SKA alerta del impacto de las megaconstelaciones de satélites

Debido a su exquisita sensibilidad, los dos telescopios del Observatorio del SKA se construirán en lugares remotos, lejos de las interferencias de radiofrecuencia artificiales. Estos lugares gozan de protecciones legales, declaradas como Zonas de Silencio en Radio (Radio Quiet Zones, RQZ) nacionales, que los protegen de las señales de radio generadas en tierra, como teléfonos móviles, transmisores de radiodifusión o Wi-Fi, por citar algunos ejemplos. Sin embargo, el estatus de RQZ no ofrece ninguna protección frente a interferencias de transmisores espaciales.

Las transmisiones de radio de las constelaciones de satélites utilizan una gama de frecuencias que ha sido utilizada por la industria de los satélites durante muchos años. Se encuentra dentro del rango de frecuencia observado por los receptores de la banda 5b del SKA-Mid, y es inmediatamente adyacente a una banda de radioastronomía protegida internacionalmente². Sin embargo, la radioastronomía ha podido realizar observaciones en todas estas gamas de frecuencias debido al pequeño número de satélites (visibles) y su posición fija en el cielo (la mayoría de ellos en órbita geoestacionaria). El despliegue de miles de satélites en órbita terrestre baja cambiará inevitablemente la situación, ya que los astrónomos se enfrentan ahora a un número mucho mayor de fuentes de radio moviéndose rápidamente por el cielo ³.

Impacto en SKA

Elon Musk, el Director Ejecutivo de SpaceX (que está actualmente desplegando la megaconstelación Starlink), recientemente declaró que: “… Starlink no será visto por nadie a menos que se mire con mucho cuidado y tendrá ~0% de impacto en los avances de la astronomía.” El estudio de la SKAO muestra que, en el caso de los radiotelescopios en general y del SKA en particular, no es así y que se necesitarán medidas de mitigación específicas para reducir al mínimo este impacto. El análisis de la SKAO se centró en tres cuestiones:

1. Daños físicos: el estudio descartó posibles daños físicos en los receptores de la banda 5b provocados por la incidencia directa de las intensas señales de radio de los satélites en las antenas.
2. Saturación de los instrumentos: Las interferencias muy fuertes pueden saturar los sistemas receptores y, por lo tanto, enmascarar las demás señales observables con los receptores de la banda 5b. Por consiguiente, todos los datos en esa banda de frecuencia se perderían, haciendo que estos receptores sean inútiles durante parte del tiempo. Para la primera fase de despliegue de las constelaciones (unos 6.400 satélites en total), se prevé que la saturación se producirá durante un pequeño porcentaje del tiempo, suponiendo que la señal de los satélites no incida directamente en las antenas. En el caso de constelaciones de tamaño significativamente mayor (hasta más de 100.000 satélites), la saturación, sin medidas de mitigación por parte de los operadores de satélites, sería prácticamente continua.
3. Impacto científico: el estudio demostró que incluso con los tamaños más pequeños de las constelaciones actuales (de 6.400 satélites), es probable que, a menos de que se apliquen medidas de mitigación, haya una pérdida continua de sensibilidad que afecte a todas las observaciones astronómicas en la banda 5b dentro del rango de frecuencias de las transmisiones de los satélites. El impacto en la ciencia será más significativo para los estudios de las líneas espectrales moleculares y atómicas en ese rango. Esto incluye estudios de moléculas orgánicas complejas; máseres de metanol de Clase II; y una amplia gama de líneas moleculares extragalácticas.

“Hay un enorme interés científico y público en identificar los orígenes de la vida más allá de la que se encuentra en la Tierra y uno de los métodos más prometedores para rastrearla en otras partes de nuestra Galaxia es la detección de moléculas prebióticas complejas, cuyas firmas espectrales se concentran entre unos 10 y 15 GHz”, indica el Dr. Robert Braun, Director Científico del SKA. “Este es sólo uno de los muchos y emocionantes objetivos científicos que dependen de la sensibilidad en este rango de frecuencia, y la perspectiva de perderla es extremadamente preocupante.” Un impacto directo de la perdida de sensibilidad será un aumento,  en el rango de transmisión del satélite, del 70% en el tiempo de integración requerido por los astrónomos para estudiar un objeto. Por lo tanto, sólo se podrá realizar aproximadamente la mitad de las observaciones. “Una pérdida de eficiencia en la observación, añadida a la sobredemanda de tiempo de obervación que se espera que tenga el telescopio, se traducirá directamente en una pérdida científica y es muy posible que aquellos experimentos más desafiantes que podrían haberse realizado se conviertan en inviables en estas circunstancias”, confirma el Dr. Braun.

Cobertura en frecuencia de los telescopios del Observatorio del SKA con una ampliación de la banda 5B del SKA-Mid, la banda de radioastronomía protegida, y la conexión con satélites

Posibles medidas de atenuación

Para garantizar que el impacto de las constelaciones de satélites actuales y previstas se reduzca al mínimo, el telescopio Observatorio del SKA en Sudáfrica debe ser protegido activamente reduciendo la potencia de las transmisiones de los satélites que se detecten en su ubicación. La SKAO cree que, dependiendo de la tecnología de las comunicaciones de los satélites, hay diferentes técnicas de mitigación que pueden hacerlo posible.

Una de estas técnicas de mitigación consiste en que los transmisores de los satélites no apunten sus haces cerca de las antenas del Observatorio del SKA, medida que solo requeriría una simple modificación del software, sin conllevar una repercusión en el despliegue, el posicionamiento o el equipamiento de la constelación. Si bien una implementación rentable de esta solución depende del equipo y los programas informáticos desplegados en los satélites, los operadores ya utilizan esta técnica, por ejemplo, para cumplir las normas internacionales cuando sus satélites se cruzan en la trayectoria entre los satélites geoestacionarios en una órbita más alta y sus estaciones de recepción  terrestres, por ejemplo para no afectar a las telecomunicaciones y las transmisiones de televisión. Esta mitigación podría reducir el impacto en el SKA en un factor 10 con respecto a lo comentado anteriormente y resultaría en un aumento del 7% del tiempo de integración para observaciones realizadas dentro del rango de transmisión de los satélites. Si bien sería  lamentable cualquier pérdida de sensibilidad, la SKAO reconoce la necesidad de llegar a un compromiso entre los intereses científicos y comerciales.

“Gracias a nuestro trabajo de modelado, ahora se comprende el impacto potencial de las mega-constelaciones de satélites en el SKA”, dice el Profesor Philip Diamond, Director General del SKA. “Estamos construyendo una instalación de investigación de vanguardia de varios miles de millones de euros financiada por los contribuyentes de todo el mundo, y necesitamos proteger y maximizar su capacidad para aportar innovación y nuevos conocimientos a la humanidad”. El profesor Diamond añade: “En un esfuerzo por ser constructivos y ofrecer soluciones a la industria, también hemos identificado opciones de mitigación viables y las hemos modelado. Me tranquilizan las declaraciones públicas de Elon Musk asegurando que no habrá impacto en la astronomía y celebro el compromiso constructivo que hasta ahora hemos tenido con la industria. Esperamos con interés el compromiso proactivo de los operadores de satélites con las soluciones que proponemos para salvaguardar las inversiones de los contribuyentes de los Estados miembros de SKA en el proyecto”.

España, es uno de los países miembro de la Organización del SKA. Lourdes Verdes-Montenegro, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía, que coordina la participación española en el proyecto SKA desde hace 10 años comenta que “es impresionante el trabajo realizado por el equipo de SKA, analizando en profundidad el impacto de estas constelaciones de satélites en las observaciones de la que será la mayor infraestructura científica sobre la tierra. Han ido más allá de identificar el problema, proponiendo soluciones, incluso sacrificando parte de la eficiencia del radiotelescopio. Hoy, más que nunca, debemos ser conscientes del papel fundamental que la ciencia juega en nuestras vidas, protegerla y promoverla. “

Proteger el cielo

La publicación de esta nota de prensa coincidió con dos eventos relacionados con la protección del cielo. Por un lado, el encuentro “Cielos Oscuros y Silenciosos para la Ciencia y la Sociedad”, organizado por El Instituto de Astrofísica de Canarias, la ONU y la Unión Astronómica Internacional, que reunió a astrónomos que trabajan en el rango de luz visible y en radiofrecuencias con biólogos y expertos en protección de cielo, Y por otro lado con la celebración del Curso: “El Cielo como Recurso Científico, Cultural, Medioambiental y Turístico” que organiza la Oficina de Calidad del Cielo del Instituto de Astrofísica de Andalucía y la Universidad Internacional de Andalucía. José Manuel Vílchez y Alicia Pelegrina, miembros de la Oficina y directores de este curso coinciden en afirmar que “las constelaciones de satélites son una nueva amenaza para la calidad de nuestros cielos y de las observaciones astronómicas y habrá que trabajar en una nueva línea que defina soluciones prácticas para proteger a las infraestructuras observacionales terrestres de ésta, como planteamos en el curso”.

Tren de satélites Starlink. Vimeo/SatTrackCam Leiden 

Sobre el SKA

El proyecto Square Kilometre Array (SKA) es un esfuerzo internacional para construir el radiotelescopio más grande del mundo. El SKA no es un solo telescopio, sino una colección de telescopios (array en inglés), distribuidos en grandes distancias. Se construirá en Australia y Sudáfrica con una expansión posterior en ambos continentes y en otros países africanos.

El diseño ha sido liderado por la Organización del SKA con sede central cerca de Manchester, Reino Unido, y respaldado por más de 1,000 ingenieros y científicos en 20 países. La Organización SKA está en fase de transición al Observatorio SKA, una organización intergubernamental establecida por medio de un tratado, para emprender la construcción y operación del telescopio. Más información sobre la transición al Observatorio SKA en este enlace.

El SKA llevará a cabo ciencia que transformará y ayudará a abordar brechas fundamentales en nuestra comprensión del Universo, incluida la formación y evolución de las galaxias, la física fundamental en entornos extremos y los orígenes de la vida en el Universo.

Para más información: https://spain.skatelescope.org/2020/10/09/analisis-impacto-de-los-satelites-en-ska/