Así es como solo cuatro satélites podrían proporcionar Internet en todo el mundo

Satélite de gran altitud pixabay

A pesar de lo que sugieren SpaceX y otras compañías con proyectos como Starlink, no se necesitan megaconstelaciones compuestas por miles de satélites, y todas las molestias que causan, para brindar cobertura global de Internet al mundo. Sabemos desde la década de 1980 que si está de acuerdo con conformarse con una conexión un poco por debajo de las velocidades de calidad de los jugadores (alrededor de medio segundo de retraso), entonces es posible una cobertura mundial continua con una constelación de solo cuatro satélites colocados a altitudes mucho más altas .

Pero HughesNet y ViaSat, los proveedores de Internet satelital más grandes del mundo que operan en estas órbitas, no ofrecen nada parecido a la cobertura global. Otras redes satelitales que brindan servicios de navegación y sensores remotos tampoco cumplen con ese estándar. ¿Lo que da?

Como era de esperar, el gran obstáculo es el costo. Varios factores trabajan para degradar la órbita de un satélite. Estos incluyen el arrastre natural, las perturbaciones en el campo de gravedad de la Tierra, la atracción gravitatoria del sol y la luna que interfiere, e incluso la presión causada por la radiación solar. Para combatir estos problemas, se necesita una gran cantidad de propulsor en el satélite para estabilizar constantemente su órbita, una cantidad que generalmente duplica la masa del satélite. Los costos de fabricación, lanzamiento y operación son demasiado altos para el truco de los cuatro satélites.

Un nuevo estudio dirigido por ingenieros de The Aerospace Corporation y publicado en Comunicaciones de la naturaleza propone un enfoque contrario a la intuición que convierte estas fuerzas degradantes en fuerzas que realmente ayuden a mantener estos satélites en órbita. Si funcionara, significaría que solo cuatro satélites podrían proporcionar una cobertura global continua por una fracción del costo.

Actualmente, las órbitas de estos satélites son elípticas, y las fuerzas del sol y la luna crean inestabilidades que rompen la constelación con el tiempo. Patrick Reed de la Universidad de Cornell y sus colegas querían hacer las órbitas más circulares, permitiendo que los satélites funcionaran con menos maniobras de propulsión y menores requisitos de propulsor. Y querían hacer esto de tal manera que los satélites aún pudieran brindar una cobertura casi global.

El equipo realizó simulaciones que analizaron qué tipos de configuraciones orbitales podrían convertir mejor las fuerzas degradantes en otras que realmente fomentaran una órbita circular estable. Los casos en los que, por ejemplo, la gravedad del sol normalmente rompería la constelación ahora podrían unir la constelación. Las simulaciones fueron para constelaciones de cuatro satélites que pasarían al menos 6.000 días (16,4 años en órbita).

Después de analizar las simulaciones con la supercomputadora Blue Waters de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, el equipo encontró dos modelos que podrían funcionar. En uno, la constelación completa una órbita en un período de 24 horas, a una altitud de 22,000 millas, y logra una cobertura continua de aproximadamente el 86% del globo. El otro trabaja en un período de 48 horas a una altitud de 42.000 millas y cubre el 95% del globo. Cualquier área que experimente cortes no enfrentará más de 80 minutos de tiempo de inactividad por día.

Por supuesto, las velocidades de Internet serían más lentas debido al tiempo adicional que lleva enviar la señal desde una órbita mucho más alta. Sin embargo, para la mayoría de las personas que utilizan sistemas de datos, es difícil detectar un retraso adicional de un cuarto de segundo, ya que hay muchos otros retrasos en las computadoras y las redes de datos, dice Roger Rusch, presidente de la consultora de telecomunicaciones TelAstra.

En estos sistemas, los satélites (cada uno con un peso aproximado de 1,2 toneladas) necesitarían alrededor de un 60 % menos de propulsor durante todo el período de 6000 días que si estuvieran orbitando en configuraciones más convencionales, lo que podría reducir su masa a más de la mitad y hacerlo mucho más más fácil construirlos y lanzarlos. También podría dejar espacio para instalar mejores sistemas de instrumentación y energía (los satélites de gran altitud necesitan más energía para enviar señales a la Tierra).

Reed dice que el trabajo fue motivado por el deseo de permitir que países o empresas más pequeñas operen constelaciones que brinden una cobertura casi continua. El argumento es que con costos bajos, sería más fácil para estos grupos construir, lanzar, operar y rastrear solo unos pocos satélites en una órbita más alta, en lugar de una constelación de miles en expansión en la órbita terrestre baja.

Expertos como Rusch son optimistas sobre los hallazgos del nuevo estudio: dice que los costos de capital y operativos de un sistema de satélite LEO son de tres a cinco veces más altos que los de un sistema de gran altitud con la misma capacidad. Los astrónomos y los expertos en desechos espaciales que están nerviosos por los efectos negativos de proyectos como Starlink también podrían apreciar el concepto.

Otros son un poco más cautelosos. Anton Dolgopolov, analista sénior de la firma de análisis e ingeniería Bryce Space and Technology, señala que los sistemas LEO aún tienen algunas ventajas poderosas; por ejemplo, les resulta más fácil garantizar la cobertura para las comunidades cercanas a los polos. Además, en una red formada por cientos o miles de satélites, realmente no interrumpirá el servicio si algunos no se inician o no funcionan correctamente. Y los satélites LEO pueden ser desorbitados y reemplazados mucho más rápido.

En otras palabras, los nuevos modelos son solo posibilidades teóricas, por muy interesantes que sean. En el mundo real, los obstáculos económicos y de ingeniería pueden atenuar las esperanzas de una solución fácil.

Corrección 1/20: Esta publicación ha sido actualizada para corregir un error técnico relacionado con el diseño de la nueva constelación.

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