Перспективы развития глобальной спутниковой системы Starlink

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы развития глобальной спутниковой системы Starlink

Шестов Андрей Владимирович

Самолюк Дарья Витальевна

Аннотация

В статье исследуется развитие инновационных технологий, связанные с запуском новейших, рассмотрены этапы реализации проекта «Starlink» компании «SpaceX» Илона Маска. Рассмотрены перспективы создания аналогичной спутниковой системы в России.

Ключевые слова: инновации, космос, спутниковая связь, орбита, оператор, спутник.

Annotation

The article explores the development of innovative technologies associated with the launch of the latest, the stages of the implementation of the "Starlink" project of Elon Musk's SpaceX company are considered. The prospects of creating a similar satellite system in Russia are considered.

Keywords: innovations, space, satellite communications, orbit, operator, satellite.

Starlink представляет собой глобальную спутниковую систему, разработку и внедрение которой осуществляет компания SpaceX» Илона Маска. Компания применяет свои научные инновационные разработки в построении ракет и спутников для создания новейшей системы широкополосного интернета. Являясь ведущим мировым разработчиком и поставщиком многоразовых ракет орбитального класса, компания имеет большой опыт по запуску космических аппаратов [1, с. 29].

Целью реализации проекта Starlink по созданию спутниковой системы является обеспечение жителей всех стран дешевым беспроводным интернетом, который будет отличаться высокой скоростью.

Беспроводной интернет Starlink отправляет информацию через космический вакуум, где она распространяется значительно быстрее по сравнению с интернетом, который подается посредством оптоволоконного кабеля, и может быть доступен в самых отдаленных уголках планеты [4].

В отличие от геостационарных спутников, обеспечивающих подачу интернета, которые вращаются вокруг Земли на расстоянии около 35 000 км, Starlink представляет собой созвездие, стоящее из нескольких космических спутников, вращающихся вокруг планеты, и находясь к Земле на расстоянии 550 км. Будут охватывать практически всю поверхность земного шара.

Инновационная спутниковая система SpaceX применяет новейшие технологии формирования лучей фазированной решетки и цифровой обработки данных каждым спутником, в целях более эффективного использования и распределения спектра частот на основе космических и наземных лицензий.

Технологии с фазированной решеткой используются на пользовательских терминалах SpaceX, в целях распределения высоконаправленных и управляемых антенных лучей, которые отслеживаются спутниками. Фазированные решетки на наземных станциях шлюза генерируют пучки с высоким коэффициентом усиления для связи с несколькими спутниками внутри созвездий с одного узла шлюза.

SpaceX будет использовать оптические межспутниковые линии связи для бесперебойного управления сетью и непрерывности обслуживания интернет-связи, одновременно сводя к минимуму охват спектра всей спутниковой системы и облегчая совместное использование спектра с другими космическими и наземными системами (рисунок 1).

На рисунке 1 представлена архитектура спутниковой сети Starlink и ее структурные элементы [4]:

1. Космический сегмент, представляющие собой спутники которые расположены на низкой орбите;

2. Наземный сегмент:

3. Центр управления сетью (Network Management System),

4. Шлюзовые станции (Gateway),

5. Абонентский терминал (User Terminal).

Планируется, что в рамках проекта Starlink будет запущено примерно 12 тысяч спутников. На первом этапе SpaceX запланировано вывести рабочую группу из 4425 спутников LEO на высоту от 1,110 -1,325 км на 83 орбитальные плоскости, которые будут вещать в Ka («above» от 26,5 -40 ГГц) и Ku («under» от 12 -18 ГГц) диапазонах (К-диапазон 18-26,5 ГГц) (таблица 1).

Рисунок 1. Структура глобальной спутниковой сети Starlink [5]

Таблица 1 - Характеристики созвездия системы спутников первой рабочей группы [5]

Для обеспечения интернет-услугами густонаселенных территорий на втором этапе реализации проекта планируется ввод второй группировки, включающую 7518 спутников VLE. Данная группа спутников будет выведена на низкую околоземную орбиту на высоте 340 км. и будут работать в более скоростном V-диапазоне (полоса частот от 40 ГГц до 75 ГГц). Данная группа спутников будет обеспечивать подачу интернет со скорость передачи до Гбит/с в густонаселенные города.

Конфигурация созвездия VLEO (SpaceX определяет, как V -band Low Earth Orbit) представленая в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики созвездия системы спутников второй рабочей группы [5]

Поскольку спутники Starlink находятся на низкой орбите, время передачи данных между пользователем и спутником-также известное как задержка - намного меньше, чем у спутников на геостационарной орбите. Это позволяет Starlink предоставлять такие услуги, как онлайн -игры, которые обычно невозможны в других спутниковых широкополосных системах.

Starlink имеет три фазы полета:

1) подъем на орбиту; инновационный проект спутниковый

2) стояночная орбита (380 км над Землей);

3) на станции (550 км над Землей) [5].

Во время подъема на орбиту спутники используют свои двигатели для увеличения высоты в течение нескольких недель. Некоторые спутники направляются непосредственно на станцию, в то время как другие останавливаются на парковочной орбите, чтобы спутники могли перейти на другую орбитальную плоскость. Как только спутники оказываются на станции, они перестраиваются таким образом, чтобы антенны были обращены к Земле, а солнечная батарея перемещалась вертикально, чтобы она могла отслеживать Солнце для максимальной выработки энергии. В результате этого маневра спутники становятся намного темнее, потому что видимость солнечных батарей с земли значительно снижается.

Конструкция спутника Starlink была обусловлена тем фактом, что они летают на очень низкой высоте по сравнению с другими спутниками связи.

Компания SpaceX делает это для приоритизации безопасности космического движения и минимизации задержки сигнала между спутником и пользователями, которые получают от него интернет -услуги. Из-за низкой высоты лобовое сопротивление является основным фактором в конструкции. Во время подъема орбиты спутники должны минимизировать площадь своего поперечного сечения относительно «ветра», иначе сопротивление приведет к их падению с орбиты. Высокое сопротивление - это обоюдоострый меч - это означает, что управлять спутниками сложно, но это также означает, что любые спутники, которые испытывают проблемы, быстро и безопасно сойдут с орбиты и сгорят в атмосфере. Это уменьшает количество орбитального мусора или «космического мусора» на орбите [4].

Когда спутники Starlink выходят на орбиту, они в ограниченной степени вращаются вокруг вектора скорости для выработки электроэнергии, всегда сохраняя площадь поперечного сечения минимальной, при этом антенны должны быть обращены к Земле достаточно, чтобы оставаться в контакте с наземными станциями.

В мае 2021 года произошло историческое событие - ракета-носитель Falcon 9 FT с первой ступенью B1063-2 вывела на орбиту 550 км, 53,0° очередную партию из 60 спутников [4].

Миссия Starlink-28 завершилась успехом. Но главный успех в другом. Эти 60 спутников Starlink полностью заполнили Shell 1 (слой 1) - низкую околоземную орбиту с высотой 550 км и углом наклонения 53,2°. Таким образом, спутниковая группировка покрыла практически всю поверхность планеты Земля (рисунок 2). Илон Маск успешно завершил первый этап первой фазы своего проекта. Осталось наполнить еще три таких слоя и довести количество спутников в группировке до 4408. Сейчас в рабочем состоянии находятся 1635 аппаратов. К сожалению, выходить в интернет через Starlink можно лишь в нескольких ограниченных по территории зонах. В северной части США, в южной части Канады и в Великобритании [2].

Российское правительство собирается построить в России отечественную «спутниковую группировку быстрого доступа в интернет на всей территории страны без ограничений по дешевым тарифам».

Рисунок 2. 2D-Kapma со спутниками и траекторией их движения [3]

Данная группировка спутников упомянута в проекте документа «Национальная инновационная система», являющемся частью «Стратегии социально-экономического развития России до 2030 г.» [2]. Согласно представленным в нем сведениям, на развитие проекта из госбюджета будет потрачено более 151,8 млрд руб. Деньги будут вкладываться постепенно, до 2030 г.

Правительство России в лице Дмитрия Рогозина сообщает о существенных сдвигах в работе над «Сферой» и планирует, что в 2024 году Россия получит «Интернет из космоса». При этом, в 2021 году на «Сферу» выделили больше 12 млрд. рублей, а в 2022 -м ожидается получить ещё 7 млрд рублей. Эти деньги пойдут на создание двух лётных прототипов космических аппаратов «Скиф» (Интернет) и «Марафон» (Интернет вещей). Один из них будет запущен в 2022 году, второй -- в 2023-м. Также деньги направят на закупку ракет-носителей для выведения в 2024 году спутников связи «Экспресс-РВ» [2].

Российские эксперты скептически отнеслись к планам о запуске российского «Интернета из космоса» в 2024 году. Кроме того, по мнению экспертов, «Сферу» нельзя будет назвать стопроцентно отечественным проектом, поскольку без иностранного участия, по их мнению, реализовать его будет невозможно.

Список источников

1. Кравченко Д.Г. Спутниковая связь и перспективы ее развития // Сборник статей III Международной научно -практической конференции «Молодежь, наука, инновации: актуальные вопросы современности». - 2021.- С. 28-30.

2. В России построят конкурента OneWeb и StarLink, чтобы раздавать «быстрый и дешевый интернет» из космоса. [Электронный ресурс].

3. Глобальная сеть широкополосного спутникового интернета Starlink. [Электронный ресурс].

4. Старлинк. [Электронный ресурс].

5. Starlink покрыл почти всю поверхность планеты Земля. [Электронный ресурс].

Размещено на Allbest.ru