Как работает космическая отрасль и почему новый проект SpaceX ни разу не сенсация

в 12:06, , рубрики: spacex, космонавтика

Не смотря на всю загруженность я просто не мог не отреагировать на эту новость. Почему? — Это безумие. Но давайте обо все по порядку.

Из чего состоит космическая отрасль:

  1. Это разработка самих спутников
  2. Это наземный комплекс
  3. Это запуски — которые объединяет первые две

Спутник

Итак, давайте начнем со спутника. Планируемый спутник имеет массу в 386 кг. т.е. он относится к классу малых аппаратов. Что это значит? — Очень многое.

Какие проблемы встанут у инженера, восжелай он делать спутник?

1. Энергобаланс.
2. Радиационная стойкость.

Радиация

И прежде о чем я подумал, когда увидел диапазон высот 1100-1300 км это именно радиационная стойкость.

Радиационные пояса

Перед вами честно взятая из Виикпедии иллюстрации радиационного пояса Земли (или пояс Ван Аллена ). На ней хорошо видно, что внутренняя его часть начинается с 1000 км.

И что тут такого страшного? Дело в том, что именно в этих зонах накапливается уйма высокоэнергетичных частиц. И на этих орбитах аппарат испытывает максимальное радиационное воздействие. Да такое, что в тот диапазон высот никто не запускает. А на спутниках, которые все же пересекают эти высоты (Хаббл, например) выключают всю аппаратуру, пока они проходят этот пояс.

Какие еще проблемы несет радиация? — Это ускоренная деградация солнечных батарей и химической батареи.

А теперь давайте сравним это с микроспутниками, работающие на орбитах 500 км, где уровень радиации на порядок ниже. Типичный их срок существования 5-7 лет. Т.е. чтобы добиться заявленного срока жизни инженерам нужно активно бороться с радиацией. И выбор у нас невелик:

  1. Ставить поглощающие экраны.
  2. Дублирование всей электроники
  3. 10-кратный запас мощности как по солнечным панелям, так и по химической батареи.

В любом случае это несет за собой увеличение массы и 400 кг там не будет ни разу.

Энергобаланс

Чуть выше я говорил про солнечные батареи и химические батареи — это проблема энергоприхода. Давайте немного порассуждаем.

Спутник находится на низкой орбите. На него нельзя навести антену, а это значит, что диаграмма направленности как минимум полусфера. На существующих спутниках пропускная способность таких антенн — 10 кбитс. Почему? — Энергетически передатчик не обеспечивает соотношение сигналшум на расстояниях 500 км для более скоростной передачи. Т.е. чтобы обеспечить скорость хоты бы 1 Мбитс нужно повышать мощность передатчика в ~100 раз.

Но в энергобалансе есть вторая составляющая — сброс тепла. В космосе воздуха нет и конвекция не работает. Весь сброс происходит благодарю излучение. Обычно это делают так: все выделяемое тепло «сбрасывают» на один огромный радиатор, который ставят так, чтобы он не засвечивался Солнцем.

И вот тут начинается самое интересное для меня.

Орбита

Позвольте мне сначала дать пояснение. Движение спутника подчиняется законам Кеплера: траектория описывается эллипсом, в одном из фокусов находится центр масс Земли. Поэтому в небесной механике движение спутника описывается так:

Кеплеровы элементы

Этот эллипс сохранял бы свое положение в идеальном случае. Но в реальности оно меняется, его орбита эволюционирует. Темп этой эволюции меняется с наклонением и эксцентриситетом (мера отклонения от круга).

Все вместе это означает, что для каждой группы спутников направление на Солнце и его диапазон изменений свой. Это означает, что придется делать перерасчет компоновки спутника.

Т.е. снизить затраты, благодаря конвейерному производству не получится. Но на самом деле все гораздо хуже. Из-за перекомпоновки будут постоянно меняться условия в которых будут работать приборы. Что тут плохо почему расскажу в следующем разделе.

Наземный комплекс

Но прежде чем отвечать на вопрос поставленный в конце предыдущего раздела я снова вынужден дать некие предварительные.

Допустим мы решили все проблемы со спутником. Но ведь им надо как-то управлять. Так вот, под наземным комплексом в космической отрасли я понимается та часть инфраструктуры, которая отвечает за управлением спутником.

Что значит управлять на практике? — Это значит обрабатывать массив телеметрических данных с многочисленных датчиков на борту. Чтобы оценить масштабы бедствия: 3 космических аппаратах в легкую генерируют 100 Гб телеметрии менее чем за месяц.

А после обработки правильно перевести аппарат в нужное состояние.

Теперь помножим на 4000+ аппаратов с зоопарком компоновок и датчиков, а еще с индивидуальным списком проблем.

Совершенно очевидно, что даже при всей возможной автоматизации ЦУП всей системы будет выглядеть как ЦОД какого-нить Яндекса. Со всеми вытекающими.

Но ключевое слово «возможной автоматизации»: т.к. подобной системы для хотя бы 50 спутников нет. А планируется разворачивать систему начиная с 800.

Итого, не рассматривая третий момент — запуск (о нем я всеже надеюсь написать отдельно), уже можно сказать, что заявленные параметры спутников достигнуты не будут, а изменения в наземной инфраструктуре просто титанические, затраты на которые невозможно спрогнозировать сейчас.

Автор: DancingOnWater

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля