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.

SpaceX продолжает наращивать орбитальную группировку спутников связи «Старлинк» (Starlink). Ее конечный состав должен достичь беспрецедентного в истории количества спутников. Каким он окажется фактически, мы пока точно не знаем, однако можно ожидать, что общая численность спутников в системе достигнет нескольких десятков тысяч единиц. Этого достаточно, чтобы она смогла стать оружием нового типа.

Орбитальная группировка Starlink: структура растущего гиганта

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.

Спутники «Старлинк», размещенные на адаптере ракеты-носителя Falcon-9 перед запуском. Источник: SpaceX.

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».

Угрозы столкновения на орбитах

Такое множество спутников, сосредоточенных на низкоорбитальном диапазоне высот, создает беспрецедентно большую плотность аппаратов в пространстве. А это порождает высокую угрозу столкновений с другими космическими аппаратами (что вызывает беспокойство их владельцев) и необходимость маневрирования для того, чтобы избежать орбитальных ДТП. Уже сейчас каждую неделю происходит порядка 600 – 700 опасных сближений «Старлинков» на расстояние километра и меньше с другими космическими аппаратами. С увеличением количества спутников до 30 тысяч частота таких ситуаций возрастет на пару порядков.

В настоящее время спутники Starlink используют автономное маневрирование для уклонения от столкновений с другими космическими аппаратами или объектами, отслеживаемыми средствами NORAD (North American Aerospace Defense Command, Командование воздушно-космической обороны Северной Америки). Данные NORAD поступают на борт «Старлинков», и при необходимости спутники автономно принимают решение, рассчитывают параметры уклонения, и производят его.

Но огромная 30-тысячная группировка потребует дополнительного канала управления в виде единой системы управления движением и общим состоянием группировки. Одних только автономных действий каждого спутника окажется недостаточно для стабильного управления всей системой. Будет необходима полная модель ее движения, постоянно уточняемая по реальным измеряемым параметрам движения спутников.

Одной из задач этой модели станет дублирующий контроль избегания столкновений космических аппаратов. И тут наверняка возникнет необходимость корректировки движения не только одиночных аппаратов, а сразу больших групп «Старлинков».

Цепочка спутников «Старлинк» в небе над Румынией. Вскоре после отделения от адаптера спутники распределяются по опорной орбите, чтобы с нее подниматься работой своих двигателей на рабочие орбиты. Множество подобных картин стало видно по всей Земле с началом интенсивного разворачивания сети «Старлинк». Фото: twitter.com

Такое дублирование контроля безопасного движения «Старлинков» потребуется потому, что через низкоорбитальный диапазон, занимаемый «Старлинками», проходят в процессе запуска все космические аппараты, которые впоследствии будут работать выше. А также в нем располагаются другие низкоорбитальные космические системы и аппараты, включая пилотируемые. И это не только МКС, но и «Союзы», «Crew Dragon», а вскоре там появятся и другие корабли, как с миссиями на МКС, так и с самостоятельными полетами. Безопасность по столкновениям станет одним из ключевых параметров для системы общего управления движением группировки «Старлинк», наряду с покрытием планеты широкополосной связью и оптимизацией энергозатрат спутников (расхода запасов ксенона для двигателя).

И, казалось бы, всё с группировкой «Старлинк» очевидно: понятны и цели управления ее движением (обеспечение расчетного покрытия Земли спутниковой группировкой и избегание столкновений), и общие цели (обеспечить широкополосным доступом в Интернет жителей Земли).

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»