🏴󠁧󠁢󠁷󠁬󠁳󠁿 🎻 📐 Otro proyecto gigantesco de SpaceX, aritmética y sentido común. 👨🏿‍🍳 👵🏿 🐘

La semana pasada, SpaceX causó sensación al presentar una solicitud a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. Para obtener permiso para lanzar 4425 satélites. Si lee el documento detenidamente, dice "4425 satélites (más hasta dos satélites de repuesto para cada plano orbital)", es decir, en 83 planos orbitales, la constelación de satélites tendrá que hacer un máximo de 4591 satélites. Esos números enormes no tienen análogos entre los sistemas satelitales existentes y generan dudas razonables sobre la viabilidad del proyecto. Tratemos de resolverlo.

Información general

La aplicación SpaceX está disponible públicamente en el sitio web de la FCC, cualquiera puede descargarla en su totalidad y familiarizarse. Citaré los puntos más importantes a partir de ahí. Las etapas de creación de una constelación de satélites, los planos orbitales, el número de satélites, la altura de las órbitas y sus inclinaciones se indican en la tabla: las

dimensiones y el peso del satélite se muestran en otra tabla en el capítulo sobre el descenso de los satélites desde la órbita.

Los satélites están diseñados para que los suscriptores terrestres solo trabajen con dispositivos ubicados a más de 40 ° sobre el horizonte, y el radio de visibilidad del satélite de esta manera será de 1060 km.

Aritmética

Para comprender la escala, aproximadamente cuatro mil quinientos satélites están ahora en órbita, de los cuales aproximadamente mil quinientos están operativos. Si el proyecto Mask se implementa completamente, la cantidad de satélites en funcionamiento aumentará cuatro veces.

La aplicación indica el período de existencia activa de un satélite de 5 a 7 años. En consecuencia, la constelación ya desplegada tendrá que reponerse cada año con 632 a 885 satélites. Intentemos volver a calcular este número en los lanzamientos de vehículos de lanzamiento Falcon 9. Pero no podemos simplemente tomar y dividir la capacidad de carga oficial del Falcon 9 de 22800 kg por la masa del satélite especificada en la aplicación de 386 kg. En primer lugar, dicha carga útil está indicada para una órbita terrestre baja de 200 km de altura. La órbita de trabajo de los satélites de comunicación SpaceX es de 1110 a 1135 km, lo que requiere combustible adicional. Dependiendo del diseño, cerca de los parámetros de la órbita síncrona solar con una altura de 600-800 km, los vehículos de lanzamiento lanzan de 1/2 a 3/4 de su carga útil en una órbita terrestre baja. En segundo lugarSe indica una carga útil de 22.800 kg para una versión única de la primera etapa. Si deja el suministro de combustible para aterrizar en la primera etapa, entonces la masa de la carga útil caerá. Falcon 9 no tenía cargas muy pesadas en órbita terrestre baja (DOE), pero el peso de salida de casi cinco toneladas en una órbita de transición geográfica puede estimar aproximadamente la carga útil máxima de 15 toneladas en DOE, y tomar 2/3 de esta como el promedio entre 1/2 y 3/4, ingrese aproximadamente 10 toneladas en la órbita objetivo de los satélites de comunicación. Nuestros cálculos se confirman por el hecho de que está previsto colocar 10 satélites Iridium NEXT que pesen 900 kg cada uno en una órbita polar cercana. Reste de 10 toneladas, de forma manual, una tonelada por dispensador, lo que generará los satélites en sus lugares en órbita, y dividiendo 9 toneladas por la masa de un satélite en 386 kg,obtenemos la carga útil teórica máxima de 23 satélites por lanzamiento Falcon 9 FT. Por lo tanto, para lanzar 632-885 satélites, necesitamos 28-39 lanzamientos por año. Es decir, en el mejor de los casos, un cohete tendrá que comenzar de 2 a 4 veces al mes para que el sistema de satélite continúe funcionando. Pero usted y yo no tomamos en cuenta el tamaño de los satélites en absoluto; el hecho es que 23 de estos satélites de ninguna manera caben en el vehículo de lanzamiento.

Abrimos las instrucciones de carga útil para el cohete Falcon 9 y en la página 36 vemos las dimensiones del carenado del cabezal:

De la tabla de arriba, sabemos la longitud, el ancho y la altura del satélite: 4.0x1.8x1.2 metros. Y si comenzamos a colocarlos en el carenado, entonces es imposible colocar más de dos filas de 4 metros de altura, y no se pueden colocar más de 4 satélites en una fila: por lo

tanto, no podemos colocar más de 8 satélites en un cohete. Y para 632-885 satélites por año, para mantener el sistema en condiciones de funcionamiento, necesitamos 79-111 lanzamientos, de uno y medio a dos lanzamientos por semana. Y para tener algo que lanzar, necesitaremos instalaciones de fábrica capaces de producir 1.7-2.4 satélites por día.

Si SpaceX quiere desplegar al menos la primera etapa de un sistema de 1600 satélites en un año, entonces tendrán que lanzar 4 cohetes por semana. Incluso si implementa la primera fase de 4 años, deberá lanzar un cohete por semana y producir más de un satélite por día. Esta intensidad de las operaciones de producción y lanzamiento es un orden de magnitud mayor que lo que observamos en la exploración espacial real.

No es rápido, no es móvil y no es gratis

El área de EE. UU. Sin Alaska cabe en un rectángulo de 5000x2500 km, y 6 satélites serían suficientes para su cobertura total. Pero debido al hecho de que los satélites estarán a una altitud de aproximadamente mil kilómetros, se moverán con bastante rapidez, y deberían colocarse otros nuevos en lugar de los que salen del horizonte. En principio, para una cobertura continua de los Estados Unidos (y, al mismo tiempo, otros países entre 50 ° de latitud norte y 50 ° de latitud sur), serían suficientes alrededor de 100-150 satélites, obviamente, los números 1600 de la primera etapa y 4425 agrupaciones completas sugieren que los satélites funcionarán en un territorio más pequeño en un orden de magnitud, con un radio de aproximadamente 100-300 km. Pero la ironía es que en áreas densamente pobladas, incluso esa área representará un gran número de personas. Cuantos más clientes haya por satélite, menos velocidad obtendrán todos,por lo tanto, la velocidad de gigabit solo se puede lograr en principio con un pequeño número de usuarios. La aplicación establece que los satélites intercambiarán información en el rango óptico entre ellos. Hoy en día, esta tecnología está al nivel de los experimentos individuales, y aunque promete una mayor velocidad que el alcance de la radio, requerirá el desarrollo y la producción de equipos nuevos y sofisticados, por lo que los satélites no funcionarán de manera barata. La aplicación también afirma que para la primera etapa del sistema satelital, se construirán 200 estaciones terrestres para recibir / transmitir datos a Internet terrestre y 2 MCC para controlar la constelación satelital. Las inversiones en satélites y equipos terrestres tendrán que ascender a decenas de miles de millones de dólares, por lo que no hay esperanza real.que dicho Internet se entregará de forma gratuita. Y finalmente, los satélites se comunicarán con los usuarios en las bandas Ku y Ka, y las antenas móviles para esta banda son aquellas que se pueden instalar, por ejemplo, en un automóvil.

Ka-

Ku-

Dado que los satélites se mueven, las antenas tendrán que acompañarlos, lo que requiere antenas costosas con un sistema de guía, o tener un patrón de haz con un ángulo de cono de 100 ° hacia arriba, lo que probablemente los haga aún más voluminosos. Si recuerda los teléfonos satelitales, se distinguieron por antenas grandes, mientras trabajaban en una banda diferente (banda L) y proporcionaban baja velocidad (voz, SMS e Internet de baja velocidad). Y, por último, no olvide que incluso en el mejor de los casos, cuando la señal del usuario ingresa al nodo terrestre a través de un solo satélite, tendrá que cubrir unos 3000 km en un sentido (1000 km al satélite * sqr (2) * 2 ) y la misma distancia tendrá que ir la respuesta. Esto, por supuesto, es mejor que 36,000 km de ida a la órbita geoestacionaria,pero el retraso en hablar a través de un teléfono satelital es notable a nivel de la percepción humana y, por supuesto, Internet por cable o celular será significativamente más rápido. En general, si alguien de repente logra alegrarse de que el sistema de comunicación SpaceX proporcione Internet gigabit gratis a todos los teléfonos inteligentes, entonces este es un error muy fuerte.

Ya estado

Es curioso que ya existieran noticias similares. Por ejemplo, en 2014, las agencias de noticias escribieron que Musk quiere, al lanzar 700 satélites que pesan 100 kg, proporcionar Internet a todos. Como vemos, en los últimos dos años, tanto la masa como el número de satélites se han vuelto aún mayores. Incluso es curioso esperar un par de años más y ver qué novedades nos esperan en la región de 2019, para las cuales, según la aplicación, está previsto el despliegue del grupo.

Pero en realidad

De los sistemas existentes, el sistema de comunicación satelital Iridium es el más similar en términos de parámetros de órbita, el número de satélites y el propósito del proyecto SpaceX. A principios de la década de 1990, apareció la idea de 77 satélites que estarían en órbitas polares y proporcionarían una cobertura continua de toda la superficie de la Tierra. De 77, nació el nombre del sistema: el elemento químico iridio tiene el número atómico 77. Pero ya en el proceso de desarrollo, el número requerido de satélites se redujo a 66. El ambicioso programa fue apoyado por uno de los líderes de los sistemas de comunicación: Motorola. Para la producción de satélites, se utilizó una solución innovadora: una suspensión especial de varios ejes, que permitió ensamblar un satélite en semanas en lugar de meses y reducir su costo a "solo" $ 5 millones.

Los primeros satélites se lanzaron en 1997, y en 1998, el vicepresidente de los Estados Unidos, Al Gore, sostuvo una primera conversación histórica. Pero, hasta que el sistema se implementó por completo, la comunicación se interrumpió constantemente. Además, el costo de la llamada era alto, los teléfonos satelitales eran caros y voluminosos, y la administración cometió errores. Como resultado, en agosto de 1999, Iridium SSC se declaró en bancarrota. En 2000, la compañía solo tenía empleados responsables de sacar los satélites de la órbita. Un sueño brillante por valor de alrededor de $ 7 mil millones se acercaba a un final sin gloria. La situación fue salvada por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, que propuso un contrato de comunicaciones por $ 100 millones al año, y un grupo de inversores privados que compraron activos por $ 35 millones. En 2001, Iridium nació de nuevo.Para llegar al punto de equilibrio, se requirieron 60 mil clientes. Para 2007, su número superó los 160 mil. En este momento, los satélites iniciales están fallando gradualmente debido a la vejez, y los satélites de reserva ya han terminado, y las interrupciones de comunicación comienzan nuevamente en el sistema, especialmente en la región del ecuador, donde la distancia entre los satélites es máxima. En 2010, Iridium firmó un acuerdo con SpaceX a un precio récord de $ 492 millones para lanzar 70 satélites Iridium NEXT de nueva generación. Inicialmente, el lanzamiento de los primeros diez satélites en un cohete Falcon 9 FT se planeó para 2015, pero primero se mudó a 2016, y ahora probablemente se mudó a 2017 debido al reciente accidente de Falcon 9.y los de repuesto ya han terminado, y las interrupciones de comunicación comienzan nuevamente en el sistema, especialmente en la región del ecuador, donde la distancia entre los satélites es máxima. En 2010, Iridium firmó un acuerdo con SpaceX a un precio récord de $ 492 millones para lanzar 70 satélites Iridium NEXT de nueva generación. Inicialmente, el lanzamiento de los primeros diez satélites en un cohete Falcon 9 FT fue planeado para 2015, pero primero se mudó a 2016, y ahora probablemente se mudó a 2017 debido al reciente accidente de Falcon 9.y los de repuesto ya han terminado, y las interrupciones de comunicación comienzan nuevamente en el sistema, especialmente en la región del ecuador, donde la distancia entre los satélites es máxima. En 2010, Iridium firmó un acuerdo con SpaceX a un precio récord de $ 492 millones para lanzar 70 satélites Iridium NEXT de nueva generación. Inicialmente, el lanzamiento de los primeros diez satélites en un cohete Falcon 9 FT se planeó para 2015, pero primero se mudó a 2016, y ahora probablemente se mudó a 2017 debido al reciente accidente de Falcon 9.Inicialmente, el lanzamiento de los primeros diez satélites en un cohete Falcon 9 FT fue planeado para 2015, pero primero se mudó a 2016, y ahora probablemente se mudó a 2017 debido al reciente accidente de Falcon 9.Inicialmente, el lanzamiento de los primeros diez satélites en un cohete Falcon 9 FT se planeó para 2015, pero primero se mudó a 2016, y ahora probablemente se mudó a 2017 debido al reciente accidente de Falcon 9.

El sistema de comunicación Iridium proporciona comunicación de voz a una velocidad de 2.2-3.8 kilobits por segundo (se utiliza una compresión muy fuerte) y un retraso promedio de 1.8 segundos. Al transferir datos, la velocidad es de aproximadamente 2.2 kilobits por segundo, pero el texto o HTML se pueden transmitir a una velocidad de hasta 10 kbit / s. Prometen que la velocidad de transferencia de datos de Iridium NEXT será de hasta 1,5 megabits por segundo. Las comunicaciones por satélite no son baratas: un minuto de conversación desde un teléfono Iriduim se estima en $ 0.75-1.5, y las llamadas desde un teléfono fijo o móvil al satélite pueden costar hasta $ 4 por minuto. Además, para la llamada debe abandonar el edificio: los teléfonos no pueden atravesar los techos. Pero para quienes trabajan en lugares alejados de la civilización, estas deficiencias no tienen principios: la posibilidad, en principio, de contactar con el "continente" supera las molestias.

Conclusión

Apenas tiene sentido especular sobre los motivos de la aparición de proyectos tan monstruosos. Quizás Musk quiera desviar la atención de los problemas con el reciente accidente. Tal vez está sobreestimando muy en serio sus capacidades. La versión pragmática más probable es que es una RP banal mantener al mundo entero en admiración y expectativa de nuevos milagros. Si descubrimos los motivos de las decisiones visibles, no será pronto. Pero, al igual que con el reciente proyecto marciano , la idea de soportar 4425 satélites en órbita solo puede realizarse en una versión muy truncada. En el cual, sin embargo, a diferencia de la colonización de Marte, puede haber ingresos de los clientes.