👻 😙 🚪 Outro projeto gigantesco da SpaceX, aritmética e bom senso ⚡️ #⃣ 🔖

Na semana passada, a SpaceX fez outra sensação ao enviar uma solicitação à Federal Communications Commission (FCC) dos EUA para obter permissão para lançar 4425 satélites. Se você ler o documento com atenção, ele diz “4425 satélites (mais até dois satélites sobressalentes para cada plano orbital)”, ou seja, em 83 planos orbitais, a constelação de satélites terá que fazer no máximo 4591 satélites. Números tão grandes não têm análogos entre os sistemas de satélite existentes e levantam dúvidas razoáveis sobre a viabilidade do projeto. Vamos tentar descobrir.

Informação geral

O aplicativo SpaceX está disponível publicamente no site da FCC, qualquer pessoa pode baixá-lo na íntegra e se familiarizar. Vou citar os pontos mais importantes de lá. As etapas de criação de uma constelação de satélites, planos orbitais, número de satélites, altura das órbitas e suas inclinações são indicadas na tabela:

As dimensões e o peso do satélite são mostrados em outra tabela no capítulo sobre a descida de satélites em órbita.

Os satélites são projetados para que os assinantes terrestres trabalhem apenas com dispositivos localizados acima de 40 ° acima do horizonte, e o raio de visibilidade do satélite dessa maneira será de 1060 km

Aritmética

Para entender a escala, cerca de quatro mil e quinhentos satélites estão agora em órbita, dos quais cerca de mil e quinhentos estão operacionais. Se o projeto Mask for totalmente implementado, o número de satélites em funcionamento aumentará quatro vezes.

O aplicativo indica o período de existência ativa de um satélite de 5 a 7 anos. Consequentemente, a constelação já implantada deverá ser reabastecida todos os anos, com 632 a 885 satélites. Vamos tentar recalcular esse número nos lançamentos dos veículos de lançamento do Falcon 9. Mas não podemos apenas pegar e dividir a capacidade de carga oficial do Falcon 9 de 22800 kg pela massa de satélite especificada no aplicativo de 386 kg. Em primeiro lugar, essa carga útil é indicada para uma órbita terrestre baixa de 200 km de altura. A órbita de trabalho dos satélites de comunicação SpaceX é de 1110 a 1135 km, o que requer combustível adicional. Dependendo do projeto, próximo aos parâmetros da órbita síncrona solar, com uma altura de 600 a 800 km, os veículos de lançamento lançam de 1/2 a 3/4 da carga útil em uma órbita terrestre baixa. Em segundo lugaruma carga útil de 22.800 kg é indicada para uma versão única do primeiro estágio. Se você deixar o suprimento de combustível para aterrissar no primeiro estágio, a massa da carga útil cairá. O Falcon 9 não tinha cargas muito pesadas em baixa órbita terrestre (DOE), mas o peso de quase cinco toneladas em uma órbita de transição geográfica pode estimar muito aproximadamente a carga útil máxima de 15 toneladas na DOE, considerando 2/3 dela como a média entre 1/2 e 3/4, coloque cerca de 10 toneladas na órbita alvo dos satélites de comunicação. Nossos cálculos são confirmados pelo fato de que está planejado colocar 10 satélites Iridium NEXT pesando 900 kg cada em uma órbita polar próxima. Subtraia de 10 toneladas, de imediato, uma tonelada por dispensador, que produzirá os satélites em seus lugares em órbita e dividirá 9 toneladas pela massa de um satélite em 386 kg,obtemos a carga útil máxima teórica de 23 satélites por lançamento do Falcon 9 FT. Assim, para lançar 632-885 satélites, precisamos de 28-39 lançamentos por ano. Ou seja, no melhor dos casos, um foguete terá que iniciar 2 a 4 vezes por mês apenas para que o sistema de satélites continue funcionando. Mas você e eu não levamos em conta o tamanho dos satélites - o fato é que 23 desses satélites não se encaixam no veículo de lançamento.

Abrimos a instrução de carga útil do foguete Falcon 9 e na página 36 vemos as dimensões da carenagem da cabeça:

Na tabela acima, sabemos o comprimento, largura e altura do satélite - 4,0x1,8x1,2 metros. E se começarmos a colocá-los na carenagem, é impossível colocar mais de duas linhas com 4 metros de altura e não será possível colocar mais de 4 satélites em uma linha:

assim, não podemos colocar mais de 8 satélites em um foguete. E para 632-885 satélites por ano, para manter o sistema em condições de funcionamento, precisamos de 79 a 111 lançamentos - um a meio a dois lançamentos por semana. E, para ter algo a lançar, precisaremos de instalações de fábrica capazes de produzir 1,7-2,4 satélites por dia.

Se a SpaceX quiser implantar pelo menos a primeira etapa de um sistema de 1600 satélites em um ano, eles terão que lançar 4 foguetes por semana. Mesmo se você implantar a primeira fase de 4 anos, precisará lançar um foguete por semana e produzir mais de um satélite por dia. Essa intensidade das operações de produção e lançamento é de ordens de magnitude maiores do que as que observamos na exploração espacial real.

Não é rápido, não é móvel e não é gratuito

A área dos EUA sem o Alasca se encaixa em um retângulo de 5000x2500 km, e 6 satélites seriam suficientes para sua cobertura total. Mas, devido ao fato de os satélites estarem a uma altitude de cerca de mil quilômetros, eles se moverão muito rapidamente, e novos deverão ser substituídos pelos que estão saindo do horizonte. Em princípio, para uma cobertura contínua dos Estados Unidos (e, ao mesmo tempo, outros países entre 50 ° de latitude norte e 50 ° de latitude sul), cerca de 100-150 satélites seriam suficientes, obviamente, os números 1600 da primeira etapa e 4425 grupos completos sugerem que os satélites funcionariam. em um território menor por uma ordem de magnitude, com um raio de cerca de 100 a 300 km. Mas a ironia é que em áreas densamente povoadas, mesmo essa área será responsável por um número muito grande de pessoas. Quanto mais clientes houver por satélite, menos velocidade todos terão,portanto, a velocidade de gigabit só pode ser alcançada em princípio com um pequeno número de usuários. O aplicativo afirma que os satélites trocarão informações no alcance óptico entre si. Hoje, essa tecnologia está no nível de experimentos individuais e, embora prometa uma velocidade maior do que o alcance do rádio, exigirá o desenvolvimento e a produção de equipamentos novos e sofisticados, para que os satélites não saiam baratos. O aplicativo também afirma que, para o primeiro estágio do sistema de satélite, serão construídas 200 estações terrestres para receber / transmitir dados para a Internet terrestre e 2 CCMs para controlar a constelação de satélites. Os investimentos em satélites e em equipamentos terrestres terão que chegar a dezenas de bilhões de dólares, portanto, não há esperança real.que essa Internet será distribuída gratuitamente. E, finalmente, os satélites se comunicarão com os usuários nas bandas Ku e Ka, e as antenas móveis para essa banda são aquelas que podem ser instaladas, por exemplo, em um carro.

Ka-

Ku-

Como os satélites estão em movimento, as antenas precisarão acompanhá-los, o que exige antenas caras com um sistema de orientação ou um padrão de feixe com um ângulo de cone de 100 ° para cima, o que provavelmente os tornará ainda mais volumosos. Se você se lembra dos telefones via satélite, eles se distinguiam por grandes antenas, enquanto trabalhavam em uma banda diferente (banda L) e forneciam baixa velocidade (voz, SMS e Internet de baixa velocidade). E, finalmente, não se esqueça de que, mesmo na melhor das hipóteses, quando o sinal do usuário entra no nó terrestre por apenas um satélite, ele terá que percorrer cerca de 3000 km em uma direção (1000 km em relação ao satélite * sqr (2) * 2 ) e a mesma distância terá que ser a resposta. Naturalmente, isso é melhor do que 36.000 km para a órbita geoestacionária,mas o atraso na conversa através de um telefone via satélite é perceptível no nível da percepção humana e, é claro, a Internet com fio ou celular será significativamente mais rápida. Em geral, se alguém de repente se alegrar com o fato de o sistema de comunicação SpaceX fornecer Internet gigabit grátis para todos os smartphones, esse é um equívoco muito forte.

Já foi

É curioso que notícias semelhantes já existam. Por exemplo, em 2014, as agências de notícias escreveram que Musk quer, ao lançar 700 satélites pesando 100 kg, fornecer a todos a Internet. Como vemos, nos últimos dois anos, tanto a massa quanto o número de satélites se tornaram ainda maiores. É até curioso esperar mais alguns anos e ver quais novidades nos aguardam na região de 2019, para as quais, de acordo com o aplicativo, a implantação do grupo está planejada.

Mas na realidade

Dos sistemas existentes, o sistema de comunicação via satélite Iridium é mais semelhante em termos de parâmetros de órbita, número de satélites e finalidade do projeto SpaceX. No início dos anos 90, surgiu a idéia de 77 satélites que estariam em órbitas polares e forneceriam cobertura contínua de toda a superfície da Terra. Dos 77, nasceu o nome do sistema - o elemento químico irídio tem o número atômico 77. Mas já em processo de desenvolvimento, o número necessário de satélites foi reduzido para 66. O ambicioso programa foi apoiado por um dos então líderes em sistemas de comunicação - Motorola. Para a produção de satélites, foi usada uma solução inovadora - uma suspensão especial de vários eixos, que possibilitou a montagem de um satélite em semanas e não meses e reduziu seu custo para "apenas" US $ 5 milhões.

Os primeiros satélites foram lançados em 1997 e, em 1998, o vice-presidente dos EUA, Al Gore, manteve uma primeira conversa histórica. Mas, até o sistema ser totalmente implantado, a comunicação era constantemente interrompida. Além disso, o custo da ligação era alto, os telefones via satélite eram caros e volumosos, e a gerência cometeu erros. Como resultado, em agosto de 1999, a Iridium SSC entrou com um pedido de falência. Em 2000, a empresa tinha apenas funcionários responsáveis por trazer os satélites para fora de órbita. Um sonho brilhante no valor de US $ 7 bilhões estava chegando a um fim inglório. A situação foi salva pelo Departamento de Defesa dos EUA, que propôs um contrato de comunicações por US $ 100 milhões por ano, e por um grupo de investidores privados que compraram ativos por US $ 35 milhões. Em 2001, Iridium nasceu de novo.Para atingir o ponto de equilíbrio, foram necessários 60 mil clientes. Em 2007, seu número ultrapassava 160 mil. No momento, os satélites iniciais estão gradualmente falhando devido à velhice, e os satélites sobressalentes já terminaram e as interrupções de comunicação começam novamente no sistema, especialmente na região do equador, onde a distância entre os satélites é máxima. Em 2010, a Iridium assinou um acordo com a SpaceX com um recorde de US $ 492 milhões para lançar 70 satélites Iridium NEXT de nova geração. Inicialmente, o lançamento dos dez primeiros satélites em um foguete Falcon 9 FT foi planejado para 2015, mas foi transferido para 2016, e agora provavelmente foi para 2017 devido ao recente acidente do Falcon 9.e os sobressalentes já terminaram, e as interrupções de comunicação começam novamente no sistema, especialmente na região do equador, onde a distância entre os satélites é máxima. Em 2010, a Iridium assinou um acordo com a SpaceX com um recorde de US $ 492 milhões para lançar 70 satélites Iridium NEXT de nova geração. Inicialmente, o lançamento dos dez primeiros satélites em um foguete Falcon 9 FT foi planejado para 2015, mas foi transferido para 2016, e agora provavelmente foi para 2017 devido ao recente acidente do Falcon 9.e os sobressalentes já terminaram, e as interrupções de comunicação começam novamente no sistema, especialmente na região do equador, onde a distância entre os satélites é máxima. Em 2010, a Iridium assinou um acordo com a SpaceX com um recorde de US $ 492 milhões para lançar 70 satélites Iridium NEXT de nova geração. Inicialmente, o lançamento dos dez primeiros satélites em um foguete Falcon 9 FT foi planejado para 2015, mas foi transferido para 2016, e agora provavelmente foi para 2017 devido ao recente acidente do Falcon 9.Inicialmente, o lançamento dos dez primeiros satélites em um foguete Falcon 9 FT foi planejado para 2015, mas foi transferido para 2016, e agora provavelmente foi para 2017 devido ao recente acidente do Falcon 9.Inicialmente, o lançamento dos dez primeiros satélites em um foguete Falcon 9 FT foi planejado para 2015, mas foi transferido para 2016, e agora provavelmente foi para 2017 devido ao recente acidente do Falcon 9.

O sistema de comunicação Iridium fornece comunicação de voz a uma velocidade de 2,2-3,8 kilobits por segundo (é usada uma compressão muito forte) e um atraso médio de 1,8 segundos. Ao transferir dados, a velocidade é de aproximadamente 2,2 kilobits por segundo, mas texto ou HTML podem ser transmitidos a uma velocidade de até 10 kbit / s. Eles prometem que a taxa de transferência de dados do Iridium NEXT será de até 1,5 megabits por segundo. As comunicações via satélite não são baratas - um minuto de conversa de um telefone Iriduim é estimado em US $ 0,75-1,5, e as chamadas de um telefone fixo ou celular para satélite podem custar até US $ 4 por minuto. Além disso, para a ligação, você precisa sair do prédio - os telefones não podem romper os tetos. Mas para aqueles que trabalham em lugares distantes da civilização, essas deficiências não têm princípios - a possibilidade, em princípio, de entrar em contato com o "continente" supera a inconveniência.

Conclusão

Não faz sentido especular sobre as razões para o surgimento de projetos tão monstruosos. Talvez Musk queira desviar a atenção dos problemas do recente acidente. Talvez ele esteja superestimando seriamente suas capacidades. A versão pragmática mais provável é que é um PR banal manter o mundo inteiro admirado e esperando novos milagres. Se descobrirmos os motivos das decisões visíveis, não será em breve. Mas, como no recente projeto marciano , a idéia de apoiar 4425 satélites em órbita só pode ser realizada em uma versão muito truncada. No qual, no entanto, diferentemente da colonização de Marte, pode muito bem haver renda dos clientes.