كيف تعمل صناعة الفضاء ولماذا لم يكن مشروع SpaceX الجديد مثيرًا للإعجاب أبدًا
على الرغم من كل عبء العمل ، لم أستطع إلا أن أرد على هذه الأخبار. لماذا؟ - هذا جنون. ولكن دعونا نتحدث عن كل شيء بالترتيب.ما تتكون صناعة الفضاء من:- هذا هو تطور الأقمار الصناعية نفسها
- هذا مجمع أرضي
- هذه هي عمليات الإطلاق - التي تجمع بين النقطتين الأوليين
الأقمار الصناعية
فلنبدأ بالقمر الصناعي. الساتل المخطط له كتلة 386 كجم. أي إنه ينتمي إلى فئة الأجهزة الصغيرة. ماذا يعني هذا؟ - كثيرًا.ما هي المشاكل التي سيواجهها المهندس إذا أراد صنع قمر صناعي؟1. توازن الطاقة.2. مقاومة الإشعاع.الإشعاع
وقبل أن أفكر في الأمر ، عندما رأيت مدى الارتفاع من 1100-1300 كم ، هذه مقاومة إشعاع بدقة.
هنا هو مأخوذ بصدق من توضيح ويكيبيديا للحزام الإشعاعي للأرض (أو حزام فان ألين). يظهر بوضوح أن الجزء الداخلي يبدأ بـ 1000 كم.وما هو الرهيب؟ والحقيقة هي أنه في هذه المناطق يتراكم الكثير من الجسيمات عالية الطاقة. وفي هذه المدارات ، يواجه الجهاز أقصى تأثير إشعاعي. نعم ، بحيث لا يبدأ أحد هذا النطاق من المرتفعات. وعلى الأقمار الصناعية التي لا تزال تعبر هذه المرتفعات (هابل ، على سبيل المثال) ، أوقف تشغيل جميع المعدات أثناء مرورها بهذا الحزام.ما هي المشاكل الأخرى التي يشكلها الإشعاع؟ - هذا هو التدهور المتسارع للخلايا الشمسية والبطاريات الكيميائية.الآن دعونا نقارن هذا مع السواتل الصغيرة التي تعمل في مدارات 500 كم ، حيث يكون مستوى الإشعاع أقل من الحجم. عمرهم النموذجي 5-7 سنوات. على سبيل المثال لتحقيق متوسط العمر المتوقع المعلن ، يحتاج المهندسون للتعامل بنشاط مع الإشعاع. ولدينا خيار صغير:- ضع شاشات ممتصة.
- ازدواجية جميع الإلكترونيات
- 10x احتياطي الطاقة في كل من الألواح الشمسية والبطاريات الكيميائية.
على أي حال ، يستلزم ذلك زيادة في الكتلة ولن يكون هناك 400 كجم أبدًا.توازن الطاقة
لقد تحدثت قليلاً عن الألواح الشمسية والبطاريات الكيميائية - هذه مشكلة إمداد الطاقة. لنتحدث قليلا.القمر الصناعي في مدار منخفض. لا يمكن توجيه هوائي إليه ، مما يعني أن مخطط الإشعاع على الأقل نصف الكرة الأرضية. في السواتل الحالية ، يبلغ عرض نطاق هذه الهوائيات 10 kbit / s . لماذا؟ - بشكل نشط ، لا يوفر جهاز الإرسال نسبة إشارة إلى ضوضاء على مسافات تبلغ 500 كم من أجل إرسال أسرع. على سبيل المثال من أجل ضمان السرعة ، على الأقل 1 ميغابت / ثانية ، من الضروري زيادة قدرة المرسل بمقدار 100 مرة تقريبًا.ولكن في ميزان الطاقة هناك مكون ثان - فقدان الحرارة. لا يوجد هواء في الفضاء ولا يعمل الحمل الحراري. يحدث كل التصريف بفضل الإشعاع. عادةً ما يتم ذلك بهذه الطريقة: "يتم التخلص" من كل الحرارة المنبعثة في جهاز تدفئة ضخم يتم ضبطه بحيث لا يتعرض لأشعة الشمس.وهنا تبدأ المتعة بالنسبة لي.المدار
دعني أشرح أولاً. تخضع حركة القمر الصناعي لقوانين كيبلر: يتم وصف المسار بواسطة القطع الناقص ، ويقع مركز كتلة الأرض في إحدى الحيل. لذلك ، في الميكانيكا السماوية ، يتم وصف حركة القمر الصناعي على النحو التالي:
سيحافظ هذا القطع الناقص على موقعه في الحالة المثالية. لكن في الواقع هو يتغير ، مداره يتطور. تتغير سرعة هذا التطور مع الميل والانحراف (مقياس للانحراف عن الدائرة).النقطة الثالثة: إذا قمت بتوزيع الأقمار الصناعية في مدار واحد ، ولكن في نقاط مختلفة ، فإن الأقمار الصناعية ستتطور كل منها بطريقتها الخاصة (السبب في ذلك هو مجال الجاذبية الأرضية). ونتيجة لذلك ، ستتغير المسافة المتبادلة بينهما باستمرار. وهذا يحد من العدد الأقصى داخل مدار واحد.معًا ، هذا يعني أنه بالنسبة لكل مجموعة من الأقمار الصناعية ، يختلف اتجاه الشمس ونطاق تغيراتها. هذا يعني أنه يجب عليك إعادة حساب تخطيط القمر الصناعي.على سبيل المثال تقليل التكاليف ، وذلك بفضل إنتاج الناقل لن يعمل. لكن في الواقع ، كل شيء أسوأ بكثير. بسبب إعادة الترتيب ، ستتغير الظروف التي تعمل فيها الأجهزة باستمرار. ما هو السيئ هنا ، لماذا سأخبر في القسم التالي.مجمع الأرض
ولكن قبل الإجابة على السؤال المطروح في نهاية القسم السابق ، يجب أن أقدم بعض الأسئلة الأولية.لنفترض أننا حللنا جميع مشاكل القمر الصناعي. ولكن يجب إدارتها بطريقة أو بأخرى. لذا ، أعني بالمجمع الأرضي في صناعة الفضاء ذلك الجزء من البنية التحتية المسؤول عن إدارة القمر الصناعي.ماذا يعني الإدارة في الممارسة؟ "هذا يعني معالجة مجموعة من بيانات القياس عن بعد من أجهزة استشعار عديدة على متن الطائرة." لقياس حجم الكارثة: تولد 3 مركبات فضائية خفيفة 100 جيجا بايت من القياس عن بعد في أقل من شهر.وبعد المعالجة ، انقل الجهاز بشكل صحيح إلى الحالة المطلوبة.الآن اضرب في 4000+ من الأجهزة مع حديقة حيوان من التخطيطات وأجهزة الاستشعار ، وكذلك مع قائمة فردية من المشاكل.من الواضح أنه حتى مع كل الأتمتة الممكنة ، سيبدو مركز عملائي للنظام بأكمله كمركز بيانات لبعض سلاسل ياندكس. مع كل العواقب.لكن الكلمة الأساسية هي "الأتمتة المحتملة": لا يوجد مثل هذا النظام لما لا يقل عن 50 قمرا صناعيا. ومن المخطط نشر النظام بدءًا من 800. فيالمجموع ، دون النظر في النقطة الثالثة - الإطلاق (ما زلت آمل في الكتابة عنه بشكل منفصل) ، يمكننا بالفعل القول أن معلمات الأقمار الصناعية المعلنة لن تتحقق ، والتغييرات في البنية التحتية الأرضية عملاقة ببساطة ، وتكاليفها مستحيلة للتنبؤ الآن. Source: https://habr.com/ru/post/ar399201/
All Articles