Aujourd'hui, constellations de satellites de communication à grande échelle, également connu sous le nom de mégaconstellations, ont été de plus en plus populaires. OneWeb a lancé le premier lot de satellites d'une première constellation de 650 satellites en février 2019, et SpaceX a également lancé le premier lot de ses 12, Constellation aux 000 satellites en mai 2019. Le 8 juillet Amazon a également déposé une demande auprès de la FCC pour son projet de constellation de satellites avec 3, 236 satellites. Ces constellations de satellites devraient changer la donne en réalisant le service Internet par satellite mondial.

Cependant, l'échelle sans précédent de ces mégaconstellations pose également de nombreux défis, dont certains sont cachés et peu explorés. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont identifié un défi caché critique concernant le remplacement des satellites cassés dans les mégaconstellations et ont proposé une solution unique avec des méthodes de contrôle des stocks.

« Maintenir efficacement ces mégaconstellations à grande échelle est beaucoup plus complexe que les systèmes spatiaux traditionnels. En fait, cela ressemble de plus en plus à un problème de logistique au sol sur lequel FedEx ou UPS travaille. Nous avons donc abordé ce problème de maintenance de la mégaconstellation en tirant parti de l'idée de la logistique au sol, ce qui s'avère non seulement unique et intéressant mais aussi très approprié dans ce contexte", a déclaré Koki Ho, professeur adjoint au Département de génie aérospatial de l'U of I.

Le défi décrit par Ho est d'échanger efficacement un nouveau satellite contre un autre qui tombe en panne. Pour les entreprises de télécommunications, des satellites cassés signifient des communications et un service Internet interrompus, ce qui conduit à des clients mécontents et à une perte de revenus.

« Déployer une constellation à grande échelle est un problème, mais le maintenir est un autre problème peut-être plus difficile, " dit Ho. " Quand les satellites se cassent, fournir une pièce de rechange rapidement est important, il y a donc peu de lacunes dans le service. Les entreprises ont besoin d'un service continu pour fournir une couverture mondiale. Pour y parvenir, nous devons avoir suffisamment de pièces de rechange en orbite. La question est :combien seraient suffisants. Pouvons-nous penser à une manière plus intelligente d'utiliser le moins de satellites possible pour satisfaire l'exigence d'écart ?"

Dans les constellations de satellites antérieures, Ho a déclaré que ce n'était pas un problème car l'échelle était suffisamment petite pour que des méthodes sophistiquées pour calculer le nombre nécessaire de pièces de rechange n'étaient pas nécessaires ; il suffisait d'avoir quelques pièces de rechange par avion orbital. Mais avec une constellation composée de centaines de satellites, la stratégie ne fonctionnera pas. Aussi, Nouveau, les petits satellites sont moins chers mais ont un taux d'échec relativement plus élevé, donc beaucoup plus de pièces de rechange sont nécessaires dans chaque plan orbital, et c'est inefficace.

"Notre idée est d'utiliser ce qu'on appelle une méthode de contrôle des stocks à plusieurs échelons dans la logistique au sol et de l'appliquer au contexte de la mécanique orbitale, " Ho a dit. " Dans notre solution, une autre orbite inférieure à l'orbite réelle, que nous appelons l'orbite de stationnement; devient un entrepôt intermédiaire des satellites. Un petit nombre de satellites de rechange sont dans le plan orbital réel pour un remplacement immédiat, tandis qu'un plus grand inventaire de satellites de remplacement attend dans l'orbite de stationnement. Ceux du plan orbital couvrent un besoin immédiat, les pièces de rechange dans l'orbite de stationnement peuvent reconstituer l'orbite réelle."

La recherche profite également de l'effet J2 du plan orbital, qui est causée par l'obliquité de la Terre, pour livrer les pièces de rechange. La Terre n'est pas une sphère parfaite, Ho a expliqué, et parce que ce n'est pas une sphère parfaite, le plan orbital se déplacera.

"Ce taux de décalage du plan orbital est différent selon l'altitude, " dit Ho. " Donc, quand nous avons une orbite de stationnement qui est à une altitude inférieure à l'orbite de la constellation d'origine, leurs taux de décalage orbital sont différents. Le modèle mathématique que nous avons créé prend en compte ce changement de vitesse et quel avion est le plus proche du satellite à remplacer afin que vous ayez une couverture continue de la Terre. La méthode examine quel avion orbital est le premier qui correspondra à l'avion qui a une demande et examine également si cet avion contient réellement des pièces de rechange. Si cet avion n'a pas de pièces de rechange, puis on attend le prochain avion, " dit Ho.

Ho a déclaré que cette méthode supprime également l'urgence coûteuse de lancer un satellite de remplacement.

« Avec cette stratégie d'entrepôt, quand il y a un satellite défaillant, il y a déjà un inventaire de stock disponible pour le remplacer. Lorsque le stock passe en dessous d'un seuil, vous pouvez lancer plus sur l'orbite de stationnement. Cela profite de l'effet de lancement par lots. C'est moins cher d'envoyer une fusée avec un tas de satellites que de lancer chacun d'eux séparément."

Ho pense que cette nouvelle méthode d'approvisionnement résout un problème opportun.

"Les gens parlent beaucoup de ces mégaconstellations mais ils n'ont pas suffisamment réfléchi à certains des nouveaux défis qu'elles apportent, " a déclaré Ho. " L'utilisation d'une approche d'entrepôt unique a fourni une solution efficace pour résoudre ce problème complexe. "

Le papier, "Stratégie de rechange optimale de la constellation de satellites utilisant le contrôle d'inventaire multi-échelons, " est écrit par Pauline Jakob et Koki Ho de l'U of I et Seiichi Shimizu, Shoji Yoshikawa de Mitsubishi Electric Corporation, Amagasaki, Japon. Il apparaît dans le Journal des vaisseaux spatiaux et des fusées .