🔃 🥒 👨🏿 Un autre gigantesque projet SpaceX, arithmétique et bon sens 🦀 💍 🔫

La semaine dernière, SpaceX a fait une autre sensation en soumettant une demande à la Federal Communications Commission (FCC) américaine pour l'autorisation de lancer 4425 satellites. Si vous lisez attentivement le document, il est écrit «4425 satellites (plus jusqu'à deux satellites de rechange pour chaque plan orbital)», c'est-à-dire que sur 83 plans orbitaux, la constellation de satellites devra faire un maximum de 4591 satellites. De tels nombres énormes n'ont pas d'analogues parmi les systèmes à satellites existants et soulèvent des doutes raisonnables quant à la faisabilité du projet. Essayons de le comprendre.

Informations générales

L'application SpaceX est accessible au public sur le site Web de la FCC, n'importe qui peut la télécharger dans son intégralité et en prendre connaissance. Je citerai les points les plus importants à partir de là. Les étapes de création d'une constellation de satellites, les plans orbitaux, le nombre de satellites, la hauteur des orbites et leurs inclinaisons sont indiqués dans le tableau:

Les dimensions et le poids du satellite sont indiqués dans un autre tableau du chapitre sur la descente des satellites en orbite.

Les satellites sont conçus pour que les abonnés terrestres ne fonctionnent qu'avec des appareils situés au-dessus de 40 ° au-dessus de l'horizon, et le rayon de visibilité du satellite de cette manière sera de 1060 km.

Arithmétique

Pour comprendre l'échelle, environ quatre mille cinq cent mille satellites sont maintenant en orbite, dont un millier et demi sont opérationnels. Si le projet Mask est entièrement mis en œuvre, le nombre de satellites en fonctionnement augmentera quatre fois.

L'application indique la période d'existence active d'un satellite de 5 à 7 ans. En conséquence, la constellation déjà déployée devra être reconstituée chaque année avec de 632 à 885 satellites. Essayons de recalculer ce nombre dans les lancements de lanceurs Falcon 9. Mais nous ne pouvons pas simplement prendre et diviser la capacité de charge officielle du Falcon 9 de 22800 kg par la masse satellite spécifiée dans l'application de 386 kg. Tout d'abord, une telle charge utile est indiquée pour une orbite terrestre basse de 200 km de haut. L'orbite de travail des satellites de communication SpaceX est de 1110 à 1135 km, ce qui nécessite du carburant supplémentaire. Selon la conception, en proche des paramètres orbite héliosynchrone avec une hauteur de 600-800 km, les lanceurs lancent de 1/2 à 3/4 de leur charge utile sur une orbite terrestre basse. Deuxièmementune charge utile de 22 800 kg est indiquée pour une version unique du premier étage. Si vous quittez l'alimentation en carburant pour l'atterrissage de la première étape, la masse de la charge utile tombera. Le Falcon 9 n'avait pas de charges très lourdes en orbite terrestre basse (DOE), mais le poids de sortie de près de cinq tonnes dans une orbite de géo-transition peut très approximativement estimer la charge utile maximale de 15 tonnes en DOE, et en prenant 2/3 de la moyenne entre 1/2 et 3/4, placez environ 10 tonnes dans l'orbite cible des satellites de communication. Nos calculs sont confirmés par le fait qu'il est prévu de placer 10 satellites Iridium NEXT pesant 900 kg chacun sur une orbite polaire étroite. Soustraire de 10 tonnes, à la main, une tonne par distributeur, ce qui multipliera les satellites à leur place en orbite, et en divisant 9 tonnes par la masse d'un satellite en 386 kg,nous obtenons la charge utile théorique maximale de 23 satellites par lancement Falcon 9 FT. Ainsi, pour lancer 632-885 satellites, nous avons besoin de 28-39 lancements par an. Autrement dit, dans le meilleur des cas, une fusée devra démarrer 2 à 4 fois par mois pour que le système satellite continue de fonctionner. Mais vous et moi n'avons pas du tout pris en compte la taille des satellites - le fait est que 23 de ces satellites ne pourront en aucun cas être installés sur le lanceur.

Nous ouvrons l'instruction de charge utile pour la fusée Falcon 9 et à la page 36, nous voyons les dimensions du carénage de tête:

Du tableau ci-dessus, nous connaissons la longueur, la largeur et la hauteur du satellite - 4,0x1,8x1,2 mètres. Et si nous commençons à les disposer dans le carénage, il est impossible de mettre plus de deux rangées de 4 mètres de haut, et vous ne pouvez pas placer plus de 4 satellites sur une rangée:

Ainsi, nous ne pouvons pas placer plus de 8 satellites sur une fusée. Et pour 632 à 885 satellites par an, pour maintenir le système en état de marche, nous avons besoin de 79 à 111 lancements - un an et demi à deux lancements par semaine. Et pour avoir quelque chose à lancer, nous aurons besoin d'installations d'usine capables de produire 1,7 à 2,4 satellites par jour.

Si SpaceX veut déployer au moins la première étape d'un système de 1600 satellites en un an, alors ils devront lancer 4 fusées par semaine. Même si vous déployez la première phase de 4 ans, vous devrez lancer une fusée par semaine et produire plus d'un satellite par jour. Cette intensité des opérations de production et de lancement est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à ce que nous avons observé dans l'exploration spatiale réelle.

Ni rapide, ni mobile, ni gratuit

La zone américaine sans l'Alaska s'inscrit dans un rectangle de 5000x2500 km, et 6 satellites suffiraient pour sa couverture complète. Mais du fait que les satellites seront à une altitude d'environ mille kilomètres, ils se déplaceront assez rapidement, et de nouveaux devraient remplacer ceux qui quittent l'horizon. En principe, pour une couverture continue des États-Unis (et, en même temps, d'autres pays entre 50 ° de latitude nord et 50 ° de latitude sud), environ 100-150 satellites suffiraient, évidemment, les numéros 1600 de la première étape et 4425 groupements complets suggèrent que les satellites fonctionneront sur un territoire plus petit d'un ordre de grandeur, avec un rayon d'environ 100-300 km. Mais l'ironie est que dans les zones densément peuplées, même une telle zone représentera un très grand nombre de personnes. Plus il y a de clients par satellite, moins tout le monde obtiendra de vitesse,par conséquent, la vitesse en gigabit ne peut être atteinte en principe qu'avec un petit nombre d'utilisateurs. L'application indique que les satellites échangeront des informations dans le domaine optique entre eux. Aujourd'hui, cette technologie est au niveau des expériences individuelles, et bien qu'elle promette une vitesse supérieure à la portée radio, elle nécessitera le développement et la production d'équipements nouveaux et sophistiqués, de sorte que les satellites ne fonctionneront pas à bon marché. La demande affirme également que pour la première étape du système par satellite, 200 stations au sol seront construites pour recevoir / transmettre des données à l'Internet terrestre et 2 MCC pour contrôler la constellation de satellites. Les investissements dans les satellites et les équipements au sol eux-mêmes devront s'élever à des dizaines de milliards de dollars, il n'y a donc pas de réel espoir.qu'un tel Internet sera distribué gratuitement. Enfin, les satellites communiqueront avec les utilisateurs des bandes Ku et Ka, et les antennes mobiles pour cette bande sont celles qui peuvent être installées, par exemple, sur une voiture.

Ka-

Ku-

Étant donné que les satellites se déplacent, les antennes devront soit les accompagner, ce qui nécessite des antennes coûteuses avec un système de guidage, soit avoir un diagramme de faisceau avec un angle de cône de 100 ° vers le haut, ce qui risque de les rendre encore plus encombrants. Si vous vous souvenez des téléphones par satellite, ils se distinguaient par de grandes antennes, tout en travaillant dans une bande différente (bande L) et en fournissant une faible vitesse (voix, SMS et Internet bas débit). Et enfin, n'oubliez pas que même dans le meilleur des cas, lorsque le signal de l'utilisateur entre dans le nœud terrestre via un seul satellite, il devra parcourir environ 3000 km dans un sens (1000 km vers le satellite * sqr (2) * 2 ) et la même distance devra aller la réponse. Bien sûr, cela vaut mieux que 36 000 km dans un sens vers l'orbite géostationnaire,mais le retard dans la conversation avec un téléphone satellite est perceptible au niveau de la perception humaine, et, bien sûr, l'Internet filaire ou cellulaire sera beaucoup plus rapide. En général, si quelqu'un a soudainement réussi à se réjouir que le système de communication SpaceX fournisse un accès gigabit gratuit à tous les smartphones, alors c'est une idée fausse très forte.

Déjà été

Il est curieux que des nouvelles similaires existaient déjà. Par exemple, en 2014, les agences de presse ont écrit que Musk veut, en lançant 700 satellites de 100 kg, fournir à tout le monde Internet. Comme nous le voyons, au cours des deux dernières années, la masse et le nombre de satellites sont devenus encore plus importants. Il est même curieux d'attendre quelques années de plus et de voir quelles nouvelles nous attendent dans la région 2019, pour laquelle, selon l'application, le déploiement du groupe est prévu.

Mais en réalité

Parmi les systèmes existants, le système de communication par satellite Iridium est le plus similaire en termes de paramètres d'orbite, le nombre de satellites et l'objectif du projet SpaceX. Au début des années 1990, l'idée de 77 satellites est apparue qui serait sur des orbites polaires et fournirait une couverture continue de toute la surface de la Terre. Sur 77, le nom du système est né - l'élément chimique iridium a le numéro atomique 77. Mais déjà en cours de développement, le nombre requis de satellites a été réduit à 66. Le programme ambitieux a été soutenu par l'un des leaders des systèmes de communication de l'époque - Motorola. Pour la production de satellites, une solution innovante a été utilisée - une suspension multi-axes spéciale, qui a permis d'assembler un satellite en quelques semaines plutôt qu'en quelques mois et de réduire son coût à "seulement" 5 millions de dollars.

Les premiers satellites ont été lancés en 1997 et, en 1998, le vice-président américain Al Gore a eu une première conversation historique. Mais jusqu'à ce que le système soit entièrement déployé, la communication était constamment interrompue. De plus, le coût de l'appel était élevé, les téléphones par satellite étaient chers et encombrants et la direction a fait des erreurs. En conséquence, en août 1999, Iridium SSC a déposé son bilan. En 2000, l'entreprise ne comptait que des employés chargés de sortir les satellites de l'orbite. Un rêve brillant d'une valeur d'environ 7 milliards de dollars touchait à sa fin sans gloire. La situation a été sauvée par le département américain de la Défense, qui a proposé un contrat de communication de 100 millions de dollars par an, et un groupe d'investisseurs privés qui ont acheté des actifs pour 35 millions de dollars. En 2001, Iridium est né de nouveau.Pour atteindre le seuil de rentabilité, 60 000 clients étaient nécessaires. En 2007, leur nombre dépassait 160 000. À l'heure actuelle, les satellites initiaux échouent progressivement en raison de la vieillesse, et les satellites de rechange sont déjà terminés, et les interruptions de communication recommencent dans le système, en particulier dans la région de l'équateur, où la distance entre les satellites est maximale. En 2010, Iridium a signé un accord avec SpaceX à un montant record de 492 millions de dollars pour lancer 70 satellites Iridium NEXT de nouvelle génération. Initialement, le lancement des dix premiers satellites sur une fusée Falcon 9 FT était prévu pour 2015, mais a d'abord déménagé en 2016, et maintenant il est probablement passé à 2017 en raison du récent accident du Falcon 9.et les pièces de rechange sont déjà terminées, et les interruptions de communication recommencent dans le système, en particulier dans la région de l'équateur, où la distance entre les satellites est maximale. En 2010, Iridium a signé un accord avec SpaceX à un montant record de 492 millions de dollars pour lancer 70 satellites Iridium NEXT de nouvelle génération. Initialement, le lancement des dix premiers satellites sur une fusée Falcon 9 FT était prévu pour 2015, mais a d'abord déménagé en 2016, et maintenant il est probablement passé à 2017 en raison du récent accident du Falcon 9.et les pièces de rechange sont déjà terminées, et les interruptions de communication recommencent dans le système, en particulier dans la région de l'équateur, où la distance entre les satellites est maximale. En 2010, Iridium a signé un accord avec SpaceX à un montant record de 492 millions de dollars pour lancer 70 satellites Iridium NEXT de nouvelle génération. Initialement, le lancement des dix premiers satellites sur une fusée Falcon 9 FT était prévu pour 2015, mais a d'abord déménagé en 2016, et maintenant il est probablement passé à 2017 en raison du récent accident du Falcon 9.Initialement, le lancement des dix premiers satellites sur une fusée Falcon 9 FT était prévu pour 2015, mais a d'abord déménagé en 2016, et maintenant il est probablement passé à 2017 en raison du récent accident du Falcon 9.Initialement, le lancement des dix premiers satellites sur une fusée Falcon 9 FT était prévu pour 2015, mais a d'abord déménagé en 2016, et maintenant il est probablement passé à 2017 en raison du récent accident du Falcon 9.

Le système de communication Iridium fournit une communication vocale à une vitesse de 2,2-3,8 kilobits par seconde (une compression très forte est utilisée) et un retard moyen de 1,8 seconde. Lors du transfert de données, la vitesse est d'environ 2,2 kilobits par seconde, mais le texte ou le HTML peut être transmis à une vitesse allant jusqu'à 10 kbit / s. Ils promettent que le taux de transfert de données d'Iridium NEXT atteindra 1,5 mégabits par seconde. Les communications par satellite ne sont pas bon marché - une minute de conversation à partir d'un téléphone Iriduim est estimée à 0,75-1,5 $, et les appels depuis un téléphone fixe ou mobile vers un satellite peuvent coûter jusqu'à 4 $ par minute. De plus, pour l'appel, vous devez quitter le bâtiment - les téléphones ne peuvent pas percer les plafonds. Mais pour ceux qui travaillent dans des endroits éloignés de la civilisation, ces lacunes sont sans principes - la possibilité, en principe, de contacter le "continent" l'emporte sur les inconvénients.

Conclusion

Il n'est guère logique de spéculer sur les raisons de l'apparition de ces projets monstrueux. Musk veut peut-être détourner l'attention des problèmes du récent accident. Peut-être qu'il surestime très sérieusement ses capacités. La version pragmatique la plus probable est qu'il s'agit d'un PR banal de garder le monde entier dans l'admiration et l'attente de nouveaux miracles. Si nous découvrons les raisons des décisions visibles, ce ne sera pas pour bientôt. Mais, comme pour le récent projet martien , l'idée de soutenir 4425 satellites en orbite ne peut être réalisée que dans une version très tronquée. Dans lequel, cependant, contrairement à la colonisation de Mars, il pourrait bien y avoir des revenus de clients.