"Star Chain" irrumpe en el cielo nocturno_Invención científica
En 2019, la Space Exploration Technology Company lanzó al espacio el primer lote de grandes cadenas de satélites con 60 satélites de una sola vez. En los días siguientes, los entusiastas de la astronomía descubrieron que estos satélites pasaban sobre el mundo como trenes e incluso irrumpían en el campo de visión de los telescopios astronómicos, provocando que las fotografías quedaran completamente cubiertas por las huellas de los satélites.
Esquema artístico del funcionamiento de la cadena de satélites sobre la tierra. Fuente: SpaceX
La Unión Astronómica Internacional y el Observatorio Nacional de Radioastronomía han expresado su preocupación. Hasta el 8 de junio de 2020, SpaceX ha puesto en órbita 120 satélites similares y en el futuro seguirán más cadenas de satélites.
¿Quién viene?
De hecho, todo el mundo está muy familiarizado con SpaceX. Esta empresa privada ha revolucionado casi por sí sola el mercado aeroespacial mundial, consiguiendo numerosos pedidos con sus rentables cohetes Falcon. Hace apenas unos años, con las lecciones del transbordador espacial todavía frescas en nuestras mentes, la gente naturalmente pensaba que el reciclaje de cohetes era un callejón sin salida. Incluso si se restaura con éxito, perderá gran parte de su capacidad de transporte y requerirá una inversión significativa en mantenimiento y modernización. Sin embargo, gracias a la rápida iteración tecnológica, el cohete Falcon se ha vuelto cada vez más maduro, la recuperación del cohete se ha convertido en algo común y el Falcon todavía puede proporcionar una capacidad considerable en el estado de recuperación. El jefe de SpaceX, Elon Musk, tiene un plan aún más ambicioso. Quiere ir un paso más allá y planea construir un cohete gigante que pueda enviar humanos a Marte. El cohete tiene 9 metros de diámetro, pesa más que el Saturn V y utiliza oxígeno líquido y metano como combustible. El plan es utilizar materiales locales en Marte para crear combustible para que la nave espacial pueda volar de regreso a la Tierra. Por supuesto, lo que es aún más sorprendente es la máquina de prueba de Starship, que está construida a mano al aire libre. La carcasa de acero inoxidable incluso tiene abolladuras evidentes que la hacen parecer un granero. Efectivamente, uno de los prototipos explotó durante una prueba de presión.
Figura 1 La cadena de satélites antes del lanzamiento en octubre de 2019 165438. Fuente: Space Exploration Technology Company
El protagonista esta vez: el proyecto Starlink es otra idea "loca" propuesta por Musk. Utilizaremos nuestros propios vehículos de lanzamiento rentables para lanzar 42.000 satélites a la órbita terrestre baja en unos pocos años; sí, este número será aproximadamente 5 veces mayor que todos los satélites lanzados por humanos.
Según el plan, "Starlink" es un sistema de comunicación por satélite de Internet que prevé lograr una cobertura global completa a través de una gran cantidad de satélites de órbita baja, formando una red de comunicación de Internet con capacidad de paso alto y baja estado latente. Los servicios de comunicación proporcionados por las redes satelitales son sumamente atractivos. Una vez finalizado, todos los usuarios, desde zonas montañosas remotas hasta empresas en grandes ciudades, podrán disfrutar de la comodidad de una cobertura de comunicación sin puntos ciegos. Además, las redes de satélite también pueden sustituir a las redes troncales terrestres. La fibra se extiende por Money Mountain, pero el uso del satélite solo requiere unos pocos relés.
En correspondencia con los abrumadores planes de red, los satélites Starlink utilizan varios medios para reducir costos. Cuando se lanzan, los satélites en forma de placa se apilan muy juntos sin dispositivos de separación separados, pero todos se liberan a la vez como si fueran cartas de juego, incluso si los satélites chocan entre sí. Un vehículo de lanzamiento Falcon 9 puede poner en órbita 62 satélites y lograr la recuperación de la etapa de cohete al mismo tiempo. En planes futuros, el cohete Falcon Heavy podrá lanzar más satélites al espacio.
Figura 2 En la primera fase de la red, unos 1.600 satélites orbitarán la Tierra a una altitud de 550 km. Después de eso, más de 2.700 satélites entrarán en órbitas más altas de 1.100 a 1.325 kilómetros para completar la red global. En la segunda fase, más de 7.000 satélites entrarán a una altitud inferior de 300 kilómetros. Fuente: starlink
Cada cadena de satélite pesa 227 kilogramos y consta de un cuerpo de satélite en forma de placa y un panel solar plegable. Cada satélite está equipado con cuatro antenas en fase para servicios de red. Los usuarios terrestres pueden recibir señales de satélites con un ángulo de elevación de 45°. Se espera que en 2020 los satélites estén equipados con sistemas de comunicación láser para comunicaciones entre satélites.
La órbita del satélite se modifica y se mantiene mediante propulsores de efecto Hall y el combustible es criptón. Para evitar colisiones con otros satélites, los satélites utilizan datos proporcionados por el Departamento de Defensa de EE. UU. para evitar automáticamente los desechos espaciales. La vida útil del satélite en órbita es de 1 a 5 años.
En mayo de 2019, el primer lote de 60 satélites entró en una órbita terrestre baja de 550 km. El segundo lanzamiento se llevó a cabo en junio de 2011 y el tercer lanzamiento se llevó a cabo en junio de 2020. Según el plan, cada dos meses se lanzará un lote de cadenas de satélites. En la primera fase de la red, aproximadamente 1.600 satélites orbitarán la Tierra a una distancia de 550 kilómetros. Después de eso, más de 2.700 satélites entrarán en órbitas más altas de 1.100 a 1.325 kilómetros para completar la red global. La segunda fase del proyecto "Starlink" lanzará más de 7.000 satélites a una altitud inferior de 300 kilómetros para aumentar el ancho de banda de toda la red.
Los parámetros de la superficie del carril de las dos etapas se muestran en la Tabla 1. Entre ellos, los satélites de la primera etapa operarán según diferentes planos orbitales, mientras que los satélites de la segunda etapa controlarán un solo satélite.
Tabla 1 Estos son los parámetros del plano orbital para las dos etapas de la conexión en red de satélites, de los documentos presentados por Space Exploration Technology Corporation a la FCC para los recursos de frecuencia. Entre ellos, el plan de cobertura original se modificó a 550 kilómetros, 72 planos orbitales y 22 satélites en cada plano orbital. A esta capa pertenecen las primeras cadenas de satélites lanzadas. Fuente: SpaceX/Comisión Federal de Comunicaciones
Según la aprobación de la banda de frecuencia por parte de la FCC, SpaceX necesita completar la mitad del trabajo de lanzamiento en 2024 y todos los satélites en 2027. Es decir, en sólo 7 años, SpaceX lanzará más de 12.000 satélites.
En octubre de 2019, Space Exploration Technology Corporation presentó un nuevo lote de aplicaciones de frecuencias satelitales, planeando agregar otros 30.000 satélites, elevando el número total de satélites a 42.000, lo que representa aproximadamente el 10 % de todos los satélites lanzados por humanos 5 veces. Estos 30.000 satélites recorrerán entre 328 y 580 kilómetros.
El "nuevo" cielo estrellado
A menudo podemos ver satélites volando por el cielo temprano en la mañana y en la tarde. Estos satélites suelen aparecer en fotografías del cielo profundo tomadas por astrónomos, y eliminar sus huellas es un paso casi inevitable en el proceso de posprocesamiento. Las cadenas de satélite no son una excepción. En realidad, el brillo de un solo satélite no es sobresaliente. Hay demasiados problemas.
Figura 3: Imágenes de los cúmulos de galaxias NGC 5353 y NGC 5354 tomadas por el telescopio del Observatorio Lowell en Arizona, EE. UU., en la tarde del 25 de mayo de 2019. En diagonal a lo largo de la imagen se encuentran las huellas dejadas por la cadena de satélites al pasar por el campo de visión del telescopio. Fuente: Victoria Kyrgyz/Lowell Observatory
Unos días después del lanzamiento de la cadena de satélites, 60 satélites se encontraban en órbitas similares. Entonces, desde la Tierra se puede ver una gran cantidad de satélites alineados en el cielo. A simple vista, el brillo de estos satélites es 3 o más oscuro, y el brillo de diferentes satélites también es diferente. El brillo del satélite está relacionado con su actitud. Debido a que estos satélites tienen órbitas similares, pasan por la misma zona del cielo en secuencia. Cuando aparece en el campo de visión de un telescopio, las consecuencias son devastadoras, como se muestra en la Figura 3.
La figura 4 es un flash de satélite tomado por un entusiasta utilizando su propia SLR. Fuente: Es más, algunos entusiastas incluso experimentaron fenómenos de "flash" al fotografiar estos satélites. En un vídeo subido a Internet, el aficionado utilizó su DSLR para capturar una larga secuencia de satélites parpadeando uno tras otro, más brillantes que Vega.
La estrella más brillante de la Figura 5 es Vega. Fuente: Esto puede hacer explotar el círculo astronómico. Si en el futuro el cielo se llena de satélites de este tipo, los astrónomos y entusiastas de la astronomía no podrán observarlos en absoluto, y todas las órbitas de los satélites cubrirán cuerpos celestes distantes. La IAU emitió un comunicado afirmando que una red de satélites tan grande tendrá un impacto grave en las observaciones astronómicas. En respuesta a las dudas de los astrónomos, SpaceX inicialmente afirmó que "este satélite es muy pequeño y no tendrá ningún impacto", pero después de que la oposición se hizo más fuerte, cambió de tono y dijo que "se tomarán medidas para reducir el brillo". de satélites posteriores." En 2019, se incluyó un satélite ennegrecido en el lanzamiento del 11, como una forma de intentar reducir el brillo del satélite.
Pero el oscurecimiento puede afectar negativamente el desempeño de los satélites, que absorben grandes cantidades de calor del sol.
Además, la cadena de satélites opera en las bandas Ku y Ka, y las observaciones de radioastronomía en estas bandas también pueden verse afectadas. Dado que las bandas de trabajo de los satélites contienen importantes líneas espectrales de vapor de agua, una gran cantidad de comunicaciones por satélite también pueden interferir con las observaciones meteorológicas del vapor de agua por satélite, lo que resulta en una disminución en la precisión de los pronósticos meteorológicos.
Rastros de intrusos
Entonces, ¿con qué densidad aparecerán estos satélites en nuestro cielo nocturno y qué impacto tendrán en nuestras observaciones astronómicas? El autor hizo un cálculo sencillo: tomando como objeto de investigación 12.000 satélites y basándose en la distribución orbital de los datos públicos, se calculó el número de satélites vistos por los observadores terrestres en el cielo.
Los resultados muestran que en latitudes medias, hay más de 100 satélites en el cielo en un ángulo de elevación superior a 20° en cualquier momento. Alrededor de los 45 grados de latitud norte, este número supera los 160.
La Figura 6 toma 12.000 satélites como objeto de investigación. Basándose en la distribución orbital de los datos públicos, el autor calculó la distribución del número de satélites vistos en el cielo por observadores en diferentes latitudes en la Tierra. Azul, rojo y amarillo representan la cobertura inicial, la cobertura final y los satélites de órbita baja en la segunda fase, respectivamente.
En la Figura 6, el azul es el primer lote de satélites en órbita de 550 km, el rojo son los satélites en órbita superior a 1000 km y el amarillo es la segunda fase de satélites en órbita baja. Se puede ver que los satélites con baja inclinación orbital son invisibles en latitudes altas. Los satélites con latitudes superiores a 35 ° y 55 ° tienen la densidad más alta, que puede mantenerse en más de 120 en cualquier momento, y la más alta es más de 160.
El número de satélites en el cielo es básicamente estable a lo largo del día, pero el número de satélites iluminados por el sol está relacionado con la posición del sol. Por ejemplo, alrededor de los equinoccios de primavera y otoño a 40° de latitud norte, una hora después de la puesta del sol, los 150 satélites que se encuentran en lo alto reflejan la luz del sol. A medida que la altura del sol disminuye gradualmente, el número de satélites brillantes disminuye gradualmente, quedando solo alrededor de la mitad. de los satélites que emiten luz. Brilla al final del crepúsculo astronómico. Básicamente, sólo durante unas 4 horas antes y después de la medianoche no hay satélites luminosos en el cielo, por lo que la observación astronómica durante este período puede considerarse "segura".
Figura 7 Cambios a lo largo del tiempo de todas las cadenas de satélites y cadenas de satélites luminosas en la misma posición en el cielo cerca de los 40 grados de latitud norte en primavera y otoño.
Para la latitud norte 40°, no hay satélites luminosos en el cielo durante mucho tiempo durante el solsticio de invierno, pero sí hay satélites luminosos en el cielo toda la noche durante el solsticio de verano. En las latitudes bajas cercanas al ecuador, la situación es ligeramente mejor que en las latitudes medias y los cambios anuales no son evidentes. En las regiones polares también existe la influencia de los satélites. Por ejemplo, en la estación Kunlun en la Antártida, docenas de satélites serán visibles durante toda la noche cuando comience la noche polar local, y muchos satélites también serán visibles en el solsticio de invierno local.
Fin del movimiento
Cuando la cadena de satélites se dispersa en órbita, la "contaminación" del cielo es evidente. Nuestros cielos no han desaparecido por completo, pero las observaciones astronómicas ópticas se verán arrinconadas y el tiempo de observación disponible se reducirá considerablemente. Una sola exposición de muchos telescopios puede tardar hasta 15 minutos, y durante ese tiempo, es muy posible que un satélite se entrometa en la fotografía, inutilizando toda la fotografía. Es cierto que estas pistas se pueden eliminar algorítmicamente, pero estos pasos inevitablemente dejan fallas invisibles en la imagen, lo que hace que los datos no sean confiables.
La Figura 8 es un diagrama esquemático de la distribución de satélites en Starlink dibujado por un artista. Fuente: SpaceX
Con el lanzamiento de cadenas de satélites, el tránsito de estos "trenes satélite" se ha convertido también en un fenómeno astronómico popular, comparable al fenómeno del "flash de iridio" que está desapareciendo. Sin embargo, el sistema Iridium tiene sólo unas pocas docenas de satélites, y la frecuencia de los destellos de Iridium observados en el mismo lugar es sólo aproximadamente una vez al día. Si la frecuencia de centelleo del iridio aumentara cientos de veces, me temo que la gente lo vería de manera muy diferente.
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Fuente de este artículo: Deep Space Game Editor: Anonymous King’s Heart 2, haz clic para probar