Jak SpaceX redukuje množství odrážejícího se světla ze Starlinků

Firma SpaceX, která provozuje konstelaci Starlink, nedávno zveřejnila dokument s názvem Nejlepší postupy pro zmírnění jasu pro družicové operátory, který pojednává o tom, jakými způsoby se SpaceX snaží redukovat světlo, které kvůli družicím Starlink dopadá na Zemi. Těmito způsoby, na jejichž hledání spolupracují přímo s astronomy, se snaží docílit toho, aby se družice Starlink staly ze Země pouhým okem prakticky neviditelné. V tomto článku si tyto konkrétní způsoby a kroky, které SpaceX aplikovala, ukážeme a vysvětlíme si, jak fungují.

SpaceX je dlouhodobě astronomy a zčásti i širokou veřejností kritizována za jasnost stále se zvyšujícího počtu Starlinků na oběžné dráze, ovšem samotné Starlinky žádné světlo nevyzařují. Svítivost Starlinků je zapříčiněna světlem ze Slunce, které se na Zemi odráží z jejich těla a fotovoltaických panelů. To může výrazně zhoršit efektivitu astronomického pozorování. Ve SpaceX si tento problém nejen uvědomují, ale také aktivně pracují na jeho řešení.

K zabránění odrazu majority světla má SpaceX tři možnosti. První možnost je, že za pomoci nějakého difuzního materiálu světlo rozptýlí do několika úhlů, což je nejspíše řešení s největším dopadem na astronomii právě proto, že bude viditelné sice v menší intenzitě, ale z několika úhlů. Druhý způsob, tedy ten, který SpaceX využívá, je účinnější. Spočívá ve využití nějakého materiálu, který by byl světlo schopen v jednom úhlu odrazit pryč od Země skoro jako zrcadlo. Poslední možnost je spíše takový podzpůsob, a to z toho důvodu, že celý problém úplně nevyřeší, ale SpaceX ho v kombinaci s druhým způsobem rovněž využívá. Jde o změnu některého z již využitých materiálů či jeho barvy, tak aby se jednoduše stal více absorpčním. Je potřeba si říct, že žádný materiál nikdy není stoprocentně difuzní, zrcadlový či absorpční, ovšem za využití správného materiálu se svítivost a odrazivost směrem k Zemi dá značně zredukovat. Ale teď už ke konkrétním krokům, které SpaceX podstoupila.

Porovnání zrcadlového odrazu vlevo s difuzním rozptylem vpravo

Porovnání zrcadlového odrazu vlevo s difuzním rozptylem vpravo
Zdroj: https://api.starlink.com/

Družice Starlink první generace jsou vybaveny jakousi sluneční clonou. Ta zabraňuje tomu, aby světlo ze Slunce proniklo k tělu samotné družice a odrazilo se od něho. Bohužel se ukázalo, že tato clona není nejlepším řešením, a to kvůli řadě komplikací, které způsobuje. Blokuje laserové terminály, které se používají k rozšíření pokrytí vzdálených oblastí planety a vzniklé průzory na družici vytváří tlak, což zvyšuje spotřebu paliva. SpaceX tedy naznala, že sluneční clony jsou spíše dočasným řešením, a tak začali jako alternativu vyvíjet RF-průhledné zrcadlové fólie, tedy filmy, které jsou údajně schopny rozptýlit většinu světla pryč od Země. SpaceX s další generací Starlinků plánuje nasadit nové vylepšené filmy.

Původně bílý výplňový materiál podkladu porovnaný s nynějším tmavě červeným

Původně bílý výplňový materiál podkladu porovnaný s nynějším tmavě červeným
Zdroj: https://api.starlink.com/

Další úkon, který byl kvůli zmírnění jasnosti na družicích Starlink první generace proveden, je použití tmavšího materiálu ve výplni mezi fotovoltaickými články. Výplň tohoto podkladového materiálu totiž bývala bílá, ale SpaceX ji nyní změnila a použila materiál, který má tmavě červenou barvu. Zároveň SpaceX uvedla, že ztmavení tohoto podkladu zapříčinilo zvýšení teploty fotovoltaických panelů, což následně způsobuje snížení výkonu, ovšem kvůli dopomoci k vyřešení tohoto problému jsou schopni provést konstrukční ústupky.

Absorbování světla clonami na obrázku vlevo, odraz světla pomocí dielektrického zrcadla na obrázku vpravo

Absorbování světla clonami na obrázku vlevo, odraz světla pomocí dielektrického zrcadla na obrázku vpravo
Zdroj: https://api.starlink.com/

Ovšem pojďme se přesunout ke změnám, které přijdou s druhou generací družic Starlink. Jak jsem již zmiňoval, SpaceX plánuje vylepšení filmu na spodní části svých družic. Plánují použít dielektrický zrcadlový film, který má být až desetkrát účinnější, než ten předchozí. Jádrem filmu je Braggovo zrcadlo, které obsahuje spousty tenkých vrstev plastu s různými indexy lomu, které uvnitř vytvářejí interferenční obrazce, které umožňují nerušený průchod radiovým vlnám. Velmi efektivně odráží světlo a tomuto výsledku se žádné jiné zrcadlo nedokáže vyrovnat. William Lawrence Bragg za jeho vynález získal v roce 1915 Nobelovu cenu za fyziku. SpaceX tak kvůli této problematice využívá i takto sofistikované technologie. Na tento film jsou taktéž kvůli vyřešení problematiky degradace ve vesmírném prostředí naneseny ochranné vrstvy oxidu titaničitého a oxidu křemičitého, které jsou tak tenké, že neovlivňují jeho funkci. Tento film SpaceX začne nabízet na stránkách Starlink jako produkt pro ostatní operátory. Chtějí tak co možná nejvíce omezit vliv na astronomii a noční oblohu.

Za zmínku taktéž stojí zabránění odrazu světla z oblasti fotovoltaických panelů. Tam se totiž světlo může odrážet z přední i zadní strany. Proto byl ze zadní strany instalován neprůhledný materiál, který tento odraz zredukuje. Z přední strany, kterou fotovoltaické panely absorbují sluneční energii, rozptýlit či odrazit světlo nelze. A tak Starlinky druhé generace na hranici přechodu ze dne na noc provedou manévr, během kterého se otočí tak, aby minimalizovaly jejich svítivost. SpaceX se taktéž chystá jakoukoliv, například hliníkovou součástku, která by mohla odrážet světlo, obarvit na černo.

Manévr na přelomu dnu a noci - otočení přední strany fotovoltaických panelů

Manévr na přelomu dnu a noci – otočení přední strany fotovoltaických panelů
Zdroj: https://api.starlink.com/

Jak z těchto kroků, kvůli kterým SpaceX leckdy musí učinit ústupky či kompromisy vidíme, této firmě opravdu záleží na reálných dopadech budování obří konstelace družic Starlink, které budou přinášet, a už teď z velké části přinášejí, internet do celého světa. Vliv na Zemi a astronomii jim v důsledku nejen jejich počínání není lhostejný. Důkazem je i poskytnutí jejich filmu ostatním firmám a operátorům. Je vidět, že SpaceX je k minimalizaci těchto problémů schopna zajít opravdu daleko a klidně i zvýšit palivovou spotřebu těchto družic.

Zdroje informací:
https://api.starlink.com/
https://www.teslarati.com/

Zdroje obrázků:
https://www.flickr.com/photos/spacex/47926144123
BrightnessMitigationBestPracticesSatelliteOperators.pdf

Print Friendly, PDF & Email

Kontaktujte autora: hlášení chyb, nepřesností, připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

29 komentářů ke článku “Jak SpaceX redukuje množství odrážejícího se světla ze Starlinků”

  1. mauron napsal:

    Řekl bych, že už je to jedno. Takových sítí bude dál přibývat a nebe už prostě bude stále zaplněnější a neprůhlednější. Válka na Ukrajině ukázala, jak důležité takové internetové spojení je. Takže se dá očekávat, že o podobně obsáhlou síť jako má Starlink se brzo pokusí i Čína a získá k tomu i spolupracující země z BRICS a Afriky.Taková Brazílie a Rusko, Jihoafrická republika a k tomu další země Afriky a možná i Indie, přestože ta je i trochu vojenským rivalem k Číně. To je obrovské množství lidí, jejichž vlády nechtějí, aby centrála sítě, kterou používají ke komunikaci, byla zrovna v USA, ale raději někde, kde mají bližší ekonomické a strategické zájmy.

  2. PetrV napsal:

    Dotaz; Jak jsou řešena letadla u tohoto problému? Také by měly jít
    vidět. Mají letové koridory?

  3. PetrV napsal:

    Problém se týká hlavně dlouhých expozic na foto analog snímky. U digitálního záznamu by neměl být problém tu milisekundu filmu digitálně vystřihnout.
    Je to tak?
    Kolik miliontin promile oblohy zabírají satelity?
    Jsem zvedavý, co bude po vynesení konstelace kuiper a čínské.

    • PetrDub napsal:

      Nejedná se o žádné milisekundy, u širokoúhlého snímku oblohy tím satelit může prolétat dlouhé sekundy. Při digitální fotografii se dá udělat to, že se místo jedné dlouhé expozice udělá několik krátkých, které se následně „sečtou“ dohromady. Před samotným sloučením lze vyřadit snímky, které jsou z jakéhokoliv důvodu nevhodné pro další zpracování (např. přelet letadla, družice, oblačnost, stopa meteoritu). Nicméně při velkém množství družic hrozí situace, že by tímto způsobem musely být vyřazeny všechny snímky. Takže pak už se na to musí jít tak, že se jednotlivé snímky musí „zbavit“ oblastí s průlety a pak to skládat dohromady, což samozřejmě lze, ale je to složitější a výsledek je tím samozřejmě negativně poznamenaný.

      • PetrV napsal:

        Díky. Ale mám pravdu, že se jedná o malé procento snímků , tedy celooblohových? Stejně si myslím, že šikovný AI software by to vyřešil.

        • milantos napsal:

          Nemáš pravdu. A nejedná se o celooblohové snímky- ty mají malý dosah a prakticky se v astronomii nepoužívají. Jen jako příklad: pokud fotím amatérským dalekohledem oblast o velikosti 3čvtereční stupně, běžně na každém třetím 1 minutovém snímku je satelit. Mám i snímek, na kterém je za 27 minut 71 stop od satelitů – a to nebylo cíleně s tím, že bych si vybral oblast, kde nafotím tolik satelitů. Když si představím, že jsme zhruba v 1/10 až 1/20 toho, co se momentálně plánuje jenom pro satelitní příjem, tak ať si každý udělá sám představu.
          Články o tom, co všechno dělá E.M. pro to, aby Starlinky nerušily,jsou jen dobrým PR pro SpX. Jejich stopy patří k těm výrazným , které se na snímcích objevují a ani zeslabení na 1/10 z nich neudělá něco, co by nerušilo.

          • PetrV napsal:

            Nepru se. Níže mluví o radiovém spektru, které je okolo Země zaneřáděné od všech přistrojů nejde o EM. Rozumné místo pro radioteleskop je odvrácená strana Měsíce.
            L2 je dobrý pro další typy dalekohledů.
            Pak sledování blizkozemnich objektů, na orbitě by viděly sat daleko lépe.
            Brzy bude létat SHS.
            Ta umozní vynášet levně vsechny tyto objekty.
            A navíc pokud poletí nějaký objekt na Zemi, tak umožní odklon dráhy.

  4. Filipito napsal:

    Díky za článek. Ale dost mě překvapil ten manévr. Budou ho muset dělat několikrát denně, jestli to dobře chápu. Nesníží to významně životnost satelitů tím, že bude velmi rychle vyčerpáno palivo?

    • Adam Zachariáš napsal:

      S tím už se při konstrukci novějších Starlinků počítá a jsou k tomu přizpůsobeny.

    • PetrDub napsal:

      Já jsem ten „manévr“ pochopil tak, že se panely naklopí vůči tělu družice. Samotná družice totiž i ve stínu pracovat musí (má proto baterie) a fázová anténa potřebuje mířit k zemi. To znamená, že tělo družice bude pořád rovnoběžně s povrchem Země pod sebou. Nicméně FV panely už nad zastíněnou částí Země (než družice definitivně zmizí ve stínu) nejsou tolik potřeba, takže si mohou dovolit je sklopit tak, aby světlo odrážely pryč od Země. Panely se patrně naklánějí a natáčejí i během oběhu nad osvětlenou stranou, aby mířily ke Slunci, takže by tento manévr nemusel mít žádné větší nežádoucí důsledky.

  5. milantos napsal:

    Problém článku je v tom, že hovoří o tom, co by se mělo/ mohlo udělat, ale zatím se reálně, kromě těch zásahů, které se ukázaly jako celkem neúčinné, v praxi neudělalo nic. „Nabízíme materiál k zeslabení odrazu “ – který jsme ale zatím ještě nepoužili 🙂 Takže co nám sděluje článek, kromě souhrnu toho, co by se dalo možná dělat ? SpX nám nabízí jen Starlinky nové generace, které budou násobně větší. Při tom na astronomických snímcích i amatérů se zaznamenají i stopy cubesatů. Takže snížení reflektivity starlinků na 1/2 nebo na 1/10 řeší možná zeslabení pro pohled neozbrojeným okem, pro astronomy a jejich fotografování to moc přínosné není

  6. Cateye napsal:

    To že díky těmto opatřením budou satelity Starlink běžným okem téměř neviditelné je sice hezké a plebs zajásá, ale astronomům to prakticky vůbec nepomůže. Obzvláště těm kteří provádějí pozorování pomocí dlouhých expozic. Tento problém bude exponenciálně narůstat s tim, jak bude družic na obloze přibývat.
    A to nemluvím o pozemní radioastronomii, kterou obří konstelace (v určitých pásmech) v podstatě zlikvidují.
    Osobně nevidím ve snaze SpaceX pomoc astronomům, ale vylepšení vlastního obrazu u běžné veřejnosti…

    • Ivo napsal:

      Já osobně to vidím tak, že se astronomická pozorování přenesou do vesmíru a na Měsíc a tímto pak vzniklý problém zanikne.

      • Cateye napsal:

        A kdo to zaplatí? Budeme rádi když se najdou peníze na nástupce superdrahého JWST, natož na globální přestěhování stovek observatoří, které by pro použití mimo atmosféru byly samozřejmě dražší o několik řádů (se životností o několik řádů nižší).
        Problém je umocněný tím, že ačkoliv vznikají stále nové observatoře, čekací doby na pozorovací časy se paradoxně prodlužují, protože komplexita výzkumů se úměrně zvyšuje.
        My si prostě nemůžeme dovolit nějakou pauzu, nebo jen zpomalení v jednom z fundamentů základního výzkumu s myšlenkou, že jednou přeneseme všechno mimo Zemi a obhajovat to laciným populismem ohledně globálního internetu…

        • PetrDub napsal:

          Observatoř na oběžné dráze Země (nebo ještě dál, např. v okolí L2 jako JWST) je o několik řádů dražší, než pozemská, v podstatě jen proto, že je potřeba ji tam dopravit. Po konstrukční stránce je to vlastně jednodušší, protože pozemská observatoř vyžaduje řešení korekcí vlivu atmosféry, vibrací, světelného znečištění (i pozemského původu)… Snad jedinou výhodou je možnost relativně snadného servisu a upgrade. Ale pokud se SpaceX podaří dosáhnout cílové ceny vynášky nákladu, a současně bude k dispozici dostatečně velký prostor, tak by šlo relativně snadno zkonstruovat optické teleskopy o průměru zrcadla cca 6-7 metrů bez nutnosti cokoliv na orbitě rozkládat. Absence budovy observatoře s veškerými stavebními pracemi by měla stačit na úhradu nákladů na vynesení a vědecké možnosti i z nízké oběžné dráhy jsou určitě větší, než u pozemského teleskopu. Pro vyhledávání blízkozemních planetek by se zase asi lépe hodila „flotila“ menších teleskopů s průměrem zrcadla 1-2 metry, která by mohla v podstatě nepřetržitě sledovat celou oblohu a to i téměř ve směru ke Slunci. Navíc i kdybychom přistoupili na argumentaci, že kvůli družícím nějakou nebezpečnou planetku přehlédneme, tak bez výrazného zlepšení schopnosti vynášení nákladů do vesmíru by nám při našich současných schopnostech byla detekce v podstatě na nic. Pokud je tedy Starlink klíčem k financování Starship, tak pro lidstvo je to z pohledu bezpečnosti spíše přínosné. Jistě, lepší by bylo to SpaceX zaplatit bez nutnosti „zaflákat“ orbitu satelity, ale to se zase vrátíme k tomu Vašemu „kdo to zaplatí“. Popravdě jsem docela skeptický k obchodnímu potenciálu Starlinku, ale Musk už párkrát dokázal, že ví, kde peníze hledat…

          • Ivo napsal:

            Skvělá odpověď, lépe bych to nenapsal. Bohužel spousta lidí jede ve státních sektoru a podle toho přemýšlí.

          • Cateye napsal:

            Za vaši předcházející fundovanou odpověď níže máte můj respekt, ale tohle snad nemůžete myslet vážně? Většinu z deseti miliard dolarů za JWST si opravdu neukrojila doprava na místo.
            Máte pravdu, že budování konstelací astronomických observatoří by mohlo výzkum a pozorování vesmíru pozvednout na úplně novou úroveň, ale pořád to nedává odpověď na otázku kdo to zaplatí?
            Tím ze vynecháte pozemní budovy pro samotné teleskopy nic neušetříte. Naopak musíte zajistit stavbu infrastruktury pro pozemní kontrolu a spojovací prostředky. To co ušetříte na vynechání prvků typických pro pozemské teleskopy, vrazíte několikanásobně do prvků nutných pro provoz v extrémních podmínkách kosmického prostoru.
            Obor mimozemských observatoří bude prostě vždy několikanásobně dražší než pozemský a lidstvo ještě komplexně nedozrálo k jejich hromadnému budování.

            • Radek napsal:

              Přesně tak. Vynesení většího teleskopu do vesmíru tvoří jen zlomek z jeho ceny, navíc v případě SpaceX ceny rozhodně neklesají, spíše naopak rok od roku rostou.
              Pro srovnání, pozemní ELT se čtyřiceti metrovým primárním zrcadlem bude stát kolem 1,5 milionů euro. Vybudovat něco tak velkého ve vesmíru je přitom naprosto nerealistické ještě hodně dlouho i kdyby na to NASA dávala celý svůj rozpočet. Pozemní astronomie má tak svůj nezastupitelný účel a ta vesmírná ho spíše jen doplňuje.

            • milantos napsal:

              1,5 miliardy Euro !!

            • Radek napsal:

              Miliardy, samozřejmě. Za milion by nekoupili ani pozemky 😀

    • PetrDub napsal:

      V zásadě lze souhlasit, až na jednu věc – účelem dlouhé expozice je „nasbírat“ dostatek světla ze slabých zdrojů daleko za hranicí viditelnosti pouhým okem (byť vybaveným dalekohledem). Tato expozice se téměř vždy dělá na azimutální montáži tak, aby dalekohled s fotoaparátem sledoval zdánlivý pohyb cíle po obloze (typicky tedy „korigoval“ rotaci Země a sledoval tak hvězdy). Pokud bude družice dostatečně slabá, tak zorným polem jen proletí, nedojde tak ke kumulaci odraženého světla do jednoho bodu, jako je tomu u zájmových objektů. Pokud tedy např. bude v zorném poli hvězda magnitudy 10 (vím, ještě stále docela jasný objekt pro tento typ pozorování) a během třeba pětiminutové expozice proletí družice o magnitudě 5, tak na snímku bude vůči té hvězdě v podstatě srovnatelně jasná (je 100 jasnější, ale také na jednom „místě“ bude maximálně vteřiny, čili 100x kratší dobu). Dojde-li ke snížení jasnosti družice třeba na mag. 8, tak bude 15x slabší a tedy i stejným poměrem méně znatelná na snímku. Při delších expozicích se tento rozdíl ještě zvětší a reálně tak vědeckou i uměleckou hodnotu snímku zhorší výrazně méně. Z mého pohledu má tedy každá magnituda (cca 2,5x méně světla) smysl, i když vytčený cíl (neviditelnost pouhým okem) je asi opravdu nedostatečně ambiciózní z pohledu astronoma.

      • MarekB napsal:

        Fotografie s navádením, aby sa montáž otáčala s rotáciou Zeme sa robí na paralaktickej montáži, ne na azimutálnej.

      • Cateye napsal:

        Jistě, jenže tohle platí jen pro pozorování aktivně zářicích a nepohyblivých objektů. Dlouhé expozice jsou zásadní pro nalézání a pozorování planetek a komet v rámci sluneční soustavy, zejména těch, které by mohly v budoucnu potenciálně ohrozit Zemi.
        Proto tady ohledně bezohledného a živelného budování satelitních konstelací končí akademické diskuze. Přehlédnutí, nebo pozdní detekce tělesa na kolizní dráze se Zemí kvůli světelnému a radiovému šumu může být naprosto fatální…

        • rorejs napsal:

          Myslím, že to trochu moc dramatizujete a navíc se mýlíte hned v několika ohledech. Stopy po přeletu satelitů na dlouhoexpozičních širokoúhlých snímcích nebrání v hledání blízkozemních asteroidů. Taková stopa má šířku zhruba jednoho pixelu a i kdyby jich bylo na každém snímku třeba hned několik, ve skutečnosti bude znehodnocena jen velmi malá část každého snímku. Takže jediný problém je, že pro dokonalou kontrolu oblohy bude potřeba o něco víc pozorování/snímkování, ale rozhodně nebudou tato pozorování znemožněna. A dále, že by hrozilo přehlédnutí kolizního tělesa kvůli rádiovému šumu, tomu nejspíš nevěříte ani vy sám, nebo ano?

          • Cateye napsal:

            Nesouhlasím. Nikde totiž netvrdím že to pozorování oblohy znemožní, ale výrazně ztíží a tím pádem vzroste i pravděpodobnost, že bude něco přehlédnuto. To se bavíme o optické astronomii.
            U radioastronomie je ten výhled mnohem horší, protože konstelace totálně zaruší některá pásma.
            A o užitečnosti radioastronomie při hledání objektů blízkých Zemi snad nepochybujete, nebo snad ano?

  7. prochzde napsal:

    Děkuji za rychlou reakci na čerstě vyšlé články, které potěší nejen hvězdáře.
    K závěru autora článku se toho nedá moc doplnit, jen že se týká nové generace družic Starlink v2.0, kterých by se na obloze mělo objevit přes 30000 kusů. Ty budou moci vynášet až nové rakety Starship s nosiči Superheavy. Na obloze je v současnosti ještě 1484 funkčních a 34 s nějakou závadou starlinků v1.0, které nemají žádné stínění, tvořících tzv. 1.slupku. Satelitů Starlink v1.5, které zmírňují jasnost družic je na obloze funkčních 1118 kusů. Pro dokončení 2. až 5.slupky zbývá vynést na oblohu ještě 1667 kusů družic v1.5, což by znamenalo okolo 4250 družic v1.0 a v1.5. U všech stávajících pěti slupek SpaceX plánovala nahradit deorbitované družice Starlink v2.0, nebo novějšími.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.