🐞 🔧 🕓 Proyek SpaceX raksasa lainnya, aritmatika dan akal sehat 🕵🏿 🍳 🤲🏻

Pekan lalu, SpaceX membuat sensasi lain dengan mengajukan permintaan kepada Komisi Komunikasi Federal AS (FCC) untuk izin meluncurkan 4425 satelit. Jika Anda membaca dokumen dengan seksama, dikatakan “4425 satelit (ditambah hingga dua satelit cadangan untuk setiap bidang orbit)”, yaitu, pada 83 pesawat orbit, konstelasi satelit harus membuat maksimum 4.591 satelit. Jumlah yang begitu besar tidak memiliki analog di antara sistem satelit yang ada dan menimbulkan keraguan yang masuk akal tentang kelayakan proyek. Mari kita coba mencari tahu.

Informasi umum

Aplikasi SpaceX tersedia untuk umum di situs web FCC, siapa pun dapat mengunduhnya secara keseluruhan dan berkenalan. Saya akan mengutip poin paling penting dari sana. Tahapan membuat konstelasi satelit, bidang orbit, jumlah satelit, ketinggian orbit dan kecenderungannya ditunjukkan dalam tabel:

Dimensi dan berat satelit ditunjukkan pada tabel lain dalam bab tentang penurunan satelit dari orbit.

Satelit dirancang sedemikian rupa sehingga pelanggan terestrial hanya akan bekerja dengan perangkat yang terletak di atas 40 ° di atas cakrawala, dan radius visibilitas satelit dengan cara ini adalah 1060 km

Aritmatika

Untuk memahami skala, sekitar empat setengah ribu satelit sekarang berada di orbit, di mana sekitar satu setengah ribu satelit beroperasi. Jika proyek Topeng sepenuhnya dilaksanakan, jumlah satelit yang bekerja akan meningkat empat kali lipat.

Aplikasi ini menunjukkan periode keberadaan aktif satu satelit dari 5 hingga 7 tahun. Dengan demikian, konstelasi yang sudah dikerahkan harus diisi ulang setiap tahun dengan dari 632 hingga 885 satelit. Mari kita coba untuk menghitung ulang angka ini dalam peluncuran kendaraan peluncuran Falcon 9. Tapi kita tidak bisa hanya mengambil dan membagi kapasitas pembawa resmi Falcon 9 dari 22800 kg dengan massa satelit yang ditentukan dalam aplikasi 386 kg. Pertama, muatan seperti itu diindikasikan untuk orbit Bumi rendah setinggi 200 km. Orbit kerja satelit komunikasi SpaceX adalah dari 1110 hingga 1135 km, yang membutuhkan bahan bakar tambahan. Bergantung pada desainnya, di dekat parameter orbit matahari-sinkron dengan ketinggian 600-800 km, peluncuran kendaraan diluncurkan dari 1/2 hingga 3/4 dari muatannya ke orbit Bumi rendah. Keduamuatan 22.800 kg diindikasikan untuk versi satu kali dari tahap pertama. Jika Anda meninggalkan pasokan bahan bakar untuk pendaratan tahap pertama, maka massa muatan akan jatuh. Falcon 9 tidak memiliki beban yang sangat berat di orbit Bumi rendah (DOE), tetapi bobot output hampir lima ton ke dalam orbit transisi geografis dapat memperkirakan perkiraan muatan maksimum 15 ton dalam DOE, dan mengambil 2/3 darinya sebagai rata-rata. antara 1/2 dan 3/4, dapatkan sekitar 10 ton ke dalam orbit target satelit komunikasi. Perhitungan kami dikonfirmasi oleh fakta bahwa direncanakan untuk menempatkan 10 satelit Iridium NEXT, masing-masing seberat 900 kg ke orbit kutub dekat. Kurangi dari 10 ton, begitu saja, satu ton per dispenser, yang akan membiakkan satelit di tempat mereka di orbit, dan membagi 9 ton dengan massa satu satelit dalam 386 kg,kami mendapatkan muatan teoritis maksimum 23 satelit per peluncuran Falcon 9 FT. Jadi, untuk meluncurkan 632-885 satelit, kita membutuhkan 28-39 peluncuran per tahun. Artinya, dalam kasus terbaik, satu roket harus mulai 2-4 kali sebulan hanya agar sistem satelit terus bekerja. Tetapi Anda dan saya sama sekali tidak memperhitungkan ukuran satelit - faktanya adalah 23 satelit tersebut tidak akan cocok dengan kendaraan peluncuran.

Kami membuka instruksi payload untuk roket Falcon 9 dan pada halaman 36 kita melihat dimensi fairing kepala:

Dari tabel di atas, kita tahu panjang, lebar dan tinggi satelit - 4,0x1,8x1,2 meter. Dan jika kita mulai meletakkannya di fairing, maka tidak mungkin untuk menempatkan lebih dari dua baris setinggi 4 meter, dan Anda tidak dapat menempatkan lebih dari 4 satelit dalam satu baris:

Dengan demikian, kita tidak dapat menempatkan lebih dari 8 satelit pada satu roket. Dan untuk 632-885 satelit per tahun, untuk mempertahankan sistem dalam kondisi kerja, kita membutuhkan 79-111 peluncuran - satu setengah hingga dua peluncuran per minggu. Dan untuk meluncurkan sesuatu, kita membutuhkan fasilitas pabrik yang mampu menghasilkan 1,7-2,4 satelit per hari.

Jika SpaceX ingin menggunakan setidaknya tahap pertama dari sistem 1600 satelit dalam setahun, maka mereka harus meluncurkan 4 roket per minggu. Bahkan jika Anda menggunakan fase pertama 4 tahun, Anda harus meluncurkan satu roket per minggu dan menghasilkan lebih dari satu satelit per hari. Intensitas operasi produksi dan peluncuran ini adalah urutan besarnya lebih besar dari apa yang kami amati dalam eksplorasi ruang nyata.

Tidak cepat, tidak mobile, dan tidak gratis

Wilayah AS tanpa Alaska cocok menjadi persegi panjang 5000x2500 km, dan 6 satelit akan cukup untuk cakupan penuh. Tetapi karena fakta bahwa satelit akan berada di ketinggian sekitar seribu kilometer, mereka akan bergerak cukup cepat, dan yang baru akan menggantikan mereka yang meninggalkan cakrawala. Pada prinsipnya, untuk cakupan berkelanjutan Amerika Serikat (dan, pada saat yang sama, negara-negara lain antara 50 ° Lintang Utara dan 50 ° Lintang Selatan), sekitar 100-150 satelit akan cukup, jelas, angka 1600 dari tahap pertama dan 4425 pengelompokan penuh menunjukkan bahwa satelit akan bekerja pada wilayah yang lebih kecil dengan urutan besarnya, dengan radius 100-300 km. Namun ironisnya adalah bahwa di daerah-daerah berpenduduk padat, bahkan daerah seperti itu akan terhitung sangat banyak. Semakin banyak pelanggan per satelit, semakin sedikit kecepatan yang didapat setiap orang,oleh karena itu, kecepatan gigabit pada prinsipnya hanya dapat dicapai dengan sejumlah kecil pengguna. Aplikasi menyatakan bahwa satelit akan bertukar informasi dalam rentang optik di antara mereka. Saat ini teknologi ini berada pada level percobaan individu, dan meskipun menjanjikan kecepatan yang lebih besar daripada jangkauan radio, teknologi ini akan membutuhkan pengembangan dan produksi peralatan baru dan canggih, sehingga satelit tidak akan bekerja dengan murah. Aplikasi ini juga mengklaim bahwa untuk tahap pertama sistem satelit, 200 stasiun darat akan dibangun untuk menerima / mengirimkan data ke Internet terestrial dan 2 MCC untuk mengendalikan konstelasi satelit. Investasi dalam satelit dan peralatan darat sendiri harus berjumlah puluhan miliar dolar, sehingga tidak ada harapan nyata.bahwa Internet semacam itu akan dibagikan secara gratis. Dan akhirnya, satelit akan berkomunikasi dengan pengguna di band Ku dan Ka, dan antena seluler untuk band ini adalah yang dapat dipasang, misalnya di mobil.

Ka-

Ku-

Mengingat bahwa satelit sedang bergerak, antena harus menyertainya, yang membutuhkan antena mahal dengan sistem panduan, atau memiliki pola balok dengan sudut kerucut 100 ° ke atas, yang kemungkinan membuatnya lebih besar. Jika Anda ingat telepon satelit, mereka dibedakan oleh antena besar, saat bekerja di band yang berbeda (L-band) dan menyediakan kecepatan rendah (suara, SMS dan Internet kecepatan rendah). Dan akhirnya, jangan lupa bahwa bahkan dalam kasus terbaik, ketika sinyal dari pengguna memasuki node ground melalui hanya satu satelit, ia harus menempuh sekitar 3000 km satu arah (1000 km ke satelit * sqr (2) * 2 ) dan jarak yang sama harus pergi jawabannya. Ini, tentu saja, lebih baik dari 36.000 km satu arah ke orbit geostasioner,tetapi keterlambatan berbicara melalui telepon satelit terlihat pada tingkat persepsi manusia, dan, tentu saja, Internet kabel atau seluler akan secara signifikan lebih cepat. Secara umum, jika seseorang tiba-tiba berhasil bersukacita bahwa sistem komunikasi SpaceX akan menyediakan Internet gigabit gratis untuk setiap smartphone, maka ini adalah kesalahpahaman yang sangat kuat.

Sudah

Sangat mengherankan bahwa berita serupa sudah ada. Misalnya, pada tahun 2014, kantor-kantor berita menulis bahwa Musk ingin, dengan meluncurkan 700 satelit dengan berat 100 kg, untuk menyediakan semua orang dengan Internet. Seperti yang kita lihat, selama dua tahun terakhir, massa dan jumlah satelit menjadi lebih besar. Bahkan penasaran untuk menunggu beberapa tahun lagi dan melihat berita apa yang akan menunggu kita di wilayah 2019, yang menurut aplikasi, awal penyebaran kelompok direncanakan.

Namun dalam kenyataannya

Dari sistem yang ada, sistem komunikasi satelit Iridium paling mirip dalam hal parameter orbit, jumlah satelit dan tujuan proyek SpaceX. Pada awal 1990-an, gagasan 77 satelit muncul yang akan berada di orbit kutub dan memberikan cakupan terus menerus dari seluruh permukaan Bumi. Dari 77, nama sistem lahir - elemen kimia iridium memiliki nomor atom 77. Tetapi sudah dalam proses pengembangan, jumlah satelit yang diperlukan berkurang menjadi 66. Program ambisius didukung oleh salah satu pemimpin saat itu dalam sistem komunikasi - Motorola. Untuk produksi satelit, solusi inovatif digunakan - suspensi multi-sumbu khusus, yang memungkinkan untuk merakit satelit dalam beberapa minggu daripada bulan dan mengurangi biaya menjadi "hanya" $ 5 juta.

Satelit pertama diluncurkan pada tahun 1997, dan pada tahun 1998, Wakil Presiden AS Al Gore mengadakan percakapan pertama yang bersejarah. Tetapi, sampai sistem sepenuhnya dikerahkan, komunikasi terus terputus. Selain itu, biaya panggilan tinggi, telepon satelit mahal dan besar, dan manajemen membuat kesalahan. Akibatnya, pada Agustus 1999, Iridium SSC mengajukan kebangkrutan. Pada tahun 2000, perusahaan hanya memiliki karyawan yang bertanggung jawab untuk mengeluarkan satelit dari orbit. Mimpi cemerlang yang bernilai sekitar $ 7 miliar mendekati akhir yang memalukan. Situasi ini diselamatkan oleh Departemen Pertahanan AS, yang mengusulkan kontrak untuk komunikasi sebesar $ 100 juta per tahun, dan sekelompok investor swasta yang membeli aset sebesar $ 35 juta. Pada tahun 2001, Iridium dilahirkan kembali.Untuk mencapai titik impas, dibutuhkan 60 ribu pelanggan. Pada 2007, jumlahnya melebihi 160 ribu. Saat ini, satelit awal secara bertahap gagal karena usia tua, dan satelit cadangan sudah berakhir, dan gangguan komunikasi mulai lagi dalam sistem, terutama di wilayah khatulistiwa, di mana jarak antara satelit maksimum. Pada 2010, Iridium menandatangani perjanjian dengan SpaceX dengan rekor $ 492 juta untuk meluncurkan 70 satelit Iridium NEXT generasi baru. Awalnya, peluncuran sepuluh satelit pertama dengan satu roket Falcon 9 FT direncanakan untuk tahun 2015, tetapi pertama kali pindah ke 2016, dan sekarang mungkin telah pindah ke 2017 karena kecelakaan Falcon 9 baru-baru ini.dan yang cadangan telah berakhir, dan gangguan komunikasi mulai lagi dalam sistem, terutama di wilayah khatulistiwa, di mana jarak antara satelit maksimum. Pada 2010, Iridium menandatangani perjanjian dengan SpaceX dengan rekor $ 492 juta untuk meluncurkan 70 satelit Iridium NEXT generasi baru. Awalnya, peluncuran sepuluh satelit pertama dengan satu roket Falcon 9 FT direncanakan untuk tahun 2015, tetapi pertama kali pindah ke 2016, dan sekarang mungkin telah pindah ke 2017 karena kecelakaan Falcon 9 baru-baru ini.dan yang cadangan telah berakhir, dan gangguan komunikasi mulai lagi dalam sistem, terutama di wilayah khatulistiwa, di mana jarak antara satelit maksimum. Pada 2010, Iridium menandatangani perjanjian dengan SpaceX dengan rekor $ 492 juta untuk meluncurkan 70 satelit Iridium NEXT generasi baru. Awalnya, peluncuran sepuluh satelit pertama dengan satu roket Falcon 9 FT direncanakan untuk tahun 2015, tetapi pertama kali pindah ke 2016, dan sekarang mungkin telah pindah ke 2017 karena kecelakaan Falcon 9 baru-baru ini.Awalnya, peluncuran sepuluh satelit pertama dengan satu roket Falcon 9 FT direncanakan untuk tahun 2015, tetapi pertama kali pindah ke 2016, dan sekarang mungkin telah pindah ke 2017 karena kecelakaan Falcon 9 baru-baru ini.Awalnya, peluncuran sepuluh satelit pertama dengan satu roket Falcon 9 FT direncanakan untuk tahun 2015, tetapi pertama kali pindah ke 2016, dan sekarang mungkin telah pindah ke 2017 karena kecelakaan Falcon 9 baru-baru ini.

Sistem komunikasi Iridium menyediakan komunikasi suara pada kecepatan 2,2-3,8 kilobit per detik (kompresi sangat kuat digunakan) dan penundaan rata-rata 1,8 detik. Saat mentransfer data, kecepatannya sekitar 2,2 kilobit per detik, tetapi teks atau HTML dapat ditransmisikan dengan kecepatan hingga 10 kbit / dtk. Mereka berjanji bahwa kecepatan transfer data Iridium NEXT akan mencapai 1,5 megabit per detik. Komunikasi satelit tidak murah - bicara sebentar dari telepon Iriduim diperkirakan $ 0,75-1,5, dan panggilan dari telepon rumah atau ponsel ke satelit dapat berharga hingga $ 4 per menit. Selain itu, untuk panggilan Anda harus meninggalkan gedung - telepon tidak dapat menembus langit-langit. Tetapi bagi mereka yang bekerja di tempat-tempat yang jauh dari peradaban, kekurangan-kekurangan ini tidak berprinsip - kemungkinan, pada prinsipnya, untuk menghubungi "daratan" lebih besar daripada ketidaknyamanan ini.

Kesimpulan

Hampir tidak masuk akal untuk berspekulasi tentang alasan kemunculan proyek-proyek raksasa semacam itu. Mungkin Musk ingin mengalihkan perhatian dari masalah dengan kecelakaan baru-baru ini. Mungkin dia sangat melebih-lebihkan kemampuannya. Versi pragmatis yang lebih mungkin adalah bahwa itu adalah PR biasa untuk menjaga seluruh dunia dalam kekaguman dan harapan keajaiban baru. Jika kita menemukan alasan untuk keputusan yang terlihat, maka itu tidak akan segera terjadi. Tetapi, seperti proyek Mars baru - baru ini , gagasan untuk mendukung 4425 satelit di orbit hanya dapat diwujudkan dalam versi yang sangat terpotong. Namun, di mana, tidak seperti penjajahan Mars, mungkin ada pendapatan dari pelanggan.