Новий підхід полягає в розблокуванні прихованих даних супутникових мегасузір’їв, щоб відстежувати зміни на Землі в режимі реального часу. Використовуючи ефект Доплера, вчені знайшли спосіб аналізувати сигнали від Starlink та подібних мереж, відкриваючи інформацію про клімат, рівень моря та погодні умови. Точність все ще є проблемою, але потенціал для глобального спостереження величезний.
Розблокування нових даних для спостереження Землі
Достовірні дані є одним із найцінніших інструментів наукового дослідження. Чим більше джерел даних мають доступ науковці, тим точнішими стають їхні висновки. Донедавна дослідники в галузі навігації та супутникової геодезії бачили велику втрачену можливість — хоча тисячі супутників у мегасузір’ях оберталися навколо Землі з метою зв’язку, їхні сигнали не можна було використовувати для позиціонування чи спостереження Землі.
Тепер, завдяки проекту FFG Estimation, вчені з Інституту геодезії Технологічного університету Граца (TU Graz) знайшли спосіб використовувати ці раніше невикористані сигнали. Інтегруючи їх із даними навігаційних і дослідницьких супутників, вони прагнуть покращити спосіб відстеження екологічних змін на Землі з більшою точністю.
Успіх з ефектом Доплера
Супутникове спостереження за Землею базується на виявленні змін рівня моря, рівнів ґрунтових вод та інших факторів навколишнього середовища, які змінюють гравітаційне поле Землі — тонкі зміни траєкторій супутників. Аналізуючи ці зміни орбіти, вчені можуть отримати цінні дані про нашу планету.
«Збільшення доступності супутникового Інтернету означає, зокрема, що ми маємо в своєму розпорядженні величезну кількість сигналів зв’язку, які значно перевищують сигнали навігаційних супутників за кількістю та потужністю сигналу», — говорить Філіпп Берглез з Інституту геодезії.
«Якщо тепер ми можемо використовувати ці сигнали для наших вимірювань, ми не тільки матимемо кращу доступність сигналу, але й набагато кращу тимчасову роздільну здатність завдяки великій кількості супутників. Це також дозволяє спостерігати короткочасні зміни. Це означає, що окрім визначення положення та змін у гравітаційному полі Землі, які мають значення для кліматичних досліджень, погодні явища, такі як сильний дощ або зміни рівня моря, також можна відстежувати в режимі реального часу».
Подолання проблем в аналізі сигналів
Одним із викликів у реалізації проекту було те, що супутникові оператори, зокрема Starlink, OneWeb і проект Amazon Kuiper, не розголошують жодної інформації про структуру своїх сигналів, і ці сигнали постійно змінюються. Крім того, немає точних даних про орбіту або вимірювання відстані до супутників, що є потенційним джерелом помилок для розрахунків.
Проаналізувавши сигнал Starlink, дослідники все-таки знайшли спосіб активувати потрібні програми. Вони виявили звуки в сигналі, які були чутні постійно. Потім вони використали ефект Доплера та дослідили зсув частоти цих постійних тонів, коли супутники рухалися до приймача та від нього. Це дозволило визначити положення з точністю до 54 метрів. Хоча це ще не є задовільним для геодезичних застосувань, для досліджень, які проводилися до цього часу, для перевірки та перевірки основного принципу методу вимірювання використовувалася лише фіксована комерційно доступна супутникова антена.
Більше інформації про те, як змінюється наш світ
Тепер мета полягає в тому, щоб підвищити точність лише до кількох метрів. Це стане можливим завдяки антенам, які можуть або стежити за супутниками, або приймати сигнали з різних напрямків. Крім того, вимірювання необхідно проводити в кількох місцях, щоб підвищити точність і зменшити вплив помилок. А з більшою кількістю даних вимірювань дослідники можуть обчислити більш точні дані орбіти, що, своєю чергою, робить визначення позицій і обчислення гравітаційного поля Землі більш точним. Навігаційна робоча група також хоче розробити нові методи обробки сигналів, які відфільтровують більш точні дані вимірювань із сигналів, які досі були досить незвичними для геодезичних застосувань.
«Завдяки можливості використовувати комунікаційні сигнали для геодезії ми розкрили величезний потенціал для ще більш детального дослідження та вимірювання нашої Землі», — говорить Філіпп Берглез. «Тепер усе залежить від підвищення точності. Як тільки нам це вдасться, ми зможемо ще точніше зрозуміти, які зміни зазнає наш світ. На підстраховку я хотів би пояснити наступне: ми аналізуємо комунікаційні сигнали, але не можемо і не хочемо знати їх зміст. Ми використовуємо їх лише для позиціонування та спостереження за орбітами, щоб визначити гравітаційне поле Землі». Джерело