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Wie die Raumfahrtindustrie funktioniert und warum das neue SpaceX-Projekt nie eine Sensation war

Trotz aller Arbeitsbelastung konnte ich einfach nicht anders, als auf diese Neuigkeiten zu antworten . Warum? - Das ist verrückt. Aber reden wir über alles in Ordnung.

Woraus die Raumfahrtindustrie besteht:

  1. Dies ist die Entwicklung der Satelliten selbst
  2. Dies ist ein Bodenkomplex
  3. Dies sind Starts - die die ersten beiden Punkte kombinieren

Satellit


Beginnen wir also mit dem Satelliten. Der geplante Satellit hat eine Masse von 386 kg. d.h. Es gehört zur Klasse der kleinen Geräte. Was bedeutet das? - Viel.

Welche Probleme wird der Ingenieur haben, wenn er einen Satelliten bauen möchte?

1. Energiebilanz.
2. Strahlungsbeständigkeit.

Strahlung


Und bevor ich darüber nachdachte, als ich den Höhenbereich von 1100-1300 km sah, war dies genau Strahlungsbeständigkeit.

Strahlungsgürtel

Hier ist eine ehrlich aus Wikipedia stammende Darstellung des Strahlungsgürtels der Erde (oder des Gürtels von Van Allen). Es zeigt deutlich, dass sein innerer Teil mit 1000 km beginnt.

Und was ist so schrecklich? Tatsache ist, dass sich in diesen Zonen viele hochenergetische Partikel ansammeln. Und in diesen Bahnen erfährt das Gerät den maximalen Strahlungseffekt. Ja, so dass niemand diesen Höhenbereich startet. Und auf den Satelliten, die diese Höhen noch überqueren (z. B. Hubble), schalten Sie alle Geräte aus, während sie diesen Gürtel passieren.

Welche anderen Probleme wirft Strahlung auf? - Dies ist der beschleunigte Abbau von Solarzellen und chemischen Batterien.

Vergleichen wir dies nun mit Mikrosatelliten, die in Umlaufbahnen von 500 km arbeiten, in denen das Strahlungsniveau um eine Größenordnung niedriger ist. Ihre typische Lebensdauer beträgt 5-7 Jahre. Das heißt, Um die angegebene Lebenserwartung zu erreichen, müssen Ingenieure aktiv mit Strahlung umgehen. Und wir haben keine andere Wahl:

  1. Absorbierende Bildschirme anbringen.
  2. Vervielfältigung der gesamten Elektronik
  3. 10x Gangreserve in Sonnenkollektoren und chemischen Batterien.

In jedem Fall bedeutet dies eine Zunahme der Masse und 400 kg werden niemals dort sein.

Energiebilanz


Etwas höher habe ich über Sonnenkollektoren und chemische Batterien gesprochen - dies ist ein Problem der Energieversorgung. Lass uns ein bisschen reden.

Der Satellit befindet sich in einer niedrigen Umlaufbahn. Eine Antenne kann nicht darauf gerichtet werden, was bedeutet, dass das Strahlungsmuster mindestens eine Halbkugel ist. Bei vorhandenen Satelliten beträgt die Bandbreite solcher Antennen 10 kbit / s . Warum? - Energetisch bietet der Sender bei einer Entfernung von 500 km kein Signal-Rausch-Verhältnis für eine schnellere Übertragung. Das heißt, Um eine Geschwindigkeit von mindestens 1 Mbit / s zu gewährleisten, muss die Sendeleistung um das ~ 100-fache erhöht werden.

In der Energiebilanz gibt es jedoch eine zweite Komponente - den Wärmeverlust. Es gibt keine Luft im Raum und die Konvektion funktioniert nicht. Alle Entladungen erfolgen dank Strahlung. Normalerweise geschieht dies auf diese Weise: Die gesamte freigesetzte Wärme wird auf einen riesigen Heizkörper „abgelassen“, der so eingestellt ist, dass er nicht der Sonne ausgesetzt ist.

Und hier beginnt der Spaß für mich.

Umlaufbahn


Lassen Sie mich zuerst erklären. Die Bewegung des Satelliten folgt den Gesetzen von Kepler: Die Flugbahn wird durch eine Ellipse beschrieben, und der Schwerpunkt der Erde befindet sich in einem der Tricks. In der Himmelsmechanik wird die Bewegung eines Satelliten daher wie folgt beschrieben:

Kepler-Elemente

Diese Ellipse würde im Idealfall ihre Position behalten. Aber in Wirklichkeit verändert es sich, seine Umlaufbahn entwickelt sich weiter. Das Tempo dieser Entwicklung ändert sich mit Neigung und Exzentrizität (ein Maß für die Abweichung vom Kreis).

Der dritte Punkt: Wenn die Satelliten in einer Umlaufbahn, aber an verschiedenen Punkten verstreut sind, entwickeln sich die Satelliten jeweils auf ihre eigene Weise (der Grund dafür ist das Gravitationsfeld der Erde). Infolgedessen ändert sich der gegenseitige Abstand zwischen ihnen ständig. Dies begrenzt die maximale Anzahl innerhalb einer Umlaufbahn.

Alles in allem bedeutet dies, dass für jede Satellitengruppe die Richtung zur Sonne und ihr Änderungsbereich unterschiedlich sind. Dies bedeutet, dass Sie das Satellitenlayout neu berechnen müssen.

Das heißt, Kosten senken, dank Förderer Produktion wird nicht funktionieren. Tatsächlich ist aber alles viel schlimmer. Aufgrund der Umlagerung ändern sich die Betriebsbedingungen der Geräte ständig. Was hier schlecht ist, warum werde ich im nächsten Abschnitt erzählen.

Bodenkomplex


Bevor ich jedoch die am Ende des vorherigen Abschnitts gestellte Frage beantworte, muss ich noch einige vorläufige Fragen stellen.

Angenommen, wir haben alle Probleme mit dem Satelliten gelöst. Aber sie müssen irgendwie verwaltet werden. Mit dem Bodenkomplex in der Raumfahrtindustrie meine ich den Teil der Infrastruktur, der für die Verwaltung des Satelliten verantwortlich ist.

Was bedeutet es, in der Praxis zu managen? "Dies bedeutet, eine Reihe von Telemetriedaten von zahlreichen Sensoren an Bord zu verarbeiten." Um das Ausmaß der Katastrophe einzuschätzen: 3 leichte Raumschiffe erzeugen in weniger als einem Monat 100 GB Telemetrie.

Übertragen Sie das Gerät nach der Verarbeitung korrekt in den gewünschten Zustand.

Multiplizieren Sie jetzt mit mehr als 4000 Geräten mit einem Zoo von Layouts und Sensoren sowie einer individuellen Liste von Problemen.

Es ist offensichtlich, dass trotz aller möglichen Automatisierung das Kundencenter des gesamten Systems wie das Rechenzentrum eines Yandex-Threads aussieht. Mit allen Konsequenzen.

Das Schlüsselwort lautet jedoch „mögliche Automatisierung“: Es gibt kein solches System für mindestens 50 Satelliten. Und es ist geplant, das System ab 800 einzusetzen.

Insgesamt können wir ohne Berücksichtigung des dritten Punktes - des Starts (ich hoffe immer noch, separat darüber zu schreiben) bereits sagen, dass die deklarierten Satellitenparameter nicht erreicht werden und Änderungen in der Bodeninfrastruktur einfach titanisch sind, deren Kosten unmöglich sind jetzt vorhersagen.

Source: https://habr.com/ru/post/de399201/

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