Первый массовый запуск группировки спутников проекта SpaceX Starlink

Основная информация о миссии:
Дата запуска: 15 мая 2019 5:30 МСК (2:30 UTC/20:30 EDT)
Окно для запуска закрывается в 7:00 МСК (4:00 UTC / 12:00 am EDT 16 мая. Если в этот день запуска не будет, новая попытка через сутки, в то же время.
Название: Starlink (по мотивам произведения The Fault in Our Stars, автор John Green)
Оператор запуска / полезной нагрузки: SpaceX __
Стартовая площадка: SLC-40 База ВВС США, Флорида
Ракета-носитель: Falcon 9 Block 5 B1049.3 (3-й полёт). Ранее она использовалась в миссиях Telstar 18 VANTAGE (10 сентября 2018) и Iridium-8 (11 января 2019)
Посадка: запланирована на платформу OCISLY (621 км от места старта, Атлантический океан)
Орбита: низкая околоземная (LEO) 440 км (рабочая орбита 550 км)
Масса полезной нагрузки: 13 620 кг
Количество спутников: 60
Платформа спутников: Starlink
Производитель: SpaceX
Срок активного существования: 5 лет
Стоимость проекта Starlink: ~$10 млрд (2018)
Особенности миссии: Первый массовый запуск группировки спутников проекта SpaceX Starlink для будущей глобальной системы спутниковой связи сети Интернет.
Первая полноценная миссия Falcon 9 в интересах SpaceX. При этом она является демонстрационной для прототипов-спутников Starlink.
Предстоит вывести самую тяжёлую нагрузка (13 620 кг) за всю историю Falcon 9! (сейчас рекорд Crew Dragon Demo-1 - 12 259 кг).

Проект Starlink

Дисклеймер: Точной информации по Starlink не много, некоторые данные являются оценочными и сделаны по выводам из заявлений представителей SpaceX и симуляций на основе имеющихся данных.

Полная группировка будет состоять из 11 943 спутников на разных орбитах. Главная задача Starlink - обеспечить недорогой, скоростной доступ в Интернет из любой точки мира. Том Прадерио, инженер по микропрограммному обеспечению SpaceX: «Если эта система будет успешной, она обеспечит районы с низкой или средней плотностью населения по всему миру доступным высокоскоростным доступом в Интернет, включая многих людей, кто никогда раньше не имел доступа к сети». А Илон Маск сказал: «Основное внимание будет уделено созданию глобальной системы связи. В долгосрочной перспективе это будет похоже на создание интернета в космосе. Цель будет состоять в том, чтобы основная часть интернет-трафика проходила через эту сеть».

Илон Маск заявил, что целью проекта Starlink является предоставление высокоскоростных, надежных и доступных широкополосных услуг передачи данных потребителям в США и по всему миру, включая 3.8 миллиарда человек, которые не получают доступа в интернет или ограничены в этом.

Название Starlink Илон Маск объяснил так: "Если кому-то интересно, название было вдохновлено книгой "Виноваты звезды" (The Fault in Our Stars) Джона Грина (John Green). Илон подумывал о том, чтобы назвать его Скайнетом (сеть-искусственный интеллект из фильма Терминатор), но потом решил не использовать это слово.

История проекта Starlink:

Офис SpaceX в Сиэтле
- 2015 - О проекте было объявлено во время визита Илона Маска в Сиэтловский офис SpaceX. Было заявлено о пропускной способности системы до 50% всего интернет-трафика и около 10% местного в городах с высокой плотностью населения.

- Январь 2016 года - компания обнародовала планы по созданию двух прототипов спутников.
прототипы Tintin A и B
- 2017 - заявление об услугах фотографирования, аэрофотосъемки, зондирования Земли оказываемое спутниками.

- Октябрь 2017 - SpaceX подала заявку в FCC на наземные испытания системы спутниковой связи между ее объектами в Редмонде, штат Вашингтон. Кроме того, SpaceX подала документы на регистрацию имени Starlink в качестве торговой марки.

- Январь 2018 года - наземные испытания системы спутниковой связи между объектами в Редмонде, штат Вашингтон
.
- 22 февраля 2018 года - в качестве вторичной нагрузки в миссии Paz / Starlink запущены первые два прототипа MicroSat-1a и MicroSat-1b. Они получили названия: Tintin A и B. Первоначально их планировали запустить на высоту 625 км, но в итоге спутники были выведены на орбиту высотой 514 км. Согласно заявкам FCC, они предназначались для подъема на орбиту 1125 км, рабочую высоту для спутников StarLink LEO в соответствии с самыми ранними заявками, но они оставались близкими к своим первоначальным орбитам. SpaceX объявила в ноябре 2018 года, что они хотели бы использовать подобную орбиту, на которых оставались Tintin A и B для своей основной группировки. В настоящее время спутники Tintin A и B движутся по круговой низкой околоземной орбите на высоте около 500 км.
отделение Tintin A и B

- 29 марта 2018 года - FCC одобрила заявку SpaceX (5-0 за Starlink), что позволило компании предоставлять услуги широкополосной связи с использованием спутников в США и во всем мире.

- Реорганизация офиса в Сиэтле, уволены 7 топ-менеджеров проекта. Один из менеджеров хотел сделать ещё 3 тестовые версии спутников. Илон считает, что Starlink может начать работать уже к середине 2019 года с более дешёвыми и простыми спутниками.

- Декабрь 2018 - SpaceX собрала $507 млн инвестиций для разворачивания своей группировки спутников связи Starlink.

- Май 2019 - обнародована целевая дата запуска первой демонстрационной миссии - 15 мая 2019 года.

Спутники Starlink

,Свидетели Маска,разное,SpaceX,Space Exploration Technologies Corporation, Американский Батут Корпорейшен,Starlink,длинопост
Спутники Starlink и новый адаптер обтекателя Falcon 9
Масса каждого спутника: 227 кг
Размеры: ~3 x 1.5 x 0.6 м
Спутники имеют плоскую прямоугольную форму и построены на новой платформе.
Энергоснабжение: Одна солнечная панель.
Двигатели: Спутники используют двигатели Холла(на криптоне)для поднятия орбиты и маневрирования.
Связь: Ku и Ka-диапазон 2-18 ГГц и 26.5-40 ГГц, V-диапазон - 40–75 ГГц.

Спутники для данного запуска не имеют лазерной связи (на окончательной версии она будет для связи спутников между собой). SpaceX не раскрывают деталей относительно лазерной межспутниковой связи, за исключением того, что они будут использовать частоты выше 10 000 ГГц.

Для создания и запуска группировки такого масштаба SpaceX использует тот же самый быстрый подходе к проектированию, который привела к успеху Falcon 1, Falcon 9, Falcon Heavy и Dragon. Таким образом, упрощенная конструкция Starlink значительно более масштабируема, чем первые версии спутников. С плоской конструкцией, поддерживающей несколько высокопроизводительных антенн и одну солнечную панель, каждый спутник Starlink весит приблизительно 227 кг, что позволяет SpaceX максимизировать массовое производство и в полной мере использовать возможности запуска Falcon 9.

Каждый космический аппарат оснащён навигационной системой Startracker, которая позволяет SpaceX точно указывать спутнику координаты его положения. Важно отметить, что спутники Starlink способны отслеживать обломки на орбите и автономно избегать столкновений. Кроме того, 95% всех компонентов этой конструкции быстро сгорят в атмосфере Земли в конце жизненного цикла каждого спутника - превосходя все текущие стандарты безопасности. Эта миссия доведет эксплуатационные возможности спутников до предела. SpaceX с нетерпением ожидает решения проблем на этом пути, но наши знания здесь являются ключом к развитию доступного и надежного широкополосного сервиса в будущем.

Приблизительно через час и две минуты после старта c космодрома во Флориде, спутники Starlink начнут развертывание на высоте 440 км. Затем они будут использовать бортовые двигатели, чтобы достичь рабочей высоты 550 км.

Ориентация каждого спутника стабилизирована по 3-м осям и контролируется на каждой орбите, чтобы поддерживать положение ориентации для двух режимов наведения.

Спутники могут делать фотографии и оказывать услуги дистанционного зондирования Земли.
Планируется контролируемый сход с орбиты в конце жизненного цикла.

Предполагается, что спутники будут производиться на объектах SpaceX в Редмонде и Брюстере, штат Вашингтон.
В 2015 году SpaceX сотрудничали с производителем беспроводных чипов Broadcom. Пять ключевых инженеров впоследствии присоединились к SpaceX.

Для пользованием Starlink будет нужна плоская фазированная антенна размером с коробку для пиццы или портативный компьютер, которая будет стоить от $100 до $300. Необходима также прямая видимости открытого неба. Антенна обрабатывает как приём, так и отдачу и способна работать на гигабитных скоростях.

По сути, эти антенны - кучка маленьких антенн, работающих вместе, чтобы они могли направлять сигнал в определенном направлении. Это позволило бы сигналу отслеживать спутник, когда он проходит в зоне доступности, а затем переключаться на следующий, когда первый находится уже вне диапазона отслеживания.
,Свидетели Маска,разное,SpaceX,Space Exploration Technologies Corporation, Американский Батут Корпорейшен,Starlink,длинопост

Антенну можно будет установить на автомобиле, вездеходе, лодке, самолете, поезде или любом другом транспортном средстве, если оно направлено на открытое небо.

В феврале 2018 года SpaceX успешно запустила свои первые два спутника-прототипа системы Starlink (Tintin A и B), предназначенные для тестирования множества новых технологий, которые разработала сама компания. Несмотря на сообщения о некоторых неполадках на орбите, компания SpaceX убеждена в том, что оба спутника успешно выполнили основные поставленные задачи: испытания электрических двигателей и антенн с фазированной решёткой. Спустя всего четыре месяца после запуска этих прототипов генеральный директор Илон Маск предпринял необычный шаг, отправившись в Редмонд, штат Вашингтон, чтобы лично бросить вызов ряду руководителей, которые, по его мнению, работали слишком вяло. Согласно сообщениям анонимных источников из рядов самой компании, многие из менеджеров проекта отказались ускорять программу, как того хотел Маск, что привело к реорганизации и увольнению части сотрудников. Причина, которая послужила главным источником споров, – практическая реализуемость запуска первой партии спутников Starlink до конца июня 2019 года.

Спустя пять месяцев после того, как Маск поставил эту задачу, компания обратилась в FCC с просьбой об изменении параметров будущей системы Starlink, вдвое снизив орбиту первой тысячи спутников до 550 км и значительно упростив технологию запуска. Это позволит снизить требования к топливу, понизит износ двигателей и оборудования из-за меньшего радиационного воздействия и создаст меньше проблем для не геостационарных спутниковых систем.

Спутники первой партии будут иметь менее оптимизированную конструкцию для входа в атмосферу, а это означает, что некоторые компоненты не будут полностью сгорать. Начиная с последующих версий, конструкция спутников будет таковой, что при сходе с орбиты спутник будет полностью сгорать в атмосфере.
Принятие решения о снижении орбиты основной группировки до 550 км (изначально предполагалась 1150-километровая орбита) позволило ускорить процесс разработки спутников и упростить выполнение требования FCC по запуску половины созвездия спутников в течение 6 лет (до 29 марта 2024 года), а полного созвездия - в пределах 9 лет. Компания утверждает, что более низкая орбита поможет сократить количество спутников, необходимых для развертывания, и, что более важно, поможет с более безопасным удалением спутников с орбиты.

Для того, чтобы снизить вероятность причинения ущерба при падении спутника, компания SpaceX приняла решение изменить конструкцию аппарата. Изменения заключаются в том, что теперь в спутниках нет массивных металлических компонентов, которые могли бы не полностью сгореть в атмосфере и достичь поверхности планеты. «Ни один из компонентов спутника не сможет выдержать вход в атмосферу, так что вероятность причинения ущерба равна нулю», — сообщила SpaceX.

Место падения спутника не имеет никакого значения, поскольку все они должны сгорать в верхних слоях атмосферы, и ни один обломок не достигнет поверхности планеты. «После интенсивных исследований и дополнительных инвестиций SpaceX разработала системную архитектуру, которая обеспечит уничтожение спутника при падении», — говорится в обращении компании.
Механизм отделения спутников от второй ступени ракеты не имеет диспенсера, спутники размещены друг на друге. Будет использоваться так называемое структурное размещение. Вывод таким способом в таких масштабах будет произведён впервые в истории космонавтики.

Вот тут сделаем одно отступление, пользователь Reddit moffmiyazaki предположил, как будет работать системы отделения спутников, кажется это довольно близко к реальности:



Группировка Starlink

Развёртывание будет происходить в несколько этапов:
Этап 1: 4425 спутников (Ku- и Ka-диапазона) в 82-х орбитальных плоскостях на низкой околоземной орбите (LEO).
Первоначальное развертывание - 1 600 спутников (первые 1584 на орбите 550 км / 24 орбитальные плоскости), окончательное развертывание - 2825 спутников (не геостационарная орбита (NGSO) 1150 км / 32 плоскости). Коммерческий широкополосный доступ начнёт оказываться после запуска первых 800 спутников.

Этап 2: 7518 спутников (V-диапазона).
Спутники будут располагаться на VLEO (на очень низкой околоземной орбите 340 км / 32 орбитальные плоскости) для увеличения общей полосы пропускания в населенных районах и сокращения времени пинга.

Спутники на не геостационарной орбите будут работать в высокочастотных полосах выше 24 ГГц, где передающие антенны управляемых наземных станций будут иметь более широкое географическое покрытие.

Согласно заявкам FCC, первые 75 спутников будут частично-прототипами, за ними вскоре последуют первые космические аппараты с более доработанной конструкцией и полным комплектом аппаратного обеспечения.

Симуляция работы первых 72-х спутников
Кроме того, первая группа действующих спутников (от 75 до 1000) будет использовать только одну полосу (Ku-диапазона) для связи вместо номинальных двух (Ku и Ka-диапазона), это изменение, которое, по словам SpaceX, значительно упростит первые спутники. Упрощая их, SpaceX считает, что может ускорить первоначальное развертывание Starlink, не теряя при этом высокой производительности и не мешая группировкам конкурентов, таких как OneWeb.

Основная группировка спутников будет выводиться на орбиту 550 км, более высокие (~1200 км) и более низкие орбиты (~340 км) будут использоваться позже, когда станет возможным значительно большее развертывание спутников за запуск. Речь, очевидно, идёт о системе Starship.

Разумеется, ожидается, что работы на такой низкой высоте будут страдать от исключительно высокого сопротивления атмосферы и более короткого срока службы на орбите. Ранее SpaceX указывала, что срок использования спутников, как ожидается, будет варьироваться от 5 до 7 лет для каждого, после чего они будут маневрировать на орбиту захоронения для контролируемого возвращения в течение 12 месяцев после завершения своих миссий.

SpaceX будут улучшать каждое последующее "поколение" спутников Starlink, пока они не достигнут номинальных рабочих характеристик.

"Скорее всего многое пойдет не так в 1-й миссии. Кроме того, ещё 6 запусков по 60 спутников необходимо для первоначального охвата, 12 для начала работы коммерческой сети", - сказал Илон Маск.

SpaceX заявила, что для создания минимальной группировки потребуется 360 спутников, чтобы достичь незначительного широкополосного покрытия Земли и 720, чтобы обеспечить умеренный охват.

Гвинн Шотвелл: "Может быть ещё от 2 до 6 запусков Starlink в этом году".

Спутники будут производиться серийно по гораздо более низкой цене, чем существующие спутники. Илон Маск сказал: "Мы собираемся попытаться сделать со спутниками то, что мы сделали с ракетами. Меньшие спутники имеют решающее значение для снижения стоимости космического Интернета и связи".

На данный момент необходимо (теоретически): ~ 13 запусков Falcon 9 до начала первоначального коммерческого использования и 200 (в случае вывода всей группировки), либо всего 26 запусков Starship.

В то время, как другие системы, такие как Theia, должны получать одобрение до начала обслуживания группировки, SpaceX уже было получено разрешение на предоставление услуг по системе Starlink. Похоже, это отражает взгляд FCC на SpaceX как потенциального победителя в гонке группировок и стремление начать использование, как можно скорее.

Симуляция работы первых 792-х спутников
Спутники не будут видны невооружённым взглядом, однако после полного развертывания, если бы вы могли их видеть, вы бы увидели около 3 из них в небе в любой момент времени.

Сеть Starlink использует Ku- и V-диапазоны для пользовательских линий. Ka- и V-диапазоны для шлюзовых линий и слежения, телеметрии и управления. Лазерная связь обеспечивает связь спутников между собой с максимальной для технологий на сегодняшний день скоростью.

Для контроля на первом этапе созданы несколько базовых станций слежения на территории США:

Используются антенны Cobham MK3 Series Antenna. Диаметр антенны: 1 м
Максимальная мощность передачи составляет 14,93 Вт.

Станции не представляют радиационной опасности, поскольку они не превышает предельное значение MPE в 5 мВт / см2.
Земные станции SpaceX будут взаимодействовать только с теми спутниками, которые видны на горизонте выше минимального угла места.

На самых ранних этапах развертывания группировки и когда SpaceX впервые начинает обслуживание, этот угол может составлять всего 25°, но он вернется к 40°, поскольку группировка будет развернута более полно и большее количество спутников находится в зоне видимости станции.

По сообщениям компании, к наземным станциям не должны применяться лицензионные правила, в которых основное внимание уделяется стандартам работы антенн, поскольку эти стандарты могут не подходить для спутниковых сетей на низкой околоземной орбите. Федеральная комиссия по связи пока не приняла никаких мер по лицензированию наземных станций SpaceX.

Позже наземные станции для передачи спутниковых сигналов планируется разместить по всей территории США, включая Аляску и Гавайи. Также точки разместят в Пуэрто-Рико и на Виргинских островах

Сеть спутников охватит весь мир, однако для фактического получения доступа потребуется соглашение с правительством вашей страны. Некоторые правительства не заинтересованы в том, чтобы их люди имели доступ к не фильтрованному Интернету... Теоретически все, что вам нужно для получения доступа в интернет из любой точки мира, - это антенна и учетная запись. SpaceX планирует работать с правительствами в каждом конкретном случае для предоставления услуг.

"Сеть будет проще, чем IPv6, определенно одноранговая. Сквозное шифрование на уровне встроенного программного обеспечения. Маловероятно, что его взломают с использованием современных компьютерных технологий. Если это так (и мы узнаем об этом), крипто-исправление немедленно выйдет через обновление прошивки в сети", - сообщал Илон Маск.

Риск столкновения такого большого количества спутников не равен нулю, но близок к нулю. Земля огромна!

В настоящее время на орбите вокруг Земли находится более чем 20 000 объектов. Starlink будет насчитывать около 12 000 спутников. Спутники уже врезались друг в друга. В 2009 году спутник Iridium врезался в деактивированный российский спутник связи, в результате чего образовалось около 1000 осколков размером более 10 сантиметров.

Отрицательные особенности проекта: В районах с высокой численностью населения пропускная способность может быть перегружена. Погодные явления могут ухудшить сигнал, поступающий на спутники и от них. Могут возникнуть проблемы в получении разрешения с правительством некоторых стран.

Симуляция работы всей группировки Starlink

План работ:

- Завершение тестирования Tintin A & B (несколько мартовских твитов Маска показывают, что компания очень довольна всеми тестами). Программное обеспечение должно быть написано для управления связью между пользователем и спутником, спутником и другим спутником, средствами управления, позволяющими контролировать все 12 000 спутников на орбите в реальном времени. В том числе, обнаружение и контроль столкновений на орбите. 

- 16 мая 2019 - первый массовый вывод 60 демонстрационных спутников в рамках миссии Starlink. По словам Гвин Шотвелл, SpaceX проведут до конца года ещё от 2 до 6 запусков. Начало массового производства спутников.

- Вывод 800 спутников на орбиту, начало коммерческого использования.

- Базовая система с 4425 оперативными спутниками.

- Вывод 7518 спутников (включая все орбиты).

- Участие Starlink в программе Dear Moon (пилотируемый облёт Луны туристами).

- Март 2024 года - крайний срок FCC для развертывания половины группировки (2213 спутников).

- Март 2027 - крайний срок FCC для окончательного развертывания группировки (4425 спутников).

- В долгосрочной перспективе SpaceX намеревается разработать и развернуть версию системы спутниковой связи для обслуживания Марса.

По мере исчерпания времени активного существования спутников планируется постоянно до запускать нужное число спутников на орбиту и тем самым обеспечивать непрерывность существования сети Starlink.

Что отличает Starlink от других проектов спутникового Интернета?

Современные спутниковые решения имеют ограниченную полосу пропускания с заметно более высоким временем пинга. Спутники на геостационарной орбите находятся на расстоянии 35786 км. Это расстояние создает время пинга порядка 600 - 1200 мс. Поскольку будет более 4000 спутников Starlink, они могут находиться на более низких орбитах, уменьшая расстояние между пользователем и спутником. Более короткое расстояние обеспечивает лучшее время пинга, и, по прогнозам, Starlink будет работать с пингом до 15 мс.

Распределение плотности видимых спутников в разных сетях при их полном развёртывании
Интернет-трафик через геостационарный спутник имеет минимальную теоретическую задержку прохождения сигнала туда и обратно, по крайней мере, 477 мс (между пользователем и наземным шлюзом), но на практике у существующих спутников время ожидания составляет 600 мс или более. Спутники Starlink будут иметь более практичные задержки от Земли до спутника, сравнимые с существующими кабельными и оптоволоконными сетями.

У главного конкурента группировки проекта OneWeb пропускная способность сети - 1.56 Тбит/с, у Telesat - 2.66 Тбит/с, а у SpaceX - 23.7 Тбит/с (только Ku-диапазон). Для сравнения, у оптоволоконного трансатлантического кабеля TAT-14 - 3.15 Тбит/с.

Что касается скоростей для пользователей, SpaceX упомянули гигабитные скорости, подробностей при этом не было заявлено.

Существующие (и потенциальные) конкуренты на низкой и средней околоземной орбите:
__ OneWeb - 650 спутников (выведены первые 6 спутников).
__ O3b - 16 спутников SES (вывод 4-x запланирован на 2019 год).
__ HughesNet Gen5 - Около 5 спутников на орбите.
__ Exede / ViaSat - 4 спутника на геостационарной орбите.
__ Globalstar - спутниковая группировка на низкой околоземной орбите для спутниковой телефонной и низкоскоростной передачи данных.
__ ORBCOMM - 31 спутника связи, предоставление глобальных услуг мониторинга и обмена сообщениями.
__ LeoSat - 108 спутников (разработка).
__ Project Kuiper - 3 236 спутников. Проект от Amazon (разработка).
__ Telesat - 292 спутника (разработка).
__ Сфера (Эфир) - 640 спутников (разработка).
__ Samsung Space Internet - 4600 спутников (разработка).
SpaceX также планирует продавать свои спутники для исследовательских и научных целей.

Источник