В последние годы на первый план в освоении орбиты Земли вышли новые спутниковые группировки: «мегасозвездия» из сотен и тысяч небольших унифицированных спутников. Наиболее известное из них – Starlink американской компании SpaceX – превысило по численности активных аппаратов на орбите все остальные спутники вместе взятые. Однако оно далеко не единственное из строящихся и тем более запланированных.
Конец прошлого и начало нынешнего века в коммерческом и военном освоении космоса прошли под знаком в первую очередь крупных многотонных спутников, которые выводились зачастую на геостационарные орбиты (около 35,7 тыс. км над Землей). Разумеется, если назначение требовало иного, то выбирались другие (например, для навигационных сервисов высота орбит составляет около 20 тыс. км), но, как правило, достаточно высокие, чтобы обеспечить длительный срок жизни аппарата. Для обеспечения развертывания и поддержания таких спутниковых группировок требовалось относительно небольшое количество пусков, преимущественно с единичной полезной нагрузкой.
Так, для примера, чуть более десяти лет назад, в 2012 году, в мире было произведено всего 77 запусков ракет-носителей, в том числе 26 из них осуществила Россия и всего 13 – США. Подавляющее большинство их имели единичную полезную нагрузку, причем в России зачастую коммерческую, а в США тогда запускали практически исключительно государственные, часто военные спутники, что неудивительно из-за крайне высокой стоимости запуска, которую диктовал фактический монополист – ULA (объединенный пусковой бизнес Lockheed Martin и Boeing).
Спустя десять лет, в 2022 году, произведено уже 186 запусков ракет-носителей, более чем двукратный рост! В 2023 году сотый запуск был произведен 9 июля, чуть позже календарной середины года. Начиная с 2021 года рекорды по количеству орбитальных пусков обновляются ежегодно. Эту статистику обеспечивают как рост
количества пусков в Китае, так и революция на рынке пусковых услуг (появление множества новых игроков сегменте легких ракет-носителей, снижение цены запуска в США благодаря успехам частично многоразовых ракет компании SpaceX). Быстрое изменение облика спутниковых группировок и развитие отрасли во многом продиктовано резко возросшим спросом.
Развитие микроэлектроники, сетевых технологий, средств связи с высокой пропускной способностью (в первую очередь отработка лазерной связи в космосе) позволили перейти от крупных спутников связи, в одиночку обслуживающих крупный регион, к многочисленным, из сотен и тысяч аппаратов, группировкам, развернутым на низкой орбите, – «мегасозвездиям». При таком подходе нагрузка распределяется параллельно на множество аппаратов, расположенных при этом в разы ближе к наземным терминалам (спутники на геостационарной орбите дают задержку сигнала, «пинг», не менее 500 мс). В совокупности это дает возможность обеспечить спутниковый доступ в интернет, приближающийся по качеству к широкополосному кабельному «наземному».
При этом услуги связи – вовсе не единственное, хотя и главное, применение нового подхода к построению спутниковых группировок. Сервисы дистанционного зондирования Земли, построенные на большом количестве низкоорбитальных аппаратов, могут обеспечивать регулярные сьемки каждой точки в мире, в то время как крупные военные разведывательные аппараты порой заставляют ждать (особенно если при редких пролетах над целью не везет еще и с метеоусловиями над ней).
Потенциал коммерческих сервисов съемки Земли, проявленный в ходе конфликта в Украине, столь заинтересовал западных военных, что Пентагон, и так сотрудничающий с рядом сервисов на правах «премиального подписчика», стал работать над механизмом упрощенной закупки услуг и даже продумывать механизмы компенсации фирмам в том случае, если их группировки будут нести боевые потери. Кроме того, американские военные начали создание собственного многоцелевого «мегасозвездия».
Созвездия различных назначений зачастую объединяет то, что их функционирование не зависит от каждого отдельного аппарата – спутники, входящие в них, зачастую дешевы и имеют относительно небольшой срок жизни. Но при этом возможности созвездия как системы растут с увеличением количества входящих в него спутников: у группировок связи – напрямую, по пропускной способности и покрытию, а у сервисов дистанционного зондирования Земли – косвенно, например, по частоте обновления снимков каждой точки.
Представим краткий обзор развертываемых и наиболее интересных из планируемых спутниковых созвездий.
SPACEX STARLINK
Наиболее известное из мегасозвездий, без сомнения, это спутниковая группировка Starlink, предназначенная для предоставления не привязанного к наземной инфраструктуре широкополосного доступа в интернет.
Ее известность обусловлена как субъективными факторами (активная рекламная кампания, применение в конфликте в Украине, публичная деятельность достаточно одиозного главы компании SpaceX И. Маска), так и объективными (на данный момент это самая крупная спутниковая группировка в мире и первая, которая начала предоставлять частным пользователям спутниковый интернет, по ценам и качеству сопоставимый с «наземным»).
Так, в США на лето 2023 года частным абонентам предлагается скорость 20–100 мбит/с за 90–120 долларов в месяц (плюс цена антенны: 599 долларов). Для Штатов, где даже в крупных городах не все районы обеспечены дешевым высокоскоростным интернетом и до сих пор активно используется ADSL, это достаточно конкурентное предложение. Для бизнес-клиентов доступны приоритетные по скорости тарифные планы, существуют также и более дорогие, но уверенно выигрывающие по сравнению с аналогами варианты для мобильных пользователей с установкой антенны, например, на крышу машины. На данный момент предел возможностей по скорости составляет, вероятно, порядка 350 мбит/с, которые компания готова обеспечить в открытом океане – по очевидным соображениям: там вокруг мало абонентов и чист горизонт. В плотной городской застройке система может и вовсе не работать, так как антенне необходимо «видеть» небо – чем больше, тем лучше.
Кроме Штатов, сервис представлен в 56 странах. Разумеется, теоретически спутникам безразличны государственные границы, но международные правила регулирования (в частности, правила Международного союза электросвязи) требуют от провайдеров заключения отдельных соглашений на предоставление услуг с национальными органами, так что расположенные в «неправильном» месте антенны «искусственно» не будут работать. С другой стороны, отсутствие
национальной юрисдикции позволяет свободно работать в открытом океане. Единственная страна, которой «провели интернет» без разрешения местных властей, это Иран: так было сделано в сентябре 2022 года в качестве реакции на подавление местных протестов. Практичность этого пиар-хода вызывает большие вопросы, так как трудно представить, чтобы в этой стране было значительное количество терминалов связи Starlink, но все это создало серьезный прецедент. Общее количество абонентов сервиса в мире в мае 2023 года превысило полтора миллиона и ограничивается скорее лишь возможностями компании по производству терминалов и пропускной способностью находящегося в развертывании созвездия.
Для обеспечения работы сервиса уже развернута крупнейшая в истории спутниковая группировка – по состоянию на 10 июля 2023 года, на орбите находилось 4397 работающих спутников Starlink двух поколений (и нескольких промежуточных ревизий). С учетом того, что общее количество работающих на орбите спутников всех стран, компаний и типов составляет порядка 8400, на спутники Starlink приходится чуть более половины из них. Закончено развертывание первого этапа системы и по совместительству первого поколения спутников, с весны 2023 года начато развертывание второго поколения.
Чтобы система была экономически жизнеспособной, нужно иметь порядка 1000 спутников. Если мы выводим на орбиту гораздо больше спутников, это очень хорошо – это означает, что на систему есть большой спрос
Илон Маск, СЕО компании SpaceX
Спутники первого поколения имеют массу 260–300 кг и развертывались преимущественно на круговых орбитах высотой 540–570 км с наклонением 530, что обеспечивает плотное покрытие на широтах менее 550. Видимо, это продиктовано тем фактом, что основная территория США и наиболее населенная южная часть Канады «заканчиваются» на 51–520 широты. Для обеспечения связи на более высоких широтах часть спутников выводится на полярные орбиты, и в конце 2022 года компания заявила, что готова предоставлять сервис для абонентов на Аляске и в Скандинавии. Вероятно, малое число «полярных» спутников компенсируется тем, что, по очевидным причинам, в тех регионах будет меньше абонентов.
Спутники второго поколения, более мощные, массой 800 кг, выводят на орбиту высотой 530 км с наклонением 430. Подана заявка на развертывание до 7500 спутников этого поколения, в будущем их более крупные версии (текущие официально называются «v. 2.0 mini») должна будет выводить в огромном количестве создаваемая сверхтяжелая многоразовая ракета-носитель Starship/Super-Heavy, однако сроки ввода ее в эксплуатацию неясны. На данный момент для запуска используется ракета-носитель Falcon 9, за один раз запускающая до 60 спутников первого поколения (с переходом в мае 2021 года к «полуторному» поколению их количество будет чуть меньше – 53–56) или 21–22 спутника второго поколения.
Вы можете дочитать этот материал, оформив подписку.
