Наука и жизнь

SpaceX раскрывает новые подробности Starlink

SpaceX раскрывает новые подробности Starlink

Менее чем за 24 часа до начала первой специальной миссии SpaceX Starlink, компания раскрыла несколько новых подробностей о конструкции 60 спутников, расположенных внутри обтекателя Falcon 9.

Ракета-носитель Falcon 9, назначенная для запуска миссии Starlink v0.9 — B1049 — уже дважды совершала полеты до сентября 2018 года и января 2019 года и, вероятно, примет участие во многих дополнительных запусках до своего выхода на пенсию. В поддержку обнадеживающего будущего B1049, беспилотный корабль «Конечно, я все еще люблю тебя» (OCISLY) прибыл на место возвращения ракеты 13 мая.

Сочетание удаленного места возвращения и низкой целевой орбиты может означать только одно: полезная нагрузка спутника Starlink v0.9 чрезвычайно тяжелая. Как это чаще всего и происходит, именно именно эту информацию включили в официальный пресс-кит SpaceX (PDF):

«Благодаря плоской панели с несколькими высокопроизводительными антеннами и одной солнечной батареей, каждый спутник Starlink весит примерно 227 кг, что позволяет SpaceX максимизировать массовое производство и в полной мере использовать возможности запуска Falcon 9. Чтобы отрегулировать положение на орбите, сохранить предполагаемую высоту и отклонения от орбиты, спутники Starlink оснащены двигателями Холла, работающими на криптоне. Разработанный и построенный на основе наследия Dragon, каждый космический корабль оснащен навигационной системой Startracker, которая позволяет SpaceX точно располагать спутники. Важно отметить, что спутники Starlink способны отслеживать обломки на орбите и автономно избегать столкновений. Кроме того, 95 процентов всех компонентов конструкции будут быстро сгорать [в] атмосфере Земли в конце жизненного цикла каждого спутника, превосходя все текущие стандарты безопасности. В будущих итеративных проектах, мы приближаемся к полной их дезинтеграции».

Первые два опытных спутника SpaceX StarX развернуты Falcon 9, февраль 2018
Первые два опытных спутника SpaceX StarX развернуты Falcon 9, февраль 2018

Прежде всего, масса каждого спутника около 227 кг является впечатляющим достижением, почти вдвое меньше массы прототипов Tintin A/B SpaceX, выпущенных еще в феврале 2018 года. Для примера, фактически завершенная конструкция спутника OneWeb весит ~ 150 кг каждый и опирается на адаптер ~1050 кг, способный нести ~30 спутников. С учетом адаптера, который добавляет ~180 кг на каждый спутник OneWeb, он примерно на 25% легче, чем Starlink v0.9.

Однако если учесть, что SpaceX эффективно достигнет желаемой пропускной способности на спутник ~20 гигабит в секунду (Гбит/с), Starlink v0.9 сможет обеспечить более чем вдвое большую производительность спутников, нежели OneWeb (PDF). Тем не менее, они все еще находятся на стадии разработки и не имеют лазерной связи, которая будет стандартной для всех будущих космических аппаратов, что, вероятно, увеличит их массу еще на ~ 10%.

Несмотря на оставшиеся технические загадки, можно окончательно сделать вывод, что форм-фактор спутника и эффективность упаковки StarX значительно опережает что-либо сопоставимое. По сравнению с ракетами, с которыми он конкурирует, обтекатель Falcon 9, на самом деле, находится как будто бы в худшем положении, но SpaceX каким-то чудом все же удалось разместить в нем невероятные 60 довольно высокопроизводительных спутника, и еще осталось место.

Спутники SpaceX Starlink в диспенсере перед отправкой в космос на Falcon 9

Кроме того, генеральный директор SpaceX Илон Маск говорит, что эти «плоские» спутники Starlink не имеют реального адаптера или диспенсера, вместо этого полагаясь на собственную структуру для поддержки полного стека. То, как каждый спутник будет развернут на орбите, мы возможно увидим на этой неделе, но это, вероятно, будет не менее неортодоксальным, чем их интегрированный внешний вид.

Эта эффективность также означает, что Starlink v0.9 является массивным. При весе ~ 227 кг на спутник, минимальная масса составляет около 13 800 кг, что делает его самой тяжелой полезной нагрузкой, которую SpaceX когда-либо пытался запустить. Трудно преувеличить, насколько амбициозным является начало для внутренней программы разработки спутников: Starlink прошла путь от двух грубых прототипов до 60 спутников и одной из самых тяжелых полезных нагрузок спутников связи за последние полтора года.

Помимо их легкого и компактного плоского дизайна, следующей наиболее заметной особенностью спутников StarX v0.9 от SpaceX является их двигательная установка. SpaceX не только разработала, изготовила, протестировала и квалифицировала свои собственные двигатели с эффектом Холла (Hall Effect thrusters — HETs) для Starlink, но и питание эти двигатели получили на криптоне вместо стандартного ксенонового газового топлива.

Основываясь на кратком обзоре академических и отраслевых исследований в области технологии, двигатели с эффектом Холла на основе криптона могут превосходить ISP (химическая эффективность) ксенона на 10−15%, но при этом снижают тягу на 15−25% при заданной мощности. Кроме того, двигатели на криптоне также на 15−25% менее эффективны, чем двигатели на ксеноне, а это означает, что криптону обычно требуется значительно больше энергии, чтобы соответствовать тяге ксенона. Однако наиболее вероятное объяснение выбора криптона SpaceX по сравнению с менее экзотическими вариантами простое: трудно добиться стабильной цены на такие редкие благородные газы, а стоимость криптона как минимум в 5−10 раз ниже ксенона для данной массы.

двигатели с эффектом Холла (Hall Effect thrusters - HETs) для Starlink
Подруливающие устройства с эффектом Холла, как правило, могут работать на большинстве благородных газов, хотя они обычно оптимизированы для одного или нескольких вариантов. Слева — ксеноновый газ, справа — криптон

При стоимости, на которую ориентируется SpaceX (0.5 — 1 млн долл. на спутник), цена одного пропеллента (скажем, 25−50 кг) может стать серьезным препятствием для доступности спутника — 50 кг ксенона стоит не менее 100 000 долларов, а 50 кг криптона что-то вроде 10 000−25 000 долларов. Чем больше топлива может нести каждый спутник Starlink, тем дольше каждый из них сможет безопасно работать, это еще один способ снизить стоимость жизни спутниковой груиппировки.

Трансляция запуска начнется завтра, 16 мая, в 5:30 по московскому времени. Мы опубликуем трансляцию в 5:15. Не пропустите: подпишитесь на любую из наших социальных сетей, чтобы быть в курсе всех событий — Вконтакте, Facebook, Twitter, Telegram.

Поделиться с миром: