Starlink 2.0: що відомо про другу фазу проекту Ілона Маска

Ми вже звикли до того, що приблизно раз на два тижні SpaceX відправляє до космосу чергову партію із 60 супутників Starlink. Що можна увімкнути YouTube і переглянути трансляцію ще одного успішного старту. Але з кінця червня до сьогодні стартував лише один Falcon 9, навантажений супутниками зв’язку. Щоб вийти на планові показники, SpaceX має виконувати не менше 4 пусків на місяць. Інакше сузір’я з 12 тисяч супутників так і залишиться на папері. В чому справа? Невже SpaceX зіткнулася з проблемами?

Завершення першого етапу проєкту Starlink

Інженери SpaceX вирішили, що настав час завершувати перший етап і переходити на другий. Спочатку планувалося, що в рамках Фази 1 на орбіті з’явиться 12 000 супутників. Але плани довелося міняти.

Нині за програмою Starlink на низьку навколоземну орбіту вивели рівно 1800 космічних апаратів. З них 1673 перебувають у робочому стані. А 1420 офіційно належать до складу сузір’я. Інші перебувають у стадії виходу на робочу орбіту.

Черговий пакет із 60 супутників Starlink

Цієї кількості виявилося достатньо для того, щоб покрити майже всю поверхню Землі. Виняток – полярні шапки. Останнім пакетом у вересні SpaceX відправила партію супутників, орбіти яких дозволять повністю охопити Арктику та Антарктику. Теоретично тепер покрита вся Земля, але на полярних шапках система працює не стабільно — мало супутників. Хоча для полярних науковців навіть цього виявилося цілком достатньо.

Тепер — другий етап

Схоже, Ілон Маск вирішив змінити все. Наступну партію супутників Starlink має доставляти новий ракетоносій. Це Starship, який він так ефектно підривав під час випробувань. Та й самі супутники будуть новими. У них з’являться можливості, про які раніше Маск навіть у Твіттері не писав. Звісно, ​​для користувачів готують новий термінал.

Ракетоносій другого покоління

Один супутник Starlink поточної моделі v 1.0 важить 260 кг. Повний пакет із 60 космічних апаратів — 15 600 кг. Ці параметри вибрано невипадково. Вони точно відповідають повній вантажності ракетоносія Falcon 9 v1.2 Full Thrust (Повна тяга) у конфігурації, розрахованій на посадку першого ступеня на баржу. Вартість одного пуску — близько $50 млн. Тобто, виведення на орбіту одного супутника Starlink коштує (за завищеною оцінкою) $833 333.

Можливо, так виглядатиме вихід супутників зі Starship

Вантажність важкого ракетоносія Starship становить 100-150 тонн багаторазової конфігурації. Виходить, що за один старт на орбіту можна буде виводити від 384 до 576 супутників Starlink.

Ці розрахунки підтвердила президент SpaceX, Гвін Шотвелл (Gwynne Shotwell), коли повідомила, що компанія зможе виводити за один старт на орбіту 400 супутників.

«‎SpaceX може використовувати свій потужний ракетоносій Starship, важку ракету нового покоління, яка зможе доставляти більше супутників на орбіту за один раз і розміщувати їх таким чином, щоб полегшити швидшу активацію», — заявила вона.

Нова ракета вирішить одразу кілька складних проблем. Кожну з них скептики вважали непереборною, коли пророкували провал програмі Starlink.

Орбітальна математика

Чим ближче космодром до екватора — тим менше палива потрібно ракеті, що запускається з нього. Тому Росія використовує Байконур, Франція — Куру (у Гвіані), а SpaceX — космічний центр імені Джона Кеннеді на мисі Канаверал у штаті Флорида. Єдина проблема — це погода. В екваторіальній зоні вона не відрізняється особливою стабільністю.

А SpaceX доводиться враховувати стан атмосфери відразу у двох місцях – старту та посадки першого ступеня. Якщо хоча б в одному з них прогноз буде поганим, старт переносять. Мінімальний термін перенесення — 5 днів.

Щоб створити заявлене сузір’я з 12 000 космічних апаратів, SpaceX потрібно було запускати Falcon 9 кожні 5-6 днів протягом трьох років. Тобто використовувати практично всі можливі стартові вікна. І будь-яке перенесення відсувало фінішну межу мінімум на 1 тиждень. І цей марафон не мав би кінця. Адже коли б до сузір’я приєдналися б останні супутники, у перших би вже закінчувався термін планової експлуатації. Тому заяви Ілона Маска про 12 000 і, тим більше про 40 000 космічних апаратів, раніше здавалися надто ризикованими.

Але якщо у SpaceX з’явиться ракетоносій, здатний відразу ж доставляти на робочу орбіту по 400 апаратів, це докорінно змінює ситуацію. У цьому випадку для завершення другої фази (12 000 супутників), потрібно зробити «‎всього лише» 28 запусків. Звучить цілком реалістично.

Порівняння Falcon 9 та Starship

Супутник виходить на роботу

Друга проблема — вихід на робочу орбіту. Мало просто доставити космічні апарати на задану висоту. Кожен із них ще має зайняти своє місце у сузір’ї. Тому станом на вересень 2021, із 1800 запущених супутників Starlink повноцінно працюють лише 1420. Ще приблизно 253 апарати лише «‎добираються до місця роботи». Цей процес може тривати до кількох місяців.

А головна проблема в тому, що кількість палива на борту супутника обмежена. Апарати оснащені малопотужними електростатичними двигунами, що працюють на ефекті Холла. Для створення тяги їм необхідне робоче тіло — газ криптон. Витрачати весь запас супутник не може. У нього обов’язково має бути «‎аварійний запас» для того, щоб мати змогу ухилитися від зіткнення з іншим тілом на орбіті. І ще супутникові потрібні «‎пенсійні накопичення» — запас палива для сходження з орбіти. Коли запаси криптону сягають критичного значення, двигуни відправляють супутник на згоряння в атмосферу. Щоб він не залишився на орбіті та не перетворився на небезпечне (для інших космічних апаратів) сміття.

Очікуваний термін служби супутника Starlink у конфігурації v.1.0 складає 8 років. Це в ідеальних умовах, якщо не доведеться багато маневрувати. І не доведеться витрачати багато палива для виходу на своє робоче місце.

Використання Starship дозволяє різко збільшити очікуваний час служби кожного супутника. Зараз Falcon 9 доставляє пакет із 60 апаратів в одну точку. А потім вони вже самі розходяться. Starship — це багаторазовий космічний апарат. Його, на відміну від останнього ступеня Falcon 9, можна перезаправляти. Тобто, Starship може кожен із 400 супутників, що знаходяться у нього на борту, доставити точно в потрібну точку. Щоб вони не витрачали дорогоцінний криптон. А потім Starship повернеться, заправиться гасом та рідким киснем, візьме на борт нових «‎пасажирів» і здійснить наступну місію.

Ще один ескіз можливого розміщення супутників на Starship

Високий ризик невдачі

Красиво і легко виглядає тільки на папері. У реальному житті все набагато складніше. SpaceX Starship — це дуже амбітний проєкт. Ілон Маск «‎розбив«» лише перші два прототипи своєї Falcon 9. Інші пуски були успішними. А з перших 20 випробувань Starship лише 12 закінчилися успіхом. Три рази результатом був «‎частковий успіх», сама ракета при цьому дуже гарно вибухала. Інші 5 випробувань закінчилися невдачею.

Starship — одна з найбільших і найпотужніших ракетоносіїв в історії людства. Вона поступається лише знаменитому Сатурну-5, на якому американці відправляли свої місії на Місяць. Та й то не за всіма параметрами. Розрахункова тяга у Starship має становити рекордні 75 315 кН. Сатурн-5 мав «‎тільки» 35 000 кН. Для порівняння — найновіша версія першого ступеня Falcon 9 видає 7607 кН в атмосфері та 8227 кН у вакуумі.

Радянському Союзу так і не вдалося створити власний важкий ракетоносій такого класу. Тому громадянин СРСР так і не ступили на поверхню Місяця.

Ніхто не дасть гарантії, що в Ілона Маска вийде. Ризик невдачі дуже високий.

Порівняння Starship з іншими ракетами

Супутники Starlink Gen2: тепер офіційно

18 серпня SpaceX подала заявку Федеральної комісії зв’язку (FCC), запросивши дозвіл на розгортання супутникового сузір’я другого покоління. Цей документ — єдине офіційне джерело інформації.

У заявці йдеться, що «‎Система другого покоління була розроблена для того, щоб доповнити сузір’я першого покоління, яке SpaceX розгортає нині. Хоча початкове угруповання забезпечує безпрецедентну пропускну здатність, попит на широкосмуговий зв’язок продовжує зростати, а потреба в підключенні нових користувачів ще ніколи не була така важлива».

Нарешті з’являться лазери

Очікується, що всі супутники Starlink другого покоління оснастять системою передачі інформації за допомогою лазерного променя. Зараз космічні апарати працюють як прості ретранслятори. Вони приймають сигнал із Землі, від користувача, і відразу повертають його назад — на найближчу базову станцію. Це накладає обмеження по зоні покриття. Щоб вийти в інтернет, користувач повинен знаходитися не далі ніж за 900 км від найближчої наземної станції SpaceX.

Якщо ж супутники оснастять системою обміну інформації, то сигнал «‎мандруватиме» з одного космічного апарату на інший. Тоді вийти в інтернет зможуть усі жителі нашої планети. Навіть ті, хто живе за тисячі кілометрів від шлюзів SpaceX. Просто для доставлення їхнього сигналу буде залучений не один супутник, а одразу кілька.

Поява цієї технології зробить компанію Ілона Маска найшвидшим трансконтинентальним провайдером у світі. Річ у тому, що швидкість руху лазерного променя в оптоволоконному кабелі значно нижча, ніж у вакуумі. Коли йдеться про кілька кілометрів, різниця ролі не відіграє. Але якщо потрібно передавати сигнали між континентами, то кожна мілісекунда коштує мільярди доларів. Це важливо насамперед для біржових спекулянтів. Хто першим зможе передати інформацію із Лондонської біржі на Нью-Йоркську, отримає вагому перевагу перед своїми конкурентами.

Нова послуга — продаж місця на супутнику

У заявці, поданій SpaceX в FCC, дослівно йдеться: «‎…Супутники будуть дещо більшими й (вони) генеруватимуть більше енергії, що дозволить їм підтримувати розширені можливості зараз і вміщувати додаткові корисні навантаження в майбутньому…»

Якщо перекласти це сухе офіційне формулювання простою і зрозумілою мовою, то виходить, що на супутниках Starlink Gen2 з’явиться місце та енергія для додаткового обладнання. Тобто вже зараз SpaceX збирається виготовляти космічні апарати з можливістю встановлення антен, передавачів або інших пристроїв від третьої сторони.

Ілон Маск робить ще одну революцію на ринку космічних послуг. Спочатку він знизив приблизно втричі вартість виведення супутника на орбіту. До цього багато бізнесів навіть не мріяли про власного супутника. Вони розробляли наземні рішення. Зниження вартості з $80-100 млн до приблизно $20 млн збільшило обсяги ринку. Тепер компанії одразу думають про орбіту, вони розробляють уже не наземні, а космічні рішення.

З початком розгортання сузір’я Starlink Маск почав продавати не цілі запуски, а лише місце серед своїх супутників. Це ще більше знизило ціну. Тепер третій етап — бізнесам навіть не потрібно розробляти свій супутник. Тепер вони зможуть лише орендувати місце та енергію на апараті Starlink.

Устаткування користувача — термінали

У вересні 2021 фінансовий директор SpaceX, Брет Джонсен (Bret Johnsen) повідомив журналістам на конференції в Мериленді, що компанія виготовляє 5000 терміналів користувача на тиждень. Цифра дивовижна, але явно недостатня.

У тому ж місяці SpaceX заявила, що вже отримала понад 600 тисяч заявок від потенційних клієнтів. Тобто тим, хто вніс передоплату, доведеться чекати щонайменше до 1 грудня 2023 року. У тому ж виступі Джонсен запевнив — за його словами, компанія найближчими місяцями збирається збільшити виробництво у кілька разів. Але не все так просто, як хотілося б керівництву SpaceX.

Головна проблема — глобальний дефіцит мікросхем

2020 року президент Дональд Трамп відправив Америку на карантин. Американці не пішли на роботу і до школи, а лишилися вдома. Тому вони почали замовляти більше комп’ютерів, ноутбуків, ігрових консолей, тренажерів та іншої електроніки. Виробники мікросхем не змогли впоратися зі зростанням попиту.

Тож наступного, 2021 року, навіть виробникам автомобілів довелося різати свої виробничі плани. Що вдієш, у будь-якому сучасному пристрої є мікросхеми.

Так виглядає комплект з антени та терміналу Starlink зараз

Висока собівартість

Спочатку SpaceX доводилося платити за виробництво одного комплекту обладнання приблизно $3000. Але компанія продавала ці «‎Тарілки на паличці» кінцевим користувачам лише за $499.

Нічого дивовижного — вперше в історії споживча електроніка комплектувалася антенами із фазованими ґратами. Ніхто раніше не застосовував цю технологію в терміналах, які виготовлялися десятками тисяч.

Інженери SpaceX вкотре довели, що недаремно отримують свою зарплату. Їм удалося зменшити собівартість спочатку до $1500, а потім і до $1300. Поки що вона ще вища, ніж продажна ціна. Президент SpaceX Гвінн Шотвелл вважає, що ще до кінця 2021 року компанії вдасться ще вдвічі знизити собівартість.

Друге покоління чи третє?

На відміну від виробників смартфонів, SpaceX не маркує своє обладнання назвою моделі. Тому ми точно не знаємо, яку версію терміналу отримують нові замовники. Фанати Starlink та Ілона Маска вважають, що Гвінн Шотвелл, анонсуючи вихід нової версії до кінця року, має на увазі вже третю модель.

Звичайно, інформація про Starlink terminal v3.0 не розголошується. Ми можемо лише здогадуватися, спираючись на інтерв’ю Ілона Маска, Ґвінн Шотвелл, Брета Джонсена та інших представників компанії. А ще — на заявки, подані американському регулятору радіочастотного ринку — Федеральній комісії зі зв’язку (FCC).

Starlink terminal v3.0

У поточній версії комплект оснащений однією антеною круглої форми, діаметром 58,42 см. Третя версія (судячи з заяви, поданої в FCC) буде комплектуватися двома антенами квадратної форми. Сторона квадрата — 31 см.

Тепер зрозуміло, як саме інженери SpaceX збираються зменшити собівартість обладнання вдвічі. Дві маленькі фазовані решітки коштують дешевше ніж одна велика. Адже в них необхідно синхронізувати роботу меншої кількості елементів. Відповідно скоротиться і витрата дорогоцінних мікросхем.

Cкріншот із заяви SpaceX, поданої у FCC

Двоантенна схема, принаймні, в теорії, здатна ще й удвічі підвищити пропускну спроможність. Адже тоді термінал зможе одночасно обмінюватися даними із двома супутниками. Але, найімовірніше, цього не буде. Тієї швидкості, яку Starlink показує зараз, цілком достатньо для пересічних користувачів. Антени, очевидно, будуть використовуватися для плавного переходу з одного космічного апарату на інший. У міру того, як супутники виходитимуть із зони видимості.

Анонси, вигадки та реальність

З усього видно, що Starlink 2.0 дуже сильно відрізнятиметься від того, що представляли нам Ілон Маск і Гвінн Шотвелл раніше. Не можна сказати, що проєкт став гіршим. Але він різко змінив вектор свого розвитку.

Зазначимо також, що Маск дедалі рідше говорить про колонізацію Марса. І все більше його компанія SpaceX стає схожою на звичайну транснаціональну корпорацію. Таку, як Google, Амазон або Майкрософт. Не можна сказати, що це погано. Але всі ми чекали трохи іншого. Ми чекали підготовки до колонізації чужої планети. Реалізації сміливих мрій візіонера, які змінюють саму суть нашої цивілізації. А отримуємо, певне, простий комерційний товар. Хороший, швидкий, якісний та дорогий. Як новенький iPhone замість машини часу.

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Читайте также:

SpaceX відправила в космос звичайних людей. Як все пройшло?

Що відбувається на ринку вакуумного транспорту і за якими проектами варто стежити?

Tesla Bot — людиноподібний робот від Tesla

Браунсвілл, у нас проблеми. Або як живе місто, яке знаходиться поруч зі SpaceX