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Como a indústria espacial funciona e por que o novo projeto SpaceX nunca foi uma sensação

Apesar de toda a carga de trabalho, simplesmente não pude deixar de responder a esta notícia. Porque Isso é loucura. Mas vamos falar sobre tudo em ordem.

Em que consiste a indústria espacial:

  1. Este é o desenvolvimento dos próprios satélites
  2. Este é um complexo de terreno
  3. São lançamentos - que combinam os dois primeiros pontos

Satélite


Então, vamos começar com o satélite. O satélite planejado tem uma massa de 386 kg. isto é Pertence à classe de pequenos dispositivos. O que isso significa? Muito.

Que problemas o engenheiro terá se quiser criar um satélite?

1. Balanço energético.
2. resistência à radiação.

Radiação


E antes de pensar sobre isso, quando vi a faixa de altitude de 1100-1300 km, essa é precisamente a resistência à radiação.

Correias de radiação

Aqui está uma ilustração da Wikipedia do cinturão de radiação da Terra (ou cinturão de Van Allen). Isso mostra claramente que sua parte interna começa com 1000 km.

E o que é tão terrível? O fato é que é nessas zonas que muitas partículas de alta energia se acumulam. E nessas órbitas, o dispositivo experimenta o efeito máximo de radiação. Sim, de modo que ninguém inicie esse intervalo de alturas. E nos satélites que ainda ultrapassam essas alturas (Hubble, por exemplo), desligue todo o equipamento enquanto eles passam neste cinto.

Que outros problemas a radiação apresenta? - É a degradação acelerada de células solares e baterias químicas.

Agora vamos comparar isso com microssatélites que operam em órbitas de 500 km, onde o nível de radiação é uma ordem de magnitude mais baixa. Sua vida útil típica é de 5-7 anos. I.e. Para atingir a expectativa de vida declarada, os engenheiros precisam lidar ativamente com a radiação. E temos pouca escolha:

  1. Coloque telas absorventes.
  2. Duplicação de todos os eletrônicos
  3. Reserva de energia de 10x em painéis solares e baterias químicas.

De qualquer forma, isso implica um aumento de massa e 400 kg nunca estarão lá.

Balanço energético


Um pouco mais alto, falei sobre painéis solares e baterias químicas - esse é um problema de fornecimento de energia. Vamos conversar um pouco.

O satélite está em baixa órbita. Uma antena não pode ser apontada para ela, o que significa que o padrão de radiação é pelo menos um hemisfério. Nos satélites existentes, a largura de banda dessas antenas é de 10 kbit / s . Porque - Energeticamente, o transmissor não fornece uma relação sinal / ruído a distâncias de 500 km para uma transmissão mais rápida. I.e. para garantir a velocidade, pelo menos 1 Mbit / s, é necessário aumentar a potência do transmissor em ~ 100 vezes.

Mas no balanço energético há um segundo componente - perda de calor. Não há ar no espaço e a convecção não funciona. Toda descarga ocorre graças à radiação. Normalmente, isso é feito da seguinte maneira: todo o calor liberado é "despejado" em um enorme radiador, que é ajustado para que não seja exposto ao sol.

E aqui a diversão começa para mim.

Órbita


Deixe-me explicar primeiro. O movimento do satélite obedece às leis de Kepler: a trajetória é descrita por uma elipse e o centro de massa da Terra está localizado em um dos truques. Portanto, na mecânica celeste, o movimento de um satélite é descrito da seguinte forma:

Elementos Kepler

Essa elipse manteria sua posição no caso ideal. Mas, na realidade, está mudando, sua órbita está evoluindo. O ritmo dessa evolução muda com a inclinação e a excentricidade (uma medida de desvio do círculo).

O terceiro ponto: se você dispersar satélites em uma órbita, mas em pontos diferentes, os satélites evoluirão cada um à sua maneira (a razão para isso é o campo gravitacional da Terra). Como resultado, a distância mútua entre eles mudará constantemente. Isso limita o número máximo dentro de uma órbita.

Ao todo, isso significa que, para cada grupo de satélites, a direção do Sol e sua gama de mudanças são diferentes. Isso significa que você precisa recalcular o layout do satélite.

I.e. reduzir custos, graças à produção do transportador não funcionará. Mas, de fato, tudo é muito pior. Devido ao rearranjo, as condições sob as quais os dispositivos operam mudam constantemente. O que é ruim aqui, por que vou contar na próxima seção.

Complexo de terreno


Mas antes de responder à pergunta feita no final da seção anterior, novamente tenho que dar algumas preliminares.

Suponha que resolvemos todos os problemas com o satélite. Mas eles precisam ser gerenciados de alguma forma. Portanto, pelo complexo de terra da indústria espacial, quero dizer parte da infraestrutura responsável pelo gerenciamento do satélite.

O que significa gerenciar na prática? "Isso significa processar uma matriz de dados de telemetria de vários sensores a bordo". Para medir a escala do desastre: 3 naves espaciais leves geram 100 GB de telemetria em menos de um mês.

E após o processamento, transfira corretamente o dispositivo para o estado desejado.

Agora multiplique por mais de 4000 dispositivos com um zoológico de layouts e sensores e também com uma lista individual de problemas.

É óbvio que, mesmo com toda a automação possível, a MCC de todo o sistema se parecerá com o data center de algum encadeamento Yandex. Com todas as consequências.

Mas a palavra-chave é "automação possível": não existe esse sistema para pelo menos 50 satélites. E está planejado implantar o sistema a partir de 800. No

total, sem considerar o terceiro ponto - o lançamento (ainda espero escrever sobre isso separadamente), já podemos dizer que os parâmetros declarados do satélite não serão alcançados, e as mudanças na infraestrutura terrestre são simplesmente titânicas, cujos custos são impossíveis. prever agora.

Source: https://habr.com/ru/post/pt399201/

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