varjag2007su (varjag2007su) wrote,
varjag2007su
varjag2007su

Category:

Рекорд Маска выявил неустранимую проблему спутникового Интернета Starlink



Компания SpaceX поставила в июле своеобразный рекорд: на ее мощностях было собрано 120 спутников системы глобального космического интернет-доступа Starlink. Пока это наибольшее количество космических аппаратов, которое когда-либо производилось на протяжении месяца. До сих пор самым быстрым серийным производством спутников отличилась компания Iridium, которая в середине 1990-х годов смогла наладить выпуск десятка спутников в месяц для использования в своей системе глобальной связи.

Однако даже такой прорыв компании Илона Маска в производстве может оказаться недостаточным, если принять в расчет требования к самой системы Starlink, объясняет обозреватель Федерального агентства новостей.

4000 спутников вместо 77
Starlink — это проект глобального спутникового Интернета, предложенный в 2015 компанией SpaceX. На протяжении пяти лет разработки проекта его дизайн неоднократно менялся, но в настоящий момент состав спутниковой группировки более-менее понятен.

SpaceX подал заявку на выведение в несколько этапов на орбиту 4409 аппаратов, которые призваны обеспечить ограниченный доступ в Интернет с лимитированной скоростью — зато практически в любой точке Земного шара, за исключением полярных районов. Такова, по замыслу Маска, первая фаза создания космического Интернета. Начальная группировка спутников первой фазы в количестве 1584 аппаратов будет выведена на орбиты с наклонением 53º и высотой 550 км, дав начальное покрытие планеты. Основная группировка в количестве 1600 спутников расположится на орбите высотой 1110 км и наклонением 53,8º. И еще 1225 спутников будут выведены на приполярные орбиты наклонением 70–81º и высотой 1130–1325 км, чтобы обеспечивать связь в высоких широтах.

Такой «зоопарк» орбит выбран SpaceX не случайно. Дело в том, что при конструировании спутников, в том числе с целью обеспечить их максимальную технологичность и простоту, компания Маска пошла на ряд упрощений. В частности, спутники системы Starlink и приемо-передающие терминалы сконструированы так, что наземные абоненты могут работать только со аппаратами, находящимися выше 40° над горизонтом. Это сразу определяет немалое количество спутников в системе — радиус круга видимости аппарата даже на орбите 1110 км над Землей составляет всего 1060 км в проекции на поверхность планеты.

Для сравнения, упомянутая система глобальной телефонной связи Iridium, созданная в 1990-е годы, обходилась лишь 77 спутниками, расположенными на орбите 784 км. Но за такую простоту спутниковой группировки приходилось платить неудобством абонентов. Для осуществления телефонного звонка приходилось выходить из помещения, так как сигнал Iridium часто шел от спутника, заслоненного конструкциями здания и находящегося низко над горизонтом или, наоборот, почти в зените. Впрочем, абонентов это устраивало, так как часто спутниковая телефонная связь была единственным каналом коммуникации в отдаленных или труднодоступных местах Земли.

В случае же Starlink изначальный расчет был несколько иным. Рыночная концепция развертывания этой сети предполагала, что ею будут пользоваться люди, которые мало разбираются в технических вопросах и хотели бы использовать спутниковый Интернет по принципу «воткнул и забыл». Поэтому число спутников пришлось поднять на два порядка, чтобы хотя бы один аппарат всегда «заглядывал» абоненту в окошко.

Для этих же целей часть спутников спустили на достаточно низкую орбиту 550 км. От ее высоты напрямую зависит размер приемных антенн и мощность передатчиков, причем как на самом спутнике, так и у абонента. Кроме того, Starlink будет использовать для связи коротковолновые Ku и Ka диапазоны, вместо диапазона L, который использовал Iridium. За счет этого можно обеспечить большую скорость передачи, тогда как в L-диапазоне удавалось передавать только очень сжатый голос и короткие смс-сообщения, а данные передавались со смехотворной скоростью 10 кбит/с. Однако антенны Ku и Ka диапазонов получаются достаточно громоздкими: для уверенного приема сигнала с орбиты 550 км их диаметр должен составлять не менее 0,5 метра. В случае же орбиты высотой 1100 км требования к наземным антеннам становятся и того больше.

Впрочем, уже в развертывании первой фазы Starlink наглядно видно, что в компании Маска отнюдь не надеются на условного «обывателя в домашних тапочках». Например, все приполярные спутники подняты на орбиты даже выше 1100 км, чтобы максимально продлить их срок жизни. Расчет тут прост: в приполярных районах не так хорошо с наземной связью, и проживающие там люди готовы не только поставить у себя во дворе полутораметровую антенну, но и за Интернет заплатить сполна — лишь бы он вообще у них был.

Главное — высота орбиты
Если вы не прогуливали в школе геометрию, то уже могли легко подсчитать, что при снижении орбиты вдвое, с 1100 до 550 км, радиус круга на земной поверхности при заданном угле возвышения спутника (40° над горизонтом) уменьшится тоже в два раза. А вот размер антенны упадет уже в квадратичной зависимости, то есть вчетверо — так устроены все взаимодействия в нашем мире, в том числе и электромагнитное.

То есть в рамках чистой геометрии математика Starlink достаточно проста: при снижении высоты орбиты спутников в два раза в системе надо иметь вчетверо больше аппаратов, но зато терминалы у абонентов и антенны у спутников будут тоже в четыре раза меньше, при заданной мощности сигнала. Картинка крайне упрощенная, но для нашего объяснения вполне пригодная.

Так почему же Маск не запустил аппараты на орбиту высотой, например, 225 км? Формально ведь это тоже космос — по правилам космическое пространство начинается на высоте 100 км.

Дело в том, что на такой низкой орбите космический аппарат «живет» лишь около недели. Дальше он начинает резко тормозиться за счет трения об остаточную атмосферу планеты, которая оказывает значимое влияние на орбитальную динамику даже на такой высоте. Поэтому столь низкую орбиту используют исключительно для начального выведения аппаратов, после чего те, уже с помощью собственных двигателей или разгонных блоков, стараются поскорее «убраться» с нее куда-нибудь повыше.

Однако даже на более высоких орбитах атмосфера Земли все равно тормозит аппараты. Например, орбита МКС составляет около 400 км, однако станции приходится несколько раз в год поднимать орбиту за счет своих двигателей, а одним из важных грузов для МКС является топливо для этой регулярной операции.

Главное — высота орбиты
Если вы не прогуливали в школе геометрию, то уже могли легко подсчитать, что при снижении орбиты вдвое, с 1100 до 550 км, радиус круга на земной поверхности при заданном угле возвышения спутника (40° над горизонтом) уменьшится тоже в два раза. А вот размер антенны упадет уже в квадратичной зависимости, то есть вчетверо — так устроены все взаимодействия в нашем мире, в том числе и электромагнитное.

То есть в рамках чистой геометрии математика Starlink достаточно проста: при снижении высоты орбиты спутников в два раза в системе надо иметь вчетверо больше аппаратов, но зато терминалы у абонентов и антенны у спутников будут тоже в четыре раза меньше, при заданной мощности сигнала. Картинка крайне упрощенная, но для нашего объяснения вполне пригодная.

Так почему же Маск не запустил аппараты на орбиту высотой, например, 225 км? Формально ведь это тоже космос — по правилам космическое пространство начинается на высоте 100 км.

Дело в том, что на такой низкой орбите космический аппарат «живет» лишь около недели. Дальше он начинает резко тормозиться за счет трения об остаточную атмосферу планеты, которая оказывает значимое влияние на орбитальную динамику даже на такой высоте. Поэтому столь низкую орбиту используют исключительно для начального выведения аппаратов, после чего те, уже с помощью собственных двигателей или разгонных блоков, стараются поскорее «убраться» с нее куда-нибудь повыше.

Однако даже на более высоких орбитах атмосфера Земли все равно тормозит аппараты. Например, орбита МКС составляет около 400 км, однако станции приходится несколько раз в год поднимать орбиту за счет своих двигателей, а одним из важных грузов для МКС является топливо для этой регулярной операции.

Может быть, в этом и состоит план Илона Маска? Ведь такой подход — это просто «золотое дно» для пусковой индустрии. Делать по 8, а то и по 16 запусков в месяц с тем, чтобы просто поддерживать стабильность спутниковой группировки, — это же как в сказку попасть, несмотря на неустранимую проблему с ее постоянной заменой. Правда, тогда получится, что многоразовые ракеты SpaceX выводят одноразовые спутники Starlink… Неожиданно, да?

А теперь вернемся к рекорду прошлого месяца. После всего сказанного рекордная планка в 120 собранных за месяц спутников выглядит уже не столь оптимистично. Даже для реализации первой фазы Starlink нужно учитывать, что через 8 лет каждый месяц будут выходить из строя около 50 аппаратов. А вторая фаза, с низкими орбитами, легко поднимет требование по ежемесячной сборке новых аппаратов до отметки 500–600 единиц.

Так рекорд Маска высветил глубинную проблему создания Starlink, решение которой еще предстоит найти.

Алексей Анпилогов


Tags: космос, сша
Subscribe

Recent Posts from This Journal

promo mgu68 october 14, 09:34 18
Buy for 110 tokens
Начну с главного: нужна срочная помощь психологу Борису Петухову, который занимается психореабилитацией детей Донбасса. Времени катастрофически мало. Пост создан близким другом семьи психолога, преподавателя и правозащитника Елены Алекперовой mgu68 и ее мужа, доктора наук, психолога,…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments