Souhvězdí satelitů

Družic je skupina identických umělých družic , které pracují společně s cílem poskytovat služby, obecně poskytuje téměř kompletní pokrytí celé planetě. Tyto satelity obíhají na oběžných drahách zvolených tak, aby se jejich příslušné pozemní kryty vzájemně doplňovaly. První satelitní konstelace jsou rozmístěny tak, aby splňovaly potřeby určování polohy (systém US Army TRANSIT ), poté satelitní telefonie ( Iridium atd.). Zevšeobecnění systémů družicové navigace a snížení nákladů na komponenty vedou k množení souhvězdí. Na začátku 20. let 20. století tak byly nasazeny megastellace několika tisíc satelitů na nízké oběžné dráze ( OneWeb , Starlink atd.) , Jejichž primárním cílem je poskytnout vysokorychlostní přístup uživatelům daleko od pozemních sítí. Výsledné znásobení satelitů obíhajících na nízké oběžné dráze akcentuje problém správy vesmírného odpadu .

Prezentace

Umělá družice může poskytovat telekomunikační služby (pevné linky, přenos dat, mobilní telefonie, vysílání televizních kanálů a tak dále) nebo navigace (poloha, rychlost) s lepší geografickým pokrytím, než pozemní systém a za nižší cenu, protože to vyžaduje poměrně snížená pozemská infrastruktura. Tento typ služby se vyvinul v 70. letech, kdy byly satelity umístěny na geostacionární oběžnou dráhu . Tato oběžná dráha umožňuje udržovat satelit ve vybrané oblasti a zajistit tak trvalé pokrytí. Souhvězdí tří až čtyř geostacionárních satelitů může nabídnout úplné pokrytí pozemského světa (s výjimkou polárních oblastí, protože geostacionární satelit je nutně umístěn v nulové zeměpisné šířce, to znamená přímo nad rovníkem). Toto řešení je přijato pro první meteorologické pokrytí zeměkoule, které poskytuje konstelace složená ze satelitů z různých národů - Evropa (METEOSAT), Spojené státy americké (GEOS), Rusko, Čína, Indie - s rozumnou polohou, stejně jako telekomunikační systémy INTELSAT a INMARSAT .

Tyto geostacionární družice mají několik nevýhod. Jejich prvním omezením je krátká doba odezvy , když je služba interaktivní (například: telefonování nebo procházení internetu); okružní cesta rádiového signálu mezi satelitem umístěným 36 000 km nad mořem a Zemí je přibližně 250 milisekund. Řešením je použít souhvězdí satelitů na nízké oběžné dráze (méně než 2 000 km ). Protože jejich pokrytí je slabší, je nutné je umístit do dostatečně velkého počtu, aby byla zajištěna kontinuita služby. První konstelace tohoto typu byly vytvořeny na konci 90. let za účelem poskytování satelitní telefonie ( Iridium , Globalstar ) a sestávají z 50 až 70 satelitů. Na počátku 20. let 20. století byly vytvořeny nové konstelace, které poskytují uživatelům vysokorychlostního internetu příliš daleko od pozemních sítí. Aby tyto konstelace sloužily desítkám milionů zamýšlených uživatelů, mají stovky ( OneWeb ) nebo dokonce tisíce satelitů ( Starlink , Kuiper ).

Druhým omezením je pokrytí. Geostacionární oběžná dráha pokrývá špatně nebo vůbec ne ve vysokých zeměpisných šířkách. Aplikace dálkového průzkumu Země, jako je sledování vývoje vegetace, přírodních katastrof, vojenského průzkumu, vyžadují globální pokrytí, které však nemusí být nepřetržité. Abychom tuto potřebu uspokojili, jsou satelity umisťovány na nízké, často sluneční synchronní oběžné dráhy . Abychom získali vyšší frekvenci opakování, použijeme konstelaci zahrnující několik (dvou, tří ...) identických satelitů.

Aby uživatel mohl získat přesnou polohu v reálném čase, musí být jeho terminál ( např. GPS ) schopen triangulovat alespoň mezi třemi nebo čtyřmi satelity, viditelnými a široce oddělenými. První satelitní navigační systém , TRANSIT , vyvinutý pro armádu Spojených států, je založen na rozmístění deseti satelitů na nízké polární oběžné dráze . Ale s přihlédnutím k nadmořské výšce satelitů (přibližně 1000 kilometrů) a jejich sníženému počtu je v daném okamžiku obecně viditelný pouze jeden satelit. Polohu lze aktualizovat pouze jednou za hodinu (v nejlepším případě) a přesnost je špatná ( v nejlepším případě 200 metrů ). Satelitní navigační systém, který v 90. letech nahradil TRANSIT, GPS, je založen na souhvězdí asi třiceti satelitů obíhajících na střední oběžné dráze (20 000 kilometrů). Překonává omezení předchozího systému poskytováním okamžité polohy s polohou řádově jednoho metru.

Oblasti použití

Telekomunikace

Navigace

Pozorování Země

Vlastnosti souhvězdí satelitů

Potřeba

Prostorový segment

Segment Země

Uživatelský terminál

Mega-souhvězdí

V 2010s , provozovatelé internetu satelitně startu mega projektů konstelaci, obraz Starlink of SpaceX (12,000 satelity) nebo oneweb (648-2 000 družice), což satelitních výrobce, aby drasticky snížit náklady. Tak Thales Alenia Space , již výrobce druhé generace Globalstar , Iridium Next a O3b .

Kontroverze

Zvyšováním počtu objektů na oběžné dráze vzbuzují mega-konstelační projekty poskytovatelů satelitního internetu obavy a kritiku po celém světě. Z přibližně deseti tisíc v roce 2020 by tyto objekty byly dlouhodobě skutečně několik desítek tisíc.

Vesmírný odpad

Šíření vypuštěných satelitů vyvolává obavy z faktického znásobení potenciálního počtu vesmírných úlomků, které by tento typ projektu pravděpodobně vytvořil. K riziku srážky satelitů v provozu se skutečně přidává riziko poruch, které by je nekontrolovatelné, přičemž riziko je o to vyšší, čím jsou početnější. V nejhorším případě by Kesslerův syndrom způsobil, že nízké oběžné dráhy budou naprosto nepraktické.

Světelné znečištění noční oblohy

Toto množství satelitů se připojí všechny projekty v současné době nasazeny (12000 družic nebo dokonce 42.000 pro Starlink od SpaceX , 3,250 pro Kuiper od Amazonu , 650 až 2000 pro oneweb , atd ), což představuje problém světelného znečištění prostoru noční oblohy . To je navíc k pozemnímu světelnému znečištění (z povrchového osvětlení ). Ve skutečnosti mohou velikosti satelitů dosáhnout hodnoty -2 , více než Sirius , nejjasnější hvězda, která dosáhla -1,76. Když jsou rozmístěny všechny satelity, bude na obloze v daném okamžiku viditelných asi 100, jasnějších než Sirius.

Toto znečištění značně narušuje práci astronomů, profesionálů a amatérů i fotografů noční krajiny, kteří budou muset tyto nežádoucí zdroje světla filtrovat.

Souhvězdí funkční nebo studovaná

Družice jsou rozděleny do kategorií podle jejich hmotnosti, překládané předponou nebo kvalifikací: „pico“ méně než 1 kg ; „Nano“ mezi 1 kg a 10 kg ; "Micro" mezi 10 kg a 100 kg ; „Mini“ = mezi 100 kg a 500 kg ; „Střední“ mezi 500 kg a 1 000 kg ; „Velké“ nad 1000 kg .

Hlavní satelitní konstelace

Označení	Operátor	Typ služby	Obíhat	Detail oběžné dráhy	Počet satelitů (aktivní)	Velikost satelitu	Deka	Provozní datum	Postavení
Telekomunikace
Iridium	Iridium	Satelitní telefonie	Nízký	Nadmořská výška: 780 km Sklon 86,4 °	66	Globální	Mini	2000	Provozní
Globalstar	Globalstar	Satelitní telefonie	Nízký	Nadmořská výška: 1400 km Sklon 52 °	48		Mini	1999	Provozní
Globalstar	Globalstar	Satelitní telefonie	Nízký	Nadmořská výška: 1400 km Sklon 52 °	48		Mini		Provozní
Orbcomm	Orbcomm	Zprávy, AIS	Nízký	Nadmořská výška: 8 000 km Sklon 0 °	18		Mini		Částečně funkční
O3b MEO	Orbcomm	Internet,	Průměrný	Nadmořská výška: 750 km Sklon 45 °	18		Průměrný	~ 20	Provozní
WGS	USSF	Vojenské telekomunikace	Geostacionární		10		Velký		Provozní
Starlink	SpaceX	Internet	Nízký	Nadmořská výška: 550 km Sklon: 53 °, 70 °, 97,6 °	4 425 (fáze 1)	Globální	Mini	2023	V rámci nasazení
OneWeb	OneWeb	Internet	Nízký	Nadmořská výška: 1200 km Šikmo: 86,4 °	648		Mini		V rámci nasazení
Kuiper	Amazonka	Internet	Nízký	Nadmořská výška: 590-630 km	3 236	56 ° J-56 ° J	Mini		Probíhá návrh
Navigace
GPS	DoD	Navigace	Průměrný	Nadmořská výška: 20 200 km Sklon 55 °	~ 30	Globální	Velký	1993	Provozní
GLONASS	VKS	Navigace	Průměrný	Nadmořská výška: 19 100 km Sklon: 64,8 °	~ 30	Globální	Velký	1995	Provozní
Beidou	CNSA	Navigace	1) Průměrný 2) Geosynchronní	1) Nadmořská výška: ~ 20 000 km Sklon: 55 ° 2) 36 000 km	~ 30 + 6	Globální	Velký	2020	Provozní
Galileo	ESA	Navigace	Průměrný	Nadmořská výška: 23 222 km Sklon: 56 °	~ 30	Globální	Velký	2020	Provozní
Pozorování Země
SkySat	Planetové laboratoře	Zobrazování	Nízký	Nadmořská výška: 500 km polárně	21	Globální	Mikrofon	2017	Provozní

Galerie

Satelitní telefon Iridium.
přidělení frekvencí satelitním navigačním systémům GPS, Galileo a COMPASS / BEIDOU.
Testovaný satelit Galileo.
Satelitní parabola pozemské stanice v systému Galileo v Redu.
Porovnání oběžných drah několika družicových souhvězdí.

Poznámky a odkazy

„Satelity: bitva na oběžné dráze rozděluje sektor“ , Les Échos ,19. března 2015.
Stefan Barensky, "Závod pro inovace - konstelace," Air & Cosmos , n o 244520. března 2015.
„ Kolik satelitů je nad našimi hlavami?“ » , Na Mám zájem ,26. srpna 2015(zpřístupněno 26. května 2019 ) .
Fabrice Mottez a Lucas Gierczak, " Starlink , noční můra astronomů ", pour la vědy , n o 509,březen 2020, str. 7 ( číst online ).
Pierre Barthélémy, „ Rostoucí skládačka vesmírného odpadu “ , na Le Monde ,26. ledna 2019(přístup 28. května 2019 ) .
Rémy Decourt, „ Stovky satelitů OneWeb nebudou produkovat vesmírné zbytky “ , na Futuře ,24. října 2015.
„ Amazon vyšle tisíce satelitů na oběžnou dráhu, aby zajistil přístup k internetu všude na Zemi “ , Le Journal du geek , 06.04.2019 přístup k = 26.05.2019 .
(in) „ OneWeb o hmotnosti 2 000 dalších satelitů “ na SpaceNews ,24. února 2017(zpřístupněno 18. dubna 2020 ) .

Bibliografie

(en) Giacomo Curzi, Dario Modenini, Paolo Tortora et al. , „ Velké konstelací malých družic: Přehled blízké budoucnosti výzvy a misí “ , vzdušný prostor , n o 133,7. září 2020, str. 1-18 ( DOI 10,3390 / aerospace7090133 , číst online ) - Problémy spojené s řízením budoucích satelitních konstelací (studie z roku 2020).
( fr ) Jonathan C. McDowell a kol. , " Low Earth Orbit Satellite obyvatel a Dopady SpaceX Starlink Constellation " , The Astrophysical Journal , n o 2,dubna 2020, str. 18 ( DOI 10.3847 / 2041-8213 / ab8016 , číst online ) - Dopad zavedení technologie Starlink na světelné znečištění (studie z roku 2020).
(en) Inigo del Portillo, Bruce G. Cameron, Edward F. Crawley a kol. , „ Technický Srovnání Three nízkou oběžnou dráhu Země družic systémy zajišťující Global Broadband “ , Acta Astronautica , vol. 159,června 2019, str. 123-135 ( DOI 10.1016 / j.actaastro.2019.03.040 , číst online ).
(en) Gregory A. Orndorff a Bruce F. Zink, „ A Constellation Architecture for National Security Space Systems “ , Johns Hopkins APL Technical Digest , sv. 29, n o 3,2010, str. 273-282 ( číst online [PDF] ). - Studie výhod distribuované architektury (konstelace) v případě satelitů na geostacionární oběžné dráze.