力的です。
「1つの衛星でも、搭載されているセンサーとその目的に応じて、数億ドルまたは数十億ドルの費用がかかる可能性があります。そのため、既存のミッションと新たなミッションで使用できる新しいプラットフォームを用意することは非常に便利です。リモートセンシング、テレコミュニケーション、ナビゲーション、高帯域幅センシング、そして宇宙空間のフィードバックには多くの可能性があり、それは非常に急速に進化しています。ほぼ全世界をカバーする長寿命の自己適応型衛星群から恩恵を受ける可能性のあるあらゆる種類のアプリケーションが存在する可能性があります。」
この研究は、衛星カバレッジと星座の維持に関する進行中の問題を解決するだけではありません。また、テレコミュニケーション、ナビゲーション、リモートセンシングの進歩を推進する立場にもあります。近い将来、無数の衛星が宇宙に送られ、衛星インターネット（SpaceXのスターリンク星座）を提供し、科学実験を行い、地球の大気と地表を監視します。
これと関連するスペースデブリに関する懸念の間で、より少ないコストで（そして少ないコストで）より多くのことができるようになると、非常に便利になります。
