Műholdak milliárdjai
(Rovat: Környezetünk védelme, Űrpolitika - 2022.01.13 06:15.)

Elfér-e LEO pályákon több tízmilliárd műhold? Erre a kérdésre keresnek választ a Space News véleménycikkének szerzői.

A cikk szerzői a Massachusetts Műszaki Egyetemen (MIT) működő asztrodinamikai, űrrobotikai és irányítási laboratórium (Astrodynamics, space Robotics, and Controls Laboratory, ARCLab) munkatársai, Miles Lifson és Richard Linares. Az állítás, amellyel vitába szállnak, Elon Musktól származik, aki a Financial Timesnak adott interjújában kijelentette, hogy az alacsony Föld körüli pályákon (LEO) akár több tízmilliárd műhold is elhelyezhető, anélkül, hogy zavarnák egymást. A szerzők határozottan leszögezik, hogy a világűr kétségtelenül igen nagy, a LEO térség azonban nem elég nagy az ekkora igények kielégítéséhez.

Jelenleg több mint 4500 aktív műhold kering a Föld körül. Ez a szám az elmúlt évtizedben indult rohamos növekedésnek, amikor megjelentek a műholdseregek – korábban fél évszázadba telt, mire a működő műholdak száma túllépte az ezret. A tervezett műholdseregek teljes kiépítése százezernél több műholdat jelent, jellemző, hogy a SpaceX 2021 novemberében közel 40 000 műhold felbocsátására kért engedélyt az illetékes szövetségi hatóságtól (US FCC). A szerzők a fizikailag rendelkezésre álló téren kívül azt is megvizsgálták, hogy a rádióspektrumon belül hány műhold számára biztosítható megfelelő kommunikáció.

Jelenleg több mint 4500 aktív műhold kering a Föld körül. Noha több mint öt évtizedbe telt, mire az egyidejűleg működő műholdak száma túllépte az 1000-es határt, az elmúlt évtizedben számuk robbanásszerűen nőtt, ami elsősorban a műholdseregek megjelenésének tudható be. (Kép: Mirexon via Canva.com)

A rendelkezésre álló fizikai tér kétféleképpen becsülhető. Az egyik a valószínűségi megközelítés, amikor különböző kiinduló feltételek mellett azt vizsgálják, mekkora a bekövetkező ütközések még elfogadható gyakorisága. A másik a determinisztikus megközelítés, amikor lényegében az ütközések elfogadható számát nullának tekintik. A szerzők számításaik során az utóbbi, determinisztikus megközelítést alkalmazták. Ezen belül megvizsgálták, hogy egy adott pályamagasságnak megfelelő gömbhéjon belül hány műhold helyezhető el, illetve ezek a képzelt gömbhéjak milyen sűrűséggel rétegezhetők egymásra, vagyis milyen vastagnak kell lennie az egyes gömbhéjaknak ahhoz, hogy az azon belül keringő műholdak biztonságban legyenek.

A megakonstellációkat (beleértve természetesen a SpaceX Starlink hálózatát is) úgy tervezik meg, és az adott inklinációjú pályákon a műholdakat úgy helyezik el, hogy az azonos rendszerhez tartozó műholdak ne ütközhessenek össze egymással. (E feladat nehézségét a szerzők ahhoz hasonlítják, mintha egy négyzethálós topográfiájú városban úgy akarnánk biztosítani az autóforgalmat, hogy minden autó teljes sebességgel haladjon át minden kereszteződésen, mégse ütközzenek össze egymással.) Emellett a LEO pályán elképzelt héjakon belüli zavartalan forgalom biztosításához figyelembe kell venni a nem a rendszerhez tartozó, de az adott gömbhéjat keresztező pályán haladó űreszközöket és űrszemétdarabokat, ami jócskán megnehezíti a tervezést. A veszélyes közelségű találkozások elkerülése érdekében esetenként szükség lehet az ütközést elkerülő, aktív manőverekre.

A szerzők számításaik eredményeképpen arra a következtetésre jutottak, hogy egy meghatározott gömbhéjon belül néhány száz és néhány ezer közötti számú műhold helyezhető el biztonságosan. A mostani gyakorlat szerint egy pályamagasságot egy üzemeltető használ, nem zárható ki azonban, hogy a jövőben egyetlen gömbhéjon több üzemeltető osztozzék, ami kellő együttműködés esetén technikailag kivitelezhető.

A másik vizsgált kérdés, hogy a gömbhéjak milyen sűrűn rétegezhetők egymásra, azaz az egyes rendszerek keringési magassága között minimálisan mekkora távolságot célszerű biztosítani. Figyelembe kell venni, hogy általában a műholdak kezdeti pályája nem tökéletesen kör alakú, ráadásul a pálya folyamatosan változik, elsősorban a Föld gravitációs terének gömbszimmetrikustól való eltérései, a légkör fékeződés és a Nap sugárnyomása hatására. Emiatt kell a nagy rendszereket függőlegesen biztonságos távolságra elszeparálni egymástól. A tényleges magasságkülönbség az üzemeltető stratégiájától is függ, elsősorban attól, milyen mértékű eltérést engednek meg az ideális körpályától, és milyen stratégiát követve korrigálják a fellépő természetes eredetű változásokat.

Erre vonatkozóan a szerzők nem adnak meg még közelítő számadatokat sem, azt azonban leszögezik, hogy a LEO térség mindenképpen véges erőforrás, amelyet nem sajátíthat ki egyetlen ország, különösen nem egyetlen üzemeltető. Ezért az üzemeltetőknek kezdettől fogva törekedniük kell (kellene) arra, hogy műholdjaik pályáinak megtervezésekor a lehető leggazdaságosabban igyekezzenek kihasználni a rendelkezésre álló teret.