Cadena de estrellas "Rompe el cielo nocturno_Invención científica
En 2019, SpaceX lanzó el primer despliegue a gran escala de satélites Starlink al espacio 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 irrumpieron en el campo de visión de los telescopios astronómicos, provocando que las fotografías quedaran completamente cubiertas por las huellas de los satélites.
Ilustración artística de los satélites Starlink orbitando sobre la Tierra. Fuente de la imagen: SpaceX
La Unión Astronómica Internacional y el Observatorio Nacional de Radioastronomía han emitido declaraciones expresando su preocupación por esto. Hasta el 8 de enero de 2020, SpaceX ha puesto en órbita 120 satélites similares y están a punto de lanzarse más satélites Starlink.
¿Quién vendrá?
De hecho, todos conocemos bastante bien SpaceX. La empresa privada ha revolucionado casi por sí sola el mercado aeroespacial mundial, obteniendo pedidos masivos de sus rentables cohetes Falcon. Hace apenas unos años, con las lecciones del transbordador espacial aún frescas en nuestras mentes, era natural pensar que la recuperación del cohete era un callejón sin salida que, incluso si tuviera éxito, resultaría en la pérdida de gran parte de sus capacidades y requeriría importantes Inversión en reformas y reformas. Sin embargo, después de una rápida iteración tecnológica, el cohete Falcon se ha vuelto cada vez más maduro y el reciclaje de cohetes se ha convertido en algo común. El cohete Falcon en el estado de reciclaje todavía puede proporcionar una capacidad de transporte considerable. El jefe de SpaceX, Elon Musk, tiene un plan aún más ambicioso. Fue un paso más allá y planeó construir un cohete gigante que podría enviar humanos a Marte. El cohete, que tiene 9 metros de diámetro y es más pesado que el Saturn V, está propulsado íntegramente por metano, oxígeno líquido, y se planea fabricar el combustible localmente en Marte 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 "Starship": está construida a mano al aire libre e incluso hay marcas cóncavas y convexas obvias en la carcasa de acero inoxidable, similares a las de un granero. Como era de esperar, uno de los prototipos explotó durante las pruebas de presurización.
Figura 1 En noviembre de 2019, 60 satélites Starlink estaban preparados para su lanzamiento. Fuente de la imagen: SpaceX
Lo más destacado del plan "Starlink" es otra idea "loca" de Musk. La idea de Musk es utilizar su rentable vehículo de lanzamiento para poner 42.000 satélites en órbita terrestre baja en unos pocos años; sí, eso es aproximadamente cinco veces la cantidad de satélites que los humanos han lanzado alguna vez.
Según el plan, Starlink es un sistema de comunicación por satélite por Internet que planea lograr una cobertura global completa a través de una gran cantidad de satélites de órbita baja para formar una red de comunicación por Internet de alto rendimiento y baja latencia. Se puede decir que los servicios de comunicación proporcionados por las redes satelitales son muy atractivos, una vez finalizados, todos, desde usuarios individuales en áreas montañosas remotas hasta usuarios corporativos en grandes ciudades, pueden disfrutar de la conveniencia de una cobertura de comunicación sin puntos ciegos. Y las redes satelitales también tienen el potencial de reemplazar las redes troncales terrestres, con fibra óptica que abarca miles de millas y sólo unos pocos repetidores que utilizan satélites.
En comparación con los abrumadores planes de implementación de redes, los satélites Starlink reducen los costos a través de varios medios. Cuando se lanzan, los satélites en forma de placa se apilan muy juntos sin necesidad de un dispositivo de separación separado. En cambio, se liberan al mismo tiempo como naipes dispersos, y ni siquiera a los satélites les importa si chocan entre sí. Un solo vehículo de lanzamiento Falcon 9 puede poner en órbita 62 satélites y al mismo tiempo recuperar la primera etapa del cohete. En planes futuros, el cohete Falcon Heavy podría lanzar más satélites al espacio.
Figura 2 Unos 1.600 satélites de la primera fase de la red orbitarán la Tierra a una altitud 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 de más de 7.000 satélites se desplazará a una altitud menor de 300 kilómetros. Fuente: Starlink
Cada satélite Starlink pesa 227 kilogramos y consta de un cuerpo de satélite en forma de losa y un panel solar plegable en un lado.
Cada satélite lleva cuatro antenas en fase para servicios de red, lo que permite a los usuarios terrestres recibir señales de satélite en un ángulo de elevación de 45°, y se espera que los satélites puedan comenzar a llevar sistemas de comunicación láser para comunicaciones interestelares en 2020. El satélite utiliza criptón como combustible y propulsores de efecto Hall se utilizan para el cambio y el mantenimiento de la órbita. Para evitar colisiones con otros satélites, los satélites evitan automáticamente los desechos espaciales utilizando datos proporcionados por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. La vida de los satélites en órbita oscila entre 1 y 5 años.
En mayo de 2019, el primer lanzamiento de 60 satélites entró en una órbita terrestre baja de 550 kilómetros. El segundo lanzamiento se llevó a cabo en noviembre de 2019 y el tercer lanzamiento se llevó a cabo en enero de 2020. El plan es lanzar posteriormente un lote de satélites Starlink con menos de un mes de diferencia. En la primera fase de la red, aproximadamente 1.600 satélites orbitarán la Tierra a una distancia de 550 kilómetros. Posteriormente, más de 2.700 satélites se trasladarán a órbitas más altas, de 1.100 a 1.325 kilómetros, para completar la red global. La segunda fase del plan "Starlink" lanzará más de 7.000 satélites a una baja altitud de 300 kilómetros, aumentando así el ancho de banda de toda la red.
Los parámetros del plano orbital de las dos etapas se muestran en la Tabla 1. Los satélites de la primera etapa seguirán diferentes planos orbitales, mientras que los satélites de órbita terrestre baja de la segunda etapa controlarán satélites individuales respectivamente.
La Tabla 1 muestra los parámetros del plano orbital para las dos fases de la red de satélites Starlink de la solicitud de recursos de frecuencia de SpaceX presentada a la FCC. El plan para el segmento de cobertura inicial se cambió a 550 km, 72 planos orbitales, 22 satélites por plano orbital. El primer lanzamiento de satélites Starlink fue parte de este caparazón. Fuente de la imagen: SpaceX/FCC
Según la aprobación de la banda de frecuencia por parte de la FCC, SpaceX necesita completar la mitad de los lanzamientos para 2024 y completar el lanzamiento de todos los satélites para 2027. Esto significa que SpaceX debe lanzar más de 12.000 satélites en sólo siete años.
Solo en octubre de 2019, SpaceX presentó una solicitud de frecuencia para un nuevo lote de satélites, planeando agregar 30.000 satélites adicionales, elevando el número total de satélites a 42.000, aproximadamente el número de todos los satélites lanzados por humanos 5 veces. Los 30.000 satélites operarán entre 328 y 580 kilómetros.
El "nuevo" cielo estrellado
A menudo vemos satélites artificiales cruzando 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. Los satélites Starlink no son una excepción. En realidad, el brillo de cada satélite no es extraordinario, pero el problema es que hay demasiados.
Figura 3: Imágenes de los cúmulos de galaxias NGC 5353 y NGC 5354 tomadas con un telescopio en el Observatorio Lowell en Arizona, EE. UU., en la tarde del 25 de mayo de 2019. La dirección diagonal de la imagen es la huella que deja el satélite Starlink cuando pasa por el campo de visión del telescopio. Crédito de la imagen: Victoria Girgis/Observatorio Lowell
En los primeros días después del lanzamiento de Starlink, 60 satélites estaban en órbitas similares. Como resultado, una gran cantidad de satélites pueden verse desde la Tierra en una línea a lo largo del cielo. A simple vista, el brillo de estos satélites es de tercera magnitud o más oscuro. El brillo de diferentes satélites es diferente y el brillo del satélite está relacionado con la actitud. Debido a que estos satélites tienen órbitas similares, pasan secuencialmente sobre la misma área del cielo. Como se muestra en la Figura 3, cuando aparecen en el campo de visión de un telescopio, las consecuencias pueden ser desastrosas.
Figura 4 Flashes satelitales capturados por entusiastas utilizando sus propias cámaras DSLR. Fuente: Observatorio Es más, algunos entusiastas incluso han captado el "flash" de estos satélites. En un vídeo subido a Internet, el entusiasta utilizó su cámara DSLR para capturar una larga secuencia de satélites parpadeando en secuencia, más brillantes que Vega.
Figura 5 La estrella más brillante de la imagen es Vega. Fuente: Observatorio Esto provocó una explosión instantánea en la comunidad astronómica. La Unión Astronómica Internacional emitió un comunicado diciendo que una red de satélites tan gigante tendrá un impacto grave en las observaciones astronómicas. Si el cielo está lleno de estos satélites, será imposible para los astrónomos observarlos.
Ante las dudas de los astrónomos, SpaceX inicialmente afirmó que "estos satélites son muy pequeños y no tendrán ningún impacto". Sin embargo, después de que la oposición se hizo más fuerte, SpaceX cambió de postura y afirmó que "se tomarán medidas para reducir el brillo de los satélites siguientes". ". El lanzamiento de noviembre de 2019 incluirá un satélite oscurecido en un intento de reducir su brillo. Pero apagarlo puede afectar negativamente el rendimiento de un satélite porque absorbe mucho calor cuando se expone a la luz solar.
Además, los satélites Starlink operan en las bandas Ku y Ka, y las observaciones de radioastronomía en estas bandas también pueden verse afectadas. Dado que la banda operativa del satélite contiene una importante línea espectral 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 reduce 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 simple: utilizando 12.000 satélites como objeto de investigación, basándose en la distribución de las órbitas en los datos públicos, calculó el número de satélites vistos en el cielo por los observadores terrestres.
Los resultados muestran que en latitudes medias, más de 100 satélites están en el cielo por encima de una elevación de 20° en cualquier momento. A unos 45 grados de latitud norte, este número supera los 160 satélites.
La Figura 6 toma 12.000 satélites como objeto de investigación. Con base en la distribución de órbitas en datos públicos, el autor calculó la distribución del número de satélites vistos en el cielo por observadores en diferentes latitudes en tierra. Entre ellos, azul, rojo y amarillo representan la cobertura inicial, la cobertura final y los satélites de órbita baja de segunda etapa, respectivamente.
En la Figura 6, el azul representa el primer lote de satélites lanzados con una órbita de 550 km, el rojo representa satélites con órbitas superiores a 1000 km y el amarillo representa la segunda fase de satélites de órbita baja. Se puede observar que los satélites con inclinaciones orbitales más bajas no se pueden ver en latitudes altas, mientras que la densidad de satélites por encima de las latitudes de 35° a 55° es la más alta, con más de 120 satélites cada vez, y alcanzando más de 160 satélites como máximo. .
El número de satélites en el cielo permanece 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 reflejan la luz solar. A medida que la altura del sol disminuye gradualmente, el número de satélites luminosos disminuye gradualmente y al final de. Crepúsculo astronómico, del número de satélites que brillan en la sombra sólo queda aproximadamente la mitad. Sólo hay unas cuatro horas alrededor de la medianoche cuando hay pocos satélites brillantes en el cielo, lo que significa que la observación astronómica durante este tiempo es "segura".
Figura 7 Cambios a lo largo del tiempo de todos los satélites y satélites luminosos en el cielo en el mismo lugar cerca de los 40 grados de latitud norte en primavera y otoño.
A 40 grados de latitud norte, no hay satélites luminosos en el cielo durante un período de tiempo más largo durante el solsticio de invierno, mientras que hay satélites luminosos en el cielo toda la noche durante el solsticio de verano. En latitudes bajas cercanas al ecuador, la situación es ligeramente mejor que en latitudes medias, y los cambios de un año a otro son menos pronunciados. Los polos norte y sur también se ven afectados por los satélites. Por ejemplo, en la estación Kunlun en la Antártida, se pueden ver docenas de satélites durante la noche cuando comienza la noche polar local, y también se pueden ver muchos satélites durante el solsticio de invierno local.
Conclusión
A medida que la cadena de satélites se extiende en órbita, la "contaminación" del cielo es evidente. Nuestros cielos no se han visto completamente privados, pero las observaciones astronómicas ópticas han sido arrinconadas y el tiempo de observación disponible se ha reducido considerablemente. En muchos telescopios, una sola exposición puede durar hasta 15 minutos, tiempo durante el cual hay muchas posibilidades de que un satélite entre en el encuadre y lo arruine. Es cierto que estas pistas se pueden eliminar algorítmicamente, pero estos pasos inevitablemente dejan artefactos invisibles en la imagen, lo que reduce la confiabilidad de los datos.
Figura 8: Mapa de distribución de satélites Starlink dibujado por un artista. Fuente de la imagen: SpaceX
Con el lanzamiento de los satélites Starlink, estos tránsitos de "trenes de satélites" se han convertido en un fenómeno astronómico popular, comparable al destello de la estrella Iridium que se desvanece. Sin embargo, el sistema Iridium sólo tiene 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 los destellos de la estrella Iridium aumentara cientos de veces, la gente probablemente lo vería de manera muy diferente.
Si quieres saber más sobre la "cadena de estrellas" que irrumpe en el cielo nocturno, continúa prestando atención a la columna de tecnología de "Deep Space". Continuaremos actualizándote con más tecnología. noticias.
Fuente: Deep Space Games Recomendación del editor de "Deep Space Games": Anónimo Haz clic para probar "Heart of the King 2"