⚠️ ❣️ 👨🏼‍🍳 Ein weiteres gigantisches SpaceX-Projekt, Arithmetik und gesunder Menschenverstand 🔐 🛣️ 🕴️

Letzte Woche machte SpaceX eine weitere Sensation, als er bei der US-amerikanischen Federal Communications Commission (FCC) einen Antrag auf Erlaubnis zum Start von 4425 Satelliten stellte. Wenn Sie das Dokument sorgfältig lesen, heißt es "4425 Satelliten (plus bis zu zwei Ersatzsatelliten für jede Orbitalebene)", dh auf 83 Orbitalebenen muss die Satellitenkonstellation maximal 4591 Satelliten bilden. Solche großen Zahlen haben keine Analoga zwischen bestehenden Satellitensystemen und lassen begründete Zweifel an der Machbarkeit des Projekts aufkommen. Versuchen wir es herauszufinden.

allgemeine Informationen

Die SpaceX-Anwendung ist auf der FCC-Website öffentlich verfügbar. Jeder kann sie vollständig herunterladen und kennenlernen. Ich werde von dort aus die wichtigsten Punkte zitieren. Die Phasen der Erstellung einer Satellitenkonstellation, die Umlaufbahnebenen, die Anzahl der Satelliten, die Höhe der Umlaufbahnen und ihre Neigungen sind in der Tabelle angegeben:

Die Abmessungen und das Gewicht des Satelliten sind in einer anderen Tabelle im Kapitel über den Abstieg von Satelliten aus der Umlaufbahn aufgeführt.

Satelliten sind so konzipiert, dass terrestrische Teilnehmer nur mit Geräten arbeiten, die sich über 40 ° über dem Horizont befinden, und der Sichtradius des Satelliten auf diese Weise 1060 km beträgt

Arithmetik

Um die Größenordnung zu verstehen, befinden sich derzeit etwa viereinhalbtausend Satelliten in der Umlaufbahn, von denen etwa eineinhalb Tausend in Betrieb sind. Wenn das Maskenprojekt vollständig implementiert ist, erhöht sich die Anzahl der funktionierenden Satelliten um das Vierfache.

Die Anwendung gibt den Zeitraum der aktiven Existenz eines Satelliten von 5 bis 7 Jahren an. Dementsprechend muss die bereits eingesetzte Konstellation jedes Jahr mit 632 bis 885 Satelliten aufgefüllt werden. Versuchen wir, diese Zahl bei Starts von Falcon 9-Trägerraketen neu zu berechnen. Wir können jedoch nicht einfach die offizielle Tragfähigkeit des Falcon 9 von 22800 kg durch die in der Anwendung von 386 kg angegebene Satellitenmasse dividieren. Erstens ist eine solche Nutzlast für eine niedrige Erdumlaufbahn mit einer Höhe von 200 km angegeben. Die Arbeitsbahn von SpaceX-Kommunikationssatelliten liegt zwischen 1110 und 1135 km, was zusätzlichen Treibstoff erfordert. Je nach Ausführung starten Trägerraketen in der Nähe der Parameter sonnensynchrone Umlaufbahn mit einer Höhe von 600-800 km von 1/2 bis 3/4 ihrer Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn. Zweitens,Für eine einmalige Version der ersten Stufe ist eine Nutzlast von 22.800 kg angegeben. Wenn Sie die Kraftstoffversorgung verlassen, um die erste Stufe zu landen, sinkt die Masse der Nutzlast. Falcon 9 hatte keine sehr schweren Lasten in der Erdumlaufbahn (DOE), aber das Ausgangsgewicht von fast fünf Tonnen in eine Geo-Übergangsbahn kann die maximale Nutzlast von 15 Tonnen in DOE sehr grob schätzen und 2/3 davon als Durchschnitt nehmen Bringen Sie zwischen 1/2 und 3/4 etwa 10 Tonnen in die Zielbahn von Kommunikationssatelliten. Unsere Berechnungen werden durch die Tatsache bestätigt, dass geplant ist, 10 Iridium NEXT-Satelliten mit einem Gewicht von jeweils 900 kg in eine enge polare Umlaufbahn zu bringen. Subtrahieren Sie von 10 Tonnen ohne weiteres eine Tonne pro Spender, wodurch die Satelliten an ihren Orten im Orbit gezüchtet werden, und dividieren Sie 9 Tonnen durch die Masse eines Satelliten in 386 kg.Wir erhalten die maximale theoretische Nutzlast von 23 Satelliten pro Start Falcon 9 FT. Um 632-885 Satelliten zu starten, benötigen wir 28-39 Starts pro Jahr. Das heißt, im besten Fall muss eine Rakete 2-4 Mal im Monat starten, damit das Satellitensystem weiter funktioniert. Aber Sie und ich haben die Größe der Satelliten überhaupt nicht berücksichtigt - Tatsache ist, dass 23 solcher Satelliten auf keinen Fall auf die Trägerrakete passen.

Wir öffnen die Nutzlastanweisung für die Falcon 9-Rakete und auf Seite 36 sehen wir die Abmessungen der Kopfverkleidung:

Aus der obigen Tabelle kennen wir die Länge, Breite und Höhe des Satelliten - 4,0 x 1,8 x 1,2 Meter. Und wenn wir anfangen, sie in der Verkleidung auszulegen, ist es unmöglich, mehr als zwei Reihen mit einer Höhe von 4 Metern zu platzieren, und Sie können nicht mehr als 4 Satelliten in einer Reihe platzieren:

Daher können wir nicht mehr als 8 Satelliten auf einer Rakete platzieren. Und für 632-885 Satelliten pro Jahr benötigen wir 79-111 Starts, um das System funktionsfähig zu halten - eineinhalb bis zwei Starts pro Woche. Und um etwas zu starten, benötigen wir Fabrikanlagen, in denen 1,7 bis 2,4 Satelliten pro Tag produziert werden können.

Wenn SpaceX mindestens die erste Stufe eines Systems von 1600 Satelliten pro Jahr bereitstellen möchte, müssen 4 Raketen pro Woche abgefeuert werden. Selbst wenn Sie die erste Phase von 4 Jahren einsetzen, müssen Sie eine Rakete pro Woche starten und mehr als einen Satelliten pro Tag produzieren. Diese Intensität der Produktions- und Startvorgänge ist um Größenordnungen höher als bei der Erforschung des realen Weltraums.

Nicht schnell, nicht mobil und nicht kostenlos

Das US-Gebiet ohne Alaska passt in ein Rechteck von 5000 x 2500 km, und 6 Satelliten würden für seine vollständige Abdeckung ausreichen. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Satelliten auf einer Höhe von etwa tausend Kilometern befinden, werden sie sich jedoch recht schnell bewegen, und neue sollten anstelle derjenigen eingesetzt werden, die den Horizont verlassen. Im Prinzip würden für eine kontinuierliche Abdeckung der Vereinigten Staaten (und gleichzeitig anderer Länder zwischen 50 ° nördlicher Breite und 50 ° südlicher Breite) etwa 100 bis 150 Satelliten ausreichen. Offensichtlich deuten die Zahlen 1600 der ersten Stufe und 4425 vollständige Gruppierungen darauf hin, dass die Satelliten funktionieren werden auf einem um eine Größenordnung kleineren Gebiet mit einem Radius von etwa 100-300 km. Die Ironie ist jedoch, dass in dicht besiedelten Gebieten selbst in einem solchen Gebiet eine sehr große Anzahl von Menschen leben wird. Je mehr Kunden es pro Satellit gibt, desto weniger Geschwindigkeit wird jeder bekommen.Daher kann die Gigabit-Geschwindigkeit im Prinzip nur mit einer kleinen Anzahl von Benutzern erreicht werden. Die Anwendung gibt an, dass Satelliten Informationen im optischen Bereich untereinander austauschen. Heutzutage befindet sich diese Technologie auf der Ebene einzelner Experimente, und obwohl sie eine höhere Geschwindigkeit als die Funkreichweite verspricht, wird sie die Entwicklung und Produktion neuer und hochentwickelter Geräte erfordern, sodass Satelliten nicht billig funktionieren. Die Anmeldung behauptet auch, dass für die erste Stufe des Satellitensystems 200 Bodenstationen gebaut werden, um Daten an das terrestrische Internet zu empfangen / zu senden, und 2 MCCs, um die Satellitenkonstellation zu steuern. Die Investitionen in Satelliten und Bodenausrüstung selbst müssen sich auf mehrere zehn Milliarden Dollar belaufen, daher gibt es keine wirkliche Hoffnung.dass ein solches Internet kostenlos ausgehändigt wird. Und schließlich werden Satelliten mit Benutzern in den Ku- und Ka-Bändern kommunizieren, und mobile Antennen für dieses Band können beispielsweise in einem Auto installiert werden.

Ka-

Ku-

Da sich die Satelliten bewegen, müssen die Antennen sie entweder begleiten, was teure Antennen mit einem Leitsystem erfordert, oder ein Strahlmuster mit einem Kegelwinkel von 100 ° nach oben haben, was sie wahrscheinlich noch sperriger macht. Wenn Sie sich an Satellitentelefone erinnern, wurden diese durch große Antennen unterschieden, während sie in einem anderen Band (L-Band) arbeiteten und niedrige Geschwindigkeit (Sprache, SMS und langsames Internet) bereitstellten. Und schließlich vergessen Sie nicht, dass selbst im besten Fall, wenn das Signal des Benutzers über nur einen Satelliten in den Bodenknoten eintritt, er ungefähr 3000 km in eine Richtung zurücklegen muss (1000 km zum Satelliten * sqr (2) * 2 ) und die gleiche Entfernung muss die Antwort gehen. Dies ist natürlich besser als 36.000 km in eine Richtung zur geostationären Umlaufbahn.Die Verzögerung beim Sprechen über ein Satellitentelefon ist jedoch auf der Ebene der menschlichen Wahrnehmung spürbar, und natürlich wird das kabelgebundene oder zellulare Internet erheblich schneller sein. Wenn es jemandem plötzlich gelingt, sich darüber zu freuen, dass das SpaceX-Kommunikationssystem jedem Smartphone kostenloses Gigabit-Internet zur Verfügung stellt, ist dies im Allgemeinen ein sehr starkes Missverständnis.

Schon gewesen

Es ist merkwürdig, dass es ähnliche Nachrichten bereits gab. Zum Beispiel schrieben 2014 Nachrichtenagenturen, dass Musk durch den Start von 700 Satelliten mit einem Gewicht von 100 kg jedem das Internet zur Verfügung stellen will. Wie wir sehen, sind in den letzten zwei Jahren sowohl die Masse als auch die Anzahl der Satelliten noch größer geworden. Es ist sogar neugierig, noch ein paar Jahre zu warten und zu sehen, welche Neuigkeiten in der Region 2019 auf uns warten werden, für die laut Antrag der Beginn des Einsatzes der Gruppe geplant ist.

Aber in Wirklichkeit

Von den vorhandenen Systemen ist das Iridium-Satellitenkommunikationssystem hinsichtlich der Umlaufbahnparameter, der Anzahl der Satelliten und des Zwecks des SpaceX-Projekts am ähnlichsten. In den frühen neunziger Jahren tauchte die Idee von 77 Satelliten auf, die sich in polaren Umlaufbahnen befinden und eine kontinuierliche Abdeckung der gesamten Erdoberfläche ermöglichen. Von 77 wurde der Name des Systems geboren - das chemische Element Iridium hat die Ordnungszahl 77. Bereits im Entwicklungsprozess wurde die erforderliche Anzahl von Satelliten auf 66 reduziert. Das ehrgeizige Programm wurde von einem der damaligen Marktführer für Kommunikationssysteme - Motorola - unterstützt. Für die Herstellung von Satelliten wurde eine innovative Lösung verwendet - eine spezielle Mehrachsenaufhängung, die es ermöglichte, einen Satelliten in Wochen statt Monaten zusammenzubauen und seine Kosten auf "nur" 5 Millionen US-Dollar zu senken.

Die ersten Satelliten wurden 1997 gestartet, und 1998 führte US-Vizepräsident Al Gore ein historisches erstes Gespräch. Bis zur vollständigen Bereitstellung des Systems wurde die Kommunikation jedoch ständig unterbrochen. Darüber hinaus waren die Kosten für den Anruf hoch, Satellitentelefone waren teuer und sperrig, und das Management machte Fehler. Infolgedessen meldete Iridium SSC im August 1999 Insolvenz an. Im Jahr 2000 hatte das Unternehmen nur Mitarbeiter, die dafür verantwortlich waren, Satelliten aus der Umlaufbahn zu bringen. Ein brillanter Traum im Wert von rund 7 Milliarden US-Dollar näherte sich einem unrühmlichen Ende. Die Situation wurde vom US-Verteidigungsministerium, das einen Kommunikationsvertrag über 100 Millionen US-Dollar pro Jahr vorschlug, und einer Gruppe privater Investoren, die Vermögenswerte für 35 Millionen US-Dollar kauften, gerettet. Im Jahr 2001 wurde Iridium wiedergeboren.Um die Gewinnschwelle zu erreichen, wurden 60.000 Kunden benötigt. Bis 2007 waren es mehr als 160.000. Im Moment fallen die anfänglichen Satelliten aufgrund des Alters allmählich aus, und die Ersatzsatelliten sind bereits vorbei, und Kommunikationsunterbrechungen beginnen erneut im System, insbesondere in der Äquatorregion, wo der Abstand zwischen den Satelliten maximal ist. Im Jahr 2010 unterzeichnete Iridium eine Vereinbarung mit SpaceX über einen Rekordwert von 492 Millionen US-Dollar für den Start von 70 Iridium NEXT-Satelliten der neuen Generation. Ursprünglich war der Start der ersten zehn Satelliten auf einer Falcon 9 FT-Rakete für 2015 geplant, wurde jedoch zunächst auf 2016 verschoben, und jetzt ist er wahrscheinlich aufgrund des jüngsten Unfalls mit Falcon 9 auf 2017 verschoben worden.und die freien sind bereits beendet, und Kommunikationsunterbrechungen beginnen wieder im System, insbesondere in der Äquatorregion, wo der Abstand zwischen den Satelliten maximal ist. Im Jahr 2010 unterzeichnete Iridium eine Vereinbarung mit SpaceX über einen Rekordwert von 492 Millionen US-Dollar für den Start von 70 Iridium NEXT-Satelliten der neuen Generation. Ursprünglich war der Start der ersten zehn Satelliten auf einer Falcon 9 FT-Rakete für 2015 geplant, wurde jedoch zunächst auf 2016 verschoben, und jetzt ist er wahrscheinlich aufgrund des jüngsten Unfalls mit Falcon 9 auf 2017 verschoben worden.und die freien sind bereits beendet, und Kommunikationsunterbrechungen beginnen wieder im System, insbesondere in der Äquatorregion, wo der Abstand zwischen den Satelliten maximal ist. Im Jahr 2010 unterzeichnete Iridium eine Vereinbarung mit SpaceX über einen Rekordwert von 492 Millionen US-Dollar für den Start von 70 Iridium NEXT-Satelliten der neuen Generation. Ursprünglich war der Start der ersten zehn Satelliten auf einer Falcon 9 FT-Rakete für 2015 geplant, wurde jedoch zunächst auf 2016 verschoben, und jetzt ist er wahrscheinlich aufgrund des jüngsten Unfalls mit Falcon 9 auf 2017 verschoben worden.Ursprünglich war der Start der ersten zehn Satelliten auf einer Falcon 9 FT-Rakete für 2015 geplant, wurde jedoch zunächst auf 2016 verschoben, und jetzt ist er wahrscheinlich aufgrund des jüngsten Unfalls mit Falcon 9 auf 2017 verschoben worden.Ursprünglich war der Start der ersten zehn Satelliten auf einer Falcon 9 FT-Rakete für 2015 geplant, wurde jedoch zunächst auf 2016 verschoben, und jetzt ist er wahrscheinlich aufgrund des jüngsten Unfalls mit Falcon 9 auf 2017 verschoben worden.

Das Iridium-Kommunikationssystem bietet Sprachkommunikation mit einer Geschwindigkeit von 2,2 bis 3,8 Kilobit pro Sekunde (sehr starke Komprimierung wird verwendet) und einer durchschnittlichen Verzögerung von 1,8 Sekunden. Bei der Datenübertragung beträgt die Geschwindigkeit ungefähr 2,2 Kilobit pro Sekunde. Text oder HTML können jedoch mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 kbit / s übertragen werden. Sie versprechen, dass die Datenübertragungsrate von Iridium NEXT bis zu 1,5 Megabit pro Sekunde betragen wird. Satellitenkommunikation ist nicht billig - eine Minute Gespräch von einem Iriduim-Telefon wird auf 0,75 bis 1,5 US-Dollar geschätzt, und Anrufe von einem Festnetz- oder Mobiltelefon zum Satelliten können bis zu 4 US-Dollar pro Minute kosten. Außerdem müssen Sie für den Anruf das Gebäude verlassen - Telefone können die Decken nicht durchbrechen. Aber für diejenigen, die an Orten arbeiten, die von der Zivilisation entfernt sind, sind diese Mängel nicht prinzipiell - die Möglichkeit, das "Festland" zu kontaktieren, überwiegt im Prinzip die Unannehmlichkeiten.

Fazit

Es macht kaum Sinn, über die Gründe für das Auftreten solcher monströsen Projekte zu spekulieren. Vielleicht möchte Musk die Aufmerksamkeit von den Problemen mit dem jüngsten Unfall ablenken. Vielleicht überschätzt er seine Fähigkeiten sehr ernsthaft. Die wahrscheinlich pragmatischere Version ist, dass es eine banale PR ist, die ganze Welt in Bewunderung und Erwartung neuer Wunder zu halten. Wenn wir die Gründe für die sichtbaren Entscheidungen herausfinden, wird es nicht bald sein. Aber wie beim jüngsten Mars-Projekt kann die Idee, 4425 Satelliten im Orbit zu unterstützen, nur in einer sehr verkürzten Version verwirklicht werden. Im Gegensatz zur Kolonialisierung des Mars kann es jedoch durchaus zu Einnahmen von Kunden kommen.