Группировка Starlink — система орбитального перехвата принципиально нового типа

Группировка Starlink — система орбитального перехвата принципиально нового типа

Создание грандиозной группировки спутников Starlink продемонстрирует принципиально новые качества, которые начинают проявляться у экстремально больших спутниковых систем. Их баллистические возможности могут оказаться неожиданными и позволят использовать такую мегагрупприровку совсем не по основному назначению. Например, можно оперативно превратить часть мирных спутников в оружие и выполнить боевую задачу, а после вернуть спутники к их обычной работе. Naked Science задался вопросом, насколько это возможно. //  naked-science.ru

 

Одиночный спутник представляет собой плоскую панель массой 260 килограммов. Длина панели около 3 м, ширина 1,5 м, толщина 0,2 м. Спутники оснащены одной панелью солнечных батарей, и электростатическим двигателем Холла с криптоном в качестве рабочего тела. Для выполнения своей основной задачи спутники оснащены антеннами различных типов.

В настоящий момент SpaceX формирует сеть первого поколения спутников, состоящую из двух частей. Первую часть составят 4408 спутников, размещаемых слоями на высотах 540, 550, 560 и 570 км. Каждый слой содержит от 4 до 72 орбитальных плоскостей и от 520 до 1584 спутника. Именно в эту первую часть запускаются сейчас «Старлинки». В течение 2021 года было выполнено 19 запусков, количество рабочих спутников на орбите дошло до 1944. А в январе 2022 года количество рабочих «Старлинков» перевалило за 2000.

Вторая часть спутниковой сети первого поколения будет содержать 7518 спутников в трех слоях на высотах 336, 341 и 346 км. Вместе с первой частью, заполняемой сегодня, спутниковая сеть первого поколения должна насчитывать 11926 спутников.

Сеть из спутников нового поколения будет значительно многочисленнее. В октябре 2019 года SpaceX подала в Федеральную комиссию по связи (FCC) заявку на запуск 30 000 спутников Starlink второго поколения на рабочие орбиты высотой от 328 до 614 км. В августе 2020 года компания попросила внести изменения в свою заявку, связанные с возможностью запуска спутников большими группами на носителе «Starship». Однако общее количество спутников и высотный диапазон остались неизменными.

Планы конечной конфигурации группировки «Старлинк» с течением времени меняются. Согласно самому свежему письму SpaceX в Федеральную комиссию по связи (FCC) в январе 2022 года, в завершенном виде группировка «Старлинков» второго поколения будет состоять из 9 орбитальных слоев, находящихся на высотах 340, 346, 350, 360, 525, 530, 535, 604, 614 км. Слои будут содержать от 12 до 48 орбитальных плоскостей, в каждой из которых будут двигаться по 110 – 120 спутников (в двух верхних слоях по 12 и 18 спутников в каждой плоскости). Общее количество спутников составит 29988.

До этого приходилось слышать о планах увеличения группировки до 42 тысяч спутников. Пока что они не отразились в заявках в регулирующие федеральные органы, но с вводом в эксплуатацию сверхтяжелого «Starship», способного запускать порядка 500 спутников за один полет, можно ожидать поступления таких заявок и резкого ускорения наращивания группировки «Старлинк».

 

Другой взгляд на большую орбитальную систему

Однако можно посмотреть и иначе на саму баллистическую сущность сети «Старлинков». Очень большая спутниковая группировка представляет собой барражирующие в пространстве множественные высокоскоростные тела. Именно в силу того, что их очень много, и они «присутствуют везде», их можно рассматривать как кинетическое средство поражения, находящееся в предварительной готовности и достаточном количестве над любым районом земного шара.

Переформулируем определение «частая угроза столкновений» и получим другое: «большая спутниковая сеть все время держит под прицелом другие спутники, которые может уничтожить»

Выше мы отметили, что «Старлинки» часто проходят всего в километре от других спутников — у этой медали есть и оборотная сторона. Она в том, что для сокращения этой дистанции до нуля требуется совсем небольшой импульс. Который можно задать, в силу его малости, даже слабым двигателем, и достаточно оперативно.

Роскосмос и NORAD пока молчат об этом нюансе. Роскосмос, возможно, потому, что не готов признавать растущую угрозу орбитальной сети «Старлинков», а система слежения за баллистическими объектами NORAD вообще не занимается стратегиями боевого применения, ее дело отслеживать объекты и их текущее движение, и рассчитывать траектории и прогнозы. Вероятно, до реальной перспективы построения экстремально больших спутниковых систем просто не возникало таких подходов; никому и в голову не приходило воспринимать большую орбитальную группировку с этого ракурса (или приходило, но мы пока об этом не знаем).

 

Перехват может быть принципиально иным. Можно не ставить задачу гарантированного перехвата цели одним конкретным аппаратом-перехватчиком. Большая спутниковая сеть создает другие возможности. Надо просто поставить противоположную задачу системе управления движением орбитальной группировки. Такую, например: не избегать столкновений с другими спутниками, а наоборот, максимизировать вероятность столкновения со спутниками-целями. Под целью будем понимать конкретный космический аппарат, орбита и параметры движения которого известны, и полет которого нужно прекратить.

 

Итоговая полная вероятность такого перехвата не сосредоточена в одной точке траектории цели, или в одном выбранном моменте времени, как у обычного «сольного» перехвата. Она окажется «размазана» по траектории цели, по многим опасным сближениям на ней, и многим моментам времени. Поэтому нельзя сказать заранее, в каком сближении и когда вероятность соударения реализуется в фактическое событие.

С увеличением числа опасных сближений до достаточно большого растущая вероятность столкновения приведет к реальному событию перехвата. Можно назвать такой способ распределенным групповым орбитальным перехватом

Криптоновые двигатели «Старлинков» обладают малой тягой, однако ее вполне достаточно для маневров уклонения. Еще раз вспомним, что уже сегодня возникают множественные ситуации расхождения спутников на расстоянии одного километра и меньше. Нужно определить, с какими спутниками «Старлинк» у цели складываются подобные прогнозируемые сближения. Система управления движением орбитальной группировки определяет спутники «Старлинк», которые могут создать опасное сближение с заданной целью в ближайшие сутки или в другой интервал времени, при условиях небольшой корректировки их орбит. Таких спутников среди многотысячной группировки может оказаться достаточно много, возможно, много десятков или сотен.

По команде системы управления движением группировки выбранные спутники меняют задачу уклонения на задачу встречи. Они запускают двигатели орбитального маневрирования, и начинают изменять свое орбитальное движение так, чтобы количество опасных сближений с заданной целью начало расти. «Старлинки» могут рассчитывать задачу встречи автономно, или работу их двигателя задаст командой общая система управления сетью. Так начинается групповой орбитальный перехват цели. Спустя некоторое время – например, сутки – опасность столкновения задействованных спутников с заданной целью достигает боевых значений. В ходе чего реализуется и само столкновение. Перехват цели выполнен – распределенный групповой орбитальный перехват.

 

Можно сказать, что задействовать столько спутников «Старлинк» ради одного перехвата нерационально. Но ведь израсходуется только один спутник. Остальные могут спокойно возвращаться на исходные орбиты, или в новую конфигурацию, обеспечивающую выполнение основных задач связи. Да, у задействованной в перехвате группы спутников возникнет незапланированный расход криптона, это снизит его запасы и сократит срок службы этих спутников.

Но насколько сократит? Возможно, не столь существенно. Ведь система управления выберет те спутники, которым потребуются минимальные коррекции. Этот дополнительный расход не выведет спутники перехватывающей группы из эксплуатации сразу. А в планах SpaceX стоят запуски «Старлинков» большим «Старшипом», который будет выводить на орбиту сразу около 500 (для разных орбит количество в запуске будет различаться) спутников за один пуск. Этим легко можно компенсировать снижение срока службы спутников из группы перехвата. При больших масштабах спутниковой группировки (не забудьте – 30 тысяч спутников!) перехватный перерасход криптона у сотни спутников окажется не только не критичным, но и незаметным для всей системы.

 

Групповой орбитальный перехват будет намного эффективнее, если потребуется перехватить не одиночную цель, а несколько целей – десять, тридцать или пятьдесят. Например, при задаче уничтожить космическую группировку: спутников связи, или спутников разведки. Тогда спутники из группы перехвата могут создавать угрозу не одной, а сразу нескольким или многим целям. Это в разы поднимет эффективность перехватчиков, и результативность группового перехвата. Возможна градация перехватчиков по количеству целей. Одни из перехватчиков могут создавать опасное сближение только для одной цели, другие – для двух целей, трех целей, N целей.

Потребуется разработка сложных моделей движения спутниковой системы, которые смогут наилучшим образом организовывать построение групп орбитального перехвата. С оптимальным числом перехватчиков в общей группе, с распределением целей между перехватчиками, с последовательностью изменения орбит той или иной категории перехватчиков, с минимизацией расхода криптона. При разработке схем и методов орбитального группового перехвата могут быть построены эффективные алгоритмы прогнозирования и выполнения боевой задачи.

 

Какие боевые цели могут быть у орбитальной группировки «Старлинк»? На этот вопрос можно ответить, оценив возможность изменения орбит спутников, становящихся перехватчиками. Чем дальше вверх и вниз от базовой высоты должны сместиться перехватчики, тем дольше будет выполнение перехвата и больше незапланированный расход криптона.

Поэтому высотный диапазон перехвата ожидается небольшим, в пределах 50 – 100 километров вверх и вниз от высоты базовой орбиты. Однако этот диапазон вполне захватывает несколько типов возможных целей, потому что он простирается от низких опорных орбит до высот в районе 700 км.
Во-первых, в него попадают спутники оптической разведки на солнечно-синхронных орбитах. Рабочие высоты таких орбит находятся как раз в диапазоне 550 – 700 км. И заселение орбит такого типа будет расти в силу больших преимуществ солнечно-синхронных орбит для наблюдения земной поверхности в оптическом диапазоне. Всегда одно и то же местное время в каждой подспутниковой точке, и соответственно неизменная теневая картина от объектов на поверхности, позволяет легко выявлять изменения на местности. В других вариантах использования солнечно – синхронных орбит они обеспечивают непрерывную круглосуточную освещенность аппарата и его солнечных батарей, что очень подходит для непрерывной радиолокационной работы с орбиты.

Во-вторых, целями «Старлинков» могут быть низкоорбитальные спутниковые системы связи. Третьим типом целей могут быть спутники на эллиптических орбитах с низкими перигеями, по высоте расположенными в зоне досягаемости группового перехвата. Целями могут служить вообще любые спутники, работающие на высотах обозначенного диапазона, или проходящие через него на этапах своего полета.

 

Кто и как готовится сбивать спутники Starlink

Единичные цели на орбите успешно уничтожали Китай, США, Россия и Индия. Но теперь вопрос в том, что делать, когда «вражеских аппаратов» тысячи. //  www.rosbalt.ru

 

Услугами Starlink сразу же стала активно пользоваться американская армия, а после начала специальной военной операции на Украине в феврале SpaceX поставляет этой стране оборудование для доступа к своей сети.

Примечательно, что первым на использование новой технологии в зоне боевых действий отреагировал Китай. По словам Илона Маска, после начала помощи Украине с него взяли обещание, что на территории КНР Starlink работать не будет.

 

Однако пока все успешные испытания проходили по схеме «одна ракета — один спутник». Это явно не подходит для борьбы с глобальной сетью, насчитывающей тысячи (а в перспективе десятки тысяч) космических аппаратов. И вот на прошлой неделе появилась статья, рассказывающая, что ученые-физики Народно-освободительной армии Китая придумали способ решить эту задачу.

Идея заключается в том, чтобы произвести высотный взрыв атомной боеголовки мощностью 10 мегатонн, но не на орбите, поскольку это будет угрожать абсолютно всем космическим аппаратам, а на расстоянии 80 километров от Земли. Там еще есть достаточно воздуха для образования радиоактивного облака, которое затем поднимется на орбиту 500 км (именно там находится основная масса аппаратов Starlink). Спутники при прохождении через это облако будут частично или полностью повреждены.

По словам китайских физиков, предложенная ими модель в точности повторяет поведение радиоактивного облака в высотных испытаниях ядерных зарядов, которые в 1950-60-х годах проводили США в районе Гавайских островов.