Oggi, costellazioni di satelliti per comunicazioni su larga scala, noto anche come megacostellazioni, sono stati sempre più popolari. OneWeb ha lanciato il primo lotto di satelliti di una costellazione iniziale di 650 satelliti nel febbraio 2019, e SpaceX ha anche lanciato il primo lotto dei suoi 12, costellazione di 000 satelliti nel maggio 2019. L'8 luglio, Amazon ha anche presentato una domanda alla FCC per la sua costellazione di satelliti pianificata con 3, 236 satelliti. Queste costellazioni satellitari dovrebbero essere un punto di svolta realizzando il servizio Internet satellitare in tutto il mondo.

Però, la scala senza precedenti di queste megacostellazioni porta anche numerose sfide, alcuni dei quali sono nascosti e non ben esplorati. I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno identificato una sfida nascosta fondamentale sulla sostituzione dei satelliti rotti nelle megacostellazioni e hanno proposto una soluzione unica con metodi di controllo dell'inventario.

"Mantenere efficientemente queste megacostellazioni su larga scala è molto più complesso dei tradizionali sistemi spaziali. Infatti, è diventato sempre più simile a un problema di logistica a terra su cui FedEx o UPS hanno lavorato. Quindi abbiamo affrontato questo problema di manutenzione della megacostellazione sfruttando l'idea della logistica a terra, che risulta essere non solo unico e interessante ma anche molto adatto in questo contesto" ha detto Koki Ho, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale presso l'U di I.

La sfida descritta da Ho è quella di sostituire in modo efficiente un nuovo satellite con uno che si rompe. Per le società di telecomunicazioni, satelliti rotti significano comunicazioni e servizi Internet interrotti, che porta a clienti scontenti e perdita di entrate.

"La distribuzione di una costellazione su larga scala è un problema, ma mantenerlo è un altro problema forse più impegnativo, " Ho detto. "Quando i satelliti si rompono, fornire rapidamente un ricambio è importante, quindi ci sono poche lacune nel servizio. Le aziende hanno bisogno di un servizio continuo per fornire una copertura globale. Per ottenere ciò, dobbiamo avere sufficienti pezzi di ricambio in orbita. La domanda è:quanti sarebbero sufficienti. Possiamo pensare a un modo più intelligente per utilizzare il minor numero possibile di satelliti per soddisfare il requisito del divario?"

Nelle precedenti costellazioni satellitari, Ho ha detto che questo non era un problema perché la bilancia era abbastanza piccola non erano necessari metodi sofisticati per calcolare il numero necessario di pezzi di ricambio; bastava avere qualche ricambio per piano orbitale. Ma con una costellazione composta da centinaia di satelliti, la strategia non funzionerà. Anche, nuovo, i piccoli satelliti sono più economici ma hanno un tasso di guasto relativamente più alto, quindi sono necessari molti più pezzi di ricambio in ciascun piano orbitale, e questo è inefficiente.

"La nostra idea è di utilizzare qualcosa chiamato metodo di controllo dell'inventario multilivello nella logistica di terra e applicarlo al contesto del meccanico orbitale, " Ho detto. "Nella nostra soluzione, un'altra orbita che è inferiore all'orbita reale, che chiamiamo orbita di parcheggio; diventa un magazzino intermedio dei satelliti. Un piccolo numero di satelliti di riserva si trova nel piano orbitale effettivo per la sostituzione immediata, mentre un inventario più ampio di satelliti sostitutivi è in attesa nell'orbita di parcheggio. Quelli nel piano orbitale coprono un bisogno immediato, i pezzi di ricambio nell'orbita di parcheggio possono ricostituire l'orbita reale."

La ricerca sfrutta anche l'effetto J2 del piano orbitale, che è causato dall'obliquità della Terra, per consegnare i pezzi di ricambio. La Terra non è una sfera perfetta, Ho spiegato, e poiché non è una sfera perfetta, il piano orbitale si sposterà.

"Quel tasso di spostamento del piano orbitale è diverso a seconda dell'altitudine, "Ho detto. "Quindi, quando abbiamo un'orbita di parcheggio che si trova a un'altitudine inferiore rispetto all'orbita della costellazione originale, i loro tassi di spostamento orbitale sono diversi. Il modello matematico che abbiamo creato tiene conto di quel rate shift e di quale aereo è più vicino al satellite da sostituire in modo da avere una copertura continua della Terra. Il metodo esamina quale piano orbitale è il primo che corrisponderà all'aereo che ha una richiesta e considera anche se quell'aereo ha effettivamente dei pezzi di ricambio. Se quell'aereo non ha ricambi, poi aspettiamo il prossimo aereo, "Ho detto.

Ho ha affermato che questo metodo elimina anche la costosa urgenza di lanciare un satellite sostitutivo.

"Con questa strategia di magazzino, quando c'è un satellite guasto, c'è già un inventario di magazzino disponibile per sostituirlo. Quando lo stock scende al di sotto di una soglia, puoi lanciarti di più nell'orbita del parcheggio. Questo sfrutta l'effetto di avvio batch. È più economico inviare un razzo con un gruppo di satelliti piuttosto che lanciarli separatamente".

Ho ritiene che questo nuovo metodo di fornitura risolva un problema tempestivo.

"Le persone parlano molto di queste megacostellazioni ma non hanno riflettuto abbastanza a fondo su alcune delle nuove sfide che portano, " Ho detto. "L'utilizzo di un approccio di magazzino unico ha fornito una soluzione efficiente per affrontare questo problema complesso".

La carta, "Strategia di ricambio ottimale della costellazione satellitare utilizzando il controllo dell'inventario multilivello, " è scritto da Pauline Jakob e Koki Ho degli U di I e Seiichi Shimizu, Shoji Yoshikawa della Mitsubishi Electric Corporation, Amagasaki, Giappone. Appare in Journal of Spacecraft and Rockets .