Частная и коммерческая космонавтика

Спутниковый интернет: финальное решение. Как Элон Маск надеется осетенить Землю | Компьютерра

В конце февраля компания SpaceX провела очередной успешный космический старт, выведя на околоземную орбиту помимо прочего два собственных спутника с ничего не говорящими названиями Tintin A и B. На фоне недавних шумных успехов — первого полёта Falcon Heavy и электромобиля, заброшенного в межпланетное пространство — //  www.computerra.ru

 

помимо неприглядной действительности у спутникового интернета всегда была голубая мечта: Teledesic! Те, кто застал 90-е, наверняка помнят этот циклопический проект, поддержанный среди прочих Биллом Гейтсом и канувший в небытие с пузырём дот-комов. Teledesic — это чуть менее тысячи спутников, выведенных на 700-километровую орбиту.


Армия аппаратов Teledesic, деля поверхность планеты на «соты» всего 700 км в поперечнике, давала возможность с недорогой компактной клиентской аппаратурой организовать по-настоящему быстрый выход в Сеть: сотни мегабит в секунду!

Увы, несоответствие замысла текущему уровню развития техники, трудности у других спутниковых провайдеров и общее охлаждение интереса к цифре поставили на проекте крест. Но двадцать лет спустя, так и не отыскав других способов решить проблему доступного глобального интернет-доступа, мы возвращаемся к идее спутниковых сверхгруппировок. И особняком среди претендентов, как по масштабу, так и по уровню проработки, стоит проект Элона Маска: Starlink не просто повторит мечту Teledesic, а выведет её на новый уровень.

Если коротко, Starlink (она же SpaceX NGSO Satellite System) — группировка из 12 тысяч искусственных спутников Земли, разнесённых на орбиты 1100-1300 и 340 километров, ориентированная на неудовлетворённый спрос на дешёвый глобальный скоростной и с малой задержкой интернет-доступ (до 1 Гбит/с на пользователя). Развёртывание её проведут в два этапа: на первом (в следующие три года) в космос отправят 4425 аппаратов, позднее (до середины следующего десятилетия) к ним добавят ещё 7518 единиц. Начало эксплуатации, самое ранее, планируется на 2019-й год.


Особенность первая: огромное количество спутников на сверхнизкой и низкой орбитах. Благодаря этому у абонентов появляется возможность использовать не обычную спутниковую антенну, а так называемую фазированную антенную решётку, не требующую механического наведения (направленность её меняется электронно). Клиентский блок Starlink — это коробка размером с пиццу, устанавливаемая в любой точке земной поверхности (квартира, дом, автомобиль, корабль, самолёт), откуда виден (в собственной формулировке SpaceX) «хотя бы кусок неба». Помимо лёгкости настройки такое решение облегчает проблему интерференции, которая во всех подобных проектах стоит остро: ведь часть диапазона, задействованного для связи со спутниками, используется и наземной сотовой связью (всё тот же 5G), и другими спутниковыми операторами.

Особенность вторая: беспрецедентная дешевизна оборудования. (кхм... да, мы помним - "Гиперлуп" будет бесплатным, потому что на крыше трубе будут солнечные панели) Строить спутники для Starlink традиционным способом, когда каждый аппарат — штучный товар, собираемый вручную, нереально. Кроме того даже ожидаемый срок службы спутника здесь не превышает 7 лет, а опыт других операторов показывает, что в реальности он всегда меньше ожидаемого из-за непредвиденных факторов.

Так что SpaceX не только разработала собственную механическую конструкцию (её спутники сравнительно плоские, что, предположительно, позволит эффективно упаковывать их в Falcon, выводя на орбиту до пятидесяти штук за раз) и автоматизировала производство, но самостоятельно разрабатывает даже микросхемы, учтя наработки последних лет (упоминаются, в частности, чипы ASIC, которые стали популярны лишь благодаря криптовалютам: суть, массивно-параллельный процессор, заточенный под выполнение одной функции, например, вычисление хэша; у Teledesic, понятно, таких возможностей не было). В результате клиентский «модем», например, будет продаваться за 200 долларов, а себестоимость спутника, предположительно, будет на порядки меньше обычных значений.

Особенность третья: P2P-архитектура. Традиционно аппараты, предоставляющие спутниковый доступ к интернету, между собой не связаны и работают простыми ретрансляторами: принял сигнал от клиента или (чаще) наземной станции (подключенной оптоволокном к интернету) и сразу же переслал обратно, на другую наземную станцию или клиенту (такую схему называют bent pipe — гнутой трубой, понятно почему). В случае с LEO-группировками это оборачивается очевидными трудностями: требуется огромное число вспомогательных наземных станций, значительная мощность клиентской аппаратуры, обостряется проблема интерференции.

Спутники Starlink будут связаны между собой, причём оптическими каналами (читайте: быстро и без необходимости одобрения регулирующими органами), так что смогут маршрутизировать данные в наиболее выгодную точку над Землёй. К примеру, спутник, находящийся вне видимости наземной станции, сможет перепасовать пакеты через нескольких соседей к тому из них, который станцию видит. Поэтому наземные станции по-прежнему нужны, но роль их уменьшается и, соответственно, уменьшается требуемое их количество. Во времена Teledesic подобных технологий ещё не было, либо они только начинали разрабатываться: P2P был идейно и технически проработан лишь в нулевые.



Наконец последняя и, возможно, главная особенность Starlink: это проект не для всех. В отличие от прожектёров вроде Марка Цукерберга, которые тоже мечтают об осетенении Земли, но ориентируются на неплатёжеспособную аудиторию (см. «Золотой миллиард землян давно в Сети. А второй и третий — где и какие они?»), Маск целит только в тех, кто платить за «спутниковый кабель» может. Поэтому к 2025-му году у Starlink планируется лишь 40 миллионов абонентов.

 

Конечно, Starlink не одинока. У неё уже наметились реальные конкуренты — прежде всего европейская OneWeb (600+ LEO-аппаратов, старты в этом году, начало эксплуатации в следующем) и O3b (уже эксплуатирующая небольшую MEO-группировку и планирующая её расширение). Однако беспрецедентная прозрачность (никто больше не раскрывает своих проектов в таких подробностях), возможность полной вертикальной интеграции

 

Нельсон: коммерческая индустрия готова содержать МКС?
Мартин: Не думаю.

 

lozga сегодня в 06:57
Счетная Палата США предупреждает: SpaceX и Boeing ждут новые задержки, возможен перерыв США в полетах на МКС

На прошлой неделе вышел сорокасемистраничный отчет Счетной Палаты США о происходящем в программе Commercial Crew Program. Выводы тревожные — аудиторы считают, что сегодняшние даты сертификации кораблей SpaceX и Boeing будут сдвинуты больше, чем на год. Хуже того, поскольку места на «Союзах» заканчиваются в начале 2019, американские астронавты могут на 9 месяцев потерять возможность полететь на МКС.

Недавние испытания парашютной системы Boeing Starliner (слева) и SpaceX Crew Dragon (справа). У Dragon испытывается сценарий аварии с нераскрытием одного парашюта из 4. Фото NASA, SpaceX

Препятствие сертификации

Контракты NASA со SpaceX и Boeing составлены так, что перед тем, как начать возить астронавтов на МКС, кораблям нужно пройти сертификацию — компании должны доказать NASA, что корабли соответствуют требованиям по функциональности и безопасности. При этом и SpaceX и Boeing неоднократно прямо заявляли, что ставят перед собой амбициозные, а не реалистичные цели. Это может мотивировать команду и хорошо смотрится в новостях, но в реальности приводит к постоянным переносам сроков. С момента подписания контрактов в 2014 году прошло 13 квартальных проверок прогресса работ. И Boeing докладывал о задержках сроков на 7 проверках, а SpaceX на 9. Сроки сертификации уже сдвинулись с 2017 года на 2019, и по методике оценки рисков NASA вероятность того, что любая из фирм уложится в них, равна нулю. Средние ожидаемые расчетные сроки сертификации составляют для Boeing — декабрь 2019, а для SpaceX — январь 2020.

График задержек, круг — исходная дата, квадрат — текущая ожидаемая дата, диапазон со звездочкой справа — сроки сертификации по расчетам рисков NASA. Изображение GAO

Риски и задержки

На сегодняшний день для обеих компаний существуют риски, которые могут дополнительно задержать сертификацию.

Для Boeing:

• Система спасения может не справиться с управлением кораблем. Выяснилось, что в некоторых сценариях капсула может начать кувыркаться, что может представлять опасность для экипажа. Для борьбы с этой проблемой Boeing провела обширное тестирование в аэродинамической трубе и собирается провести тест работы системы спасения со стартовой площадки в июле 2018.
• В парашютной системе передняя теплозащитная крышка после сброса может ударить о корабль и повредить парашюты. По расчетам Boeing это может случиться только в случае нераскрытия одного из двух тормозных парашютов крышки, и даже в этом случае шансы удара ничтожны. Однако расчеты NASA показывают, что это может произойти даже в случае успешного раскрытия обоих парашютов. Если риск посчитают неприемлемым, для Boeing это будет означать переделку парашютной системы и как минимум шестимесячную задержку.
• Ракета-носитель является одним из самых больших рисков программы и безопасности астронавтов. Неизвестно, удастся ли получить достаточно информации от оператора ракеты-носителя, United Launch Alliance, чтобы определить опасность потенциально катастрофичных трещин. Это может занять весь четвертый квартал 2018 года. Также информация по двигателю РД-180 ограничена отдельным договором РФ-США, и работы по получению нужных данных для сертификации ракеты-носителя все еще идут.

Для SpaceX:

• Композитные баки наддува ракеты-носителя, из-за которых произошла авария в 2016 году, заменили на новые, но они еще не прошли квалификацию. Риск заключается в возможных проблемах и задержках с подтверждением пригодности и безопасности новых баков.
• Трещины в турбонасосах должны исправить в версии Block 5 ракеты-носителя Falcon 9, но ракета еще не прошла квалификационное тестирование в NASA. Трещины, по мнению NASA, являются недопустимым риском для пилотируемых полетов, и, если проблема все еще не будет решена, то придется еще раз менять конструкцию.
• Заправка ракеты топливом, когда астронавты уже в корабле является потенциальным риском, потому что раньше астронавты садились в корабль, стоящий на уже заправленной ракете. SpaceX согласилась продемонстрировать процесс заправки на окончательной конфигурации ракеты и корабля пять раз перед пилотируемым полетом (беспилотный запуск и испытания системы спасения на летящей ракете тоже засчитываются), это может внести дополнительные задержки.

План Б для МКС

Отдельной претензией Счетной Палаты было нежелание NASA рассказывать о расчетных сроках сертификации Конгрессу и отсутствие резервных планов на случай задержек. Дело в том, что места на «Союзах» закончатся чуть раньше половины расчетного срока, и в худшем случае 9 месяцев американские астронавты не смогут летать на МКС.

Бирюзовая зона — диапазон расчетных дат сертификации хотя бы одного корабля. Изображение GAO

Новые места на «Союзах» получать уже поздно — производство корабля и покупка мест занимают примерно три года, а остался всего один. В марте 2018 условия контракта с Boeing изменили — NASA получило возможность добавить третьего члена экипажа в первый испытательный полет и продлить его длительность при необходимости. Т.е. первый пилотируемый полет Starliner можно будет провести сразу к МКС, но это сработает только в том случае, если у корабля Boeing не будет задержек. Сейчас NASA размышляет, как можно сдвинуть посадку «Союза» с последним доступным местом с ноября 2019 на январь 2020, но это тоже только частичное решение, покрывающее два месяца из потенциальных девяти.

Распределение вероятностей

Ну и, наконец, Счетная Палата раскритиковала отсутствие единой метрики безопасности кораблей. В 2011 году была установлена допустимая вероятность гибели экипажа в 1/150. Однако в последующих документах появилась более трудно достижимая вероятность 1/270. Хуже того, в 2014 году обновили модель космического мусора, которая используется для оценки вероятности катастрофы. Новая модель опаснее старой, и Boeing со SpaceX могут не уложиться в 1/270. Ситуацию осложняет тот факт, что четыре разных подразделения NASA используют три разные вероятности — 1/150, 1/200, 1/270, причем для разных моделей космического мусора и прочих условий. Чтобы не произошло парадокса, когда компания-подрядчик сможет выполнить требования 1/270 по старой модели для одного подразделения, но провалит сертификацию по 1/150 с новой моделью в другом подразделении, в этой области надо навести порядок.

Обратная связь

В отчете также содержится ответ NASA на пять рекомендаций Счетной Палаты по итогам аудита:

• С первой рекомендацией — внести свою расчетную оценку сроков в ежеквартальный отчет Конгрессу NASA не согласилось. По мнению агентства, существующая практика использования расчетных сроков подрядчиков является правильной. А по мере приближения дат пуска NASA будет следить, чтобы оценки агентства и расписания подрядчиков оставались согласованными.
• Вторая рекомендация касалась разработки запасного плана для недопущения разрыва в полетах американских астронавтов на МКС. Здесь NASA согласилось, заявило, что уже ведет работы в этом направлении и ожидает их завершения к концу 2018.
• Третья рекомендация была посвящена разнице в оценке рисков. Здесь NASA согласилось частично, заявив, что, несмотря на то, что наличие нескольких документов с разными требованиями может запутывать, главным в данном случае является документ HEOMD-CSD-10001 с вероятностью 1/270
• Четвертая рекомендация касалась документирования ситуации с разными оценками вероятности на будущее. Здесь агентство согласилось.
• Ну и, наконец, пятая рекомендация относилась к реорганизации подразделений для избежания совмещения технических и программных обязанностей, с чем NASA согласилось, теперь это будут две отдельные должности.

Заключение

Тот факт, что по оценкам самого NASA Starliner и Crew Dragon должны полететь заметно позже объявленных сроков — небольшая сенсация. Тем не менее, расчетный диапазон от мая 2019 до августа 2020 достаточно большой, чтобы попадание Boeing или SpaceX в его левую часть не вызвало серьезных проблем. Но для больших и технически сложных проектов нормой являются задержки и переносы сроков, так что интрига — кто полетит первым и когда, сохраняется.