Analýza: Družice Starlink musejí provádět přes 74 úhybných manévrů denně a počet rychle roste
Dnes se zaměříme na tematiku, která se bezprostředně týká kalifornské firmy SpaceX. Jde o narůstající se počet blízkých přiblížení družic Starlink s družicemi dalších operátorů či o zvyšující se počet nutných motorických úhybů, které satelity musí provádět. Závěrem se podíváme na to, co všechno SpaceX dělá pro bezpečnost na oběžné dráze.
V minulé části tohoto článku jsme si povídali o selhávání družic Starlink na oběžné dráze a vycházeli jsme přitom z údajů, které za tímto účelem shromažďuje astronom Jonathan McDowell. Vyšlo nám, že družice Starlink nejsou stoprocentně spolehlivé, nicméně až na výjimky nenechávají na oběžné dráze žádný větší odpad. A že počet selhavších družic se časem ustaluje na pouhých několika kusech, které nyní pomalu sestupují do hustších vrstev naší atmosféry.
Nicméně problematika bezpečnosti na oběžné dráze je nepoměrně rozsáhlejší. Družice se totiž na oběžné dráze nepohybují samy, ale často se při svém pohybu přibližují ke svým kolegyním či k satelitům jiných operátorů. Na tomto místě bych rád uvedl, že se v následujících odstavcích budu opírat o údaje Hugha Lewise, profesora astronautiky na univerzitě v Southamptonu, který se profesně zabývá kosmickým odpadem či udržitelností a bezpečností kosmického provozu. Pan profesor na svém twitterovém účtu pravidelně zveřejňuje informace, které se týkají provozu satelitní konstelace Starlink a já se tyto jeho data nyní pokusím pro vás okomentovat. Dnešní článek bude proto malinko školometský a bude obsahovat větší množství grafů, nicméně jen tak lze detailně probrat problematiku blízkých přiblížení družic a množství úhybných manévrů.
Graf počtu přiblížení všech družic na nízké oběžné dráze mezi sebou na vzdálenost menší než 5 km (Autor: Hugh Lewis)
Náš přehled začneme patrně odpovědí na základní otázku. Jak často se v posledních několika letech stává, že se na oběžné dráze k sobě přiblíží družice na méně než pět kilometrů jeden každý den? Odpověď nám nabídne několik dní starý graf. Než se této záležitosti budeme věnovat blíže, dovolte mi krátké vysvětlení. V tomto grafu, stejně jako ve všech následujících, je na ose X vynesen čas a svislá osa Y v tomto případě představuje námi sledovanou veličinu, tedy počet přiblížení. Náš graf začíná přibližně okamžikem, kdy na oběžnou dráhu byla v květnu 2019 vynesena první várka zkušebních družic Starlink. Jak je vidno, v té době se v grafu vyskytovala pouze zelená barva, která charakterizovala přiblížení družic všech operátorů s výjimkou společností SpaceX a OneWeb. Až postupně se začal objevovat malý podíl modré, který časem stoupal a do dnešních dnů dosáhl hodnoty přibližně 5000 přiblížení. Tento podíl znázorňuje, kolik přiblížení způsobovaly a způsobují družice Starlink na oběžné dráze. Mimochodem, tato statistika nezahrnuje přiblížení družic Starlink mezi sebou. To máme v grafu znázorněné zvlášť, a to světle modrou barvou. Kromě modré barvy se postupně začíná objevovat i výseč oranžová, kterou způsobují blízká přiblížení družic OneWeb s družicemi ostatních operátorů.
Množství přiblížení všech družic na oběžné dráze na vzdálenost kratší než 5 km během posledních několika let. Červená čára narozdíl od černé nezahrnuje konstelaci Starlink. (Autor: Hugh Lewis)
Shrneme-li si celý graf, je vidět, že vynášky družic Starlink a OneWeb začaly během několika málo let tvořit nadpoloviční většinu všech přiblížení. Dovolím si nyní drobně odhadovat počty z grafu. Zatímco všichni ostatní operátoři se z necelých 4 tisíc přiblížení každý den postupně dostali až na počet 6000, SpaceX dnes tento počet zvládne samo o sobě. Mimochodem, poněkud mě překvapuje, že graf prakticky neobsahuje blízká přiblížení družic OneWeb mezi sebou a také fakt, že koláč přiblížení družic Starlink mezi sebou je poměrně nízký.
Po tom, co jsme se podívali na množství blízkých přiblížení družic všech operátorů, začneme se poněkud více soustředit na blízká přiblížení družic Starlink. Graf znázorněný výše by nám měl ukázat, kolikrát na oběžné dráze došlo k tomu, že se družice k sobě přiblížily na vzdálenost do pěti kilometrů. Pro úplnost dodávám, že červená křivka znázorňuje počet manévrů všech družic na oběžné dráze s výjimkou družic Starlink. Černá křivka pak představuje již úplně všechny aktivní družice, tedy včetně těch, co provozuje SpaceX.
Až do konce roku 2019 je možno říct, že 122 do té doby vynesených družic Starlink žádný výraznější rozdíl nezpůsobilo. Nicméně, poté již začal pozvolný, ale stále výraznější nárůst, který už kolem konce roku 2021 ukázal, že takřka polovinu všech přiblížení na oběžné dráze mají na svědomí družice Starlink. Na tomto místě bych rád poznamenal, že celý tento graf je od listopadu 2021 ovlivněn ještě jedním, poměrně výrazným fenoménem. V polovině tohoto měsíce totiž provedlo Rusko test svých antidružicových zbraní a rozstřelilo vysloužilý sovětský satelit Kosmos 1408, který se v té době nacházel v nadmořské výšce přibližně 470 km. Následkem tohoto rozstřelu vzniklo na oběžné dráze přibližně 1250–2500 úlomků, kterým se družice musí vyhýbat.
Počet situací, kdy pravděpodobnost srážky mezi všemi družicemi na oběžné dráze překročila pravděpodobnost 1:100 000. Červená čára na rozdíl od černé nezahrnuje konstelaci Starlink. (Autor: Hugh Lewis)
Nyní se podíváme se na to, kolik z oněch blízkých přiblížení vyvolalo nutnost zahájení motorického manévru. Samotné blízké přiblížení totiž nemusí být důvodem pro zahájení manévru. Tady bych rád zdůraznil, že zatímco řada jiných organizací si stanovila, že motorický manévr bude zahájen v okamžiku, kdy pravděpodobnost srážky či blízkého přiblížení je vyšší než 1:10 000, SpaceX si tuto hranici stanovilo o řád přísnější, tedy 1:100 000. Vyšší citlivost znamená ovšem i vyšší počet motorických manévrů a právě graf znázorněný výše má na ose Y vynesenou pravděpodobnost srážky vyšší než 1:100 000. Samozřejmě i tento graf zahrnuje fenomén rozstřelu družice Kosmos 1408. Je navíc poměrně logické, že tento graf je tvarově velmi podobný předchozímu, jen se změnil rozsah stupnice na ose Y, z čehož skutečně plyne, že počet přiblížení se nerovná počtu nutných manévrů.
Možná by vás zajímalo, co by to pro SpaceX znamenalo, kdyby mělo hranici citlivosti stejnou jako ostatní firmy. Lze to říct velmi prostě, počet nutných zážehů by klesl takřka o jeden řád. Na tomto místě vás patrně napadne další otázka, zda by nebylo prostě rozumnější používat hranici 1:10 000, která stačí jiným operátorům. Zde mohu citovat odpověď profesora Lewise, který se domnívá, že tomu tak v dohledné době patrně nebude, protože SpaceX tuto hranici považuje za bezpečnou. Změnu by podle něj mohly způsobit pouze dva faktory, nařízení regulačního úřadu, či tak výrazný nárůst kolizních situací, že by prakticky již firma nezvládala provádět a koordinovat takové množství úhybů.
Závislost počtu uhýbných manévrů družic Starlink s nárůstem jejich počtu na oběžné dráze (Autor: Hugh Lewis)
Nyní si ukážeme, jak se během několika let změnil počet uhybných manévrů, které družice na oběžné dráze vykonávají, a jaké jsou budoucí vyhlídky. V případě grafu výše je na ose Y vynesen celkový počet zážehů, které musely každý půlrok provést družice Starlink. Tento graf začíná na časové ose přibližně okamžikem, kdy SpaceX začalo vypouštět první ostré várky družic Starlink (mise Starlink 1-1, listopad 2019). Nejedná se přitom o žádné odhady, v grafu jsou vyneseny počty manévrů, které samo SpaceX každého půl roku nahlašuje Federálnímu komunikačnímu úřadu (FCC). Upřímně lze říct, že ten nárůst je doslova obří, za pouhé dva roky se množství úhybných manévrů zvýšilo více než desetkrát. Ještě zajímavější číslo se dozvíme, pokud se pokusíme odhadnout, kolik manévrů bude muset SpaceX podnikat koncem roku 2027, kdy má dle pravidel daných FCC dokončit SpaceX výstavbu své konstelace. Tehdy už množství nutných manévrů překročí magické číslo 1 milion.
Počet úhybných manévrů, které musí všechny družice Starlink vykonat každý den (Autor: Hugh Lewis)
A protože máme absolutní počty manévrů za každý půlrok, můžeme si snadno spočítat, kolik úhybů provádí všechny družice každý den. Tímto výpočtem nicméně dospějeme k tomu, že zatímco v polovině roku 2020 platilo, že každý den prováděly družice 4,05 manévru, o dva roky později je tento počet takřka dvacetinásobný, tedy 74,79. Už se tu tedy na rozdíl od předchozího grafu nebavíme pouze o desetinásobném navýšení. Pokud bychom nyní chtěli předpovědět počet manévrů na konci roku 2027, dostaneme se za hranici jednoho tisíce manévrů každý den. Zde bych rád pro doplnění uvedl, že družice Starlink má ve svých nádržích palivo přibližně pro 5000 zážehů, přičemž 350 zážehů z tohoto počtu je vyhrazeno pro manévrování.
Nyní bych chtěl dát slovo i SpaceX, které v současnosti na oběžné dráze provozuje více než polovinu všech aktivních družic. Firma dle vlastních slov bere problematiku bezpečnosti provozu celé své konstelace velmi vážně. Družice Starlink jsou prý vždy připraveny provést všechny nutné úhybné manévry a pokud je detekována možnost, že by se v dohledné době měla družice Starlink přiblížit k satelitu jiné firmy, provádí firma všechny akce v koordinaci s operátorem kolizního satelitu. Pracovníci SpaceX jsou v pohotovosti 24 hodin denně a 7 dní v týdnu a jsou připraveni odpovídat na dotazy ostatních operátorů. Nicméně se mohou vyskytnout i případy, kdy druhý operátor chce provést manévr sám. V takovém případě je družici Starlink nařízeno manévr neprovádět. Na tomto místě bych rád odkázal na jeden náš starší článek, který právě podobnou situaci popisuje.
Obrázek vlevo ukazuje konfiguraci družice Starlink v pracovní poloze, obrázek vpravo pak znázorňuje konfiguraci během blízkého přiblížení k družici jiné (Zdroj: SpaceX)
Na samotný závěr jsem si nechal malou zajímavost, která naznačuje, že SpaceX se opravdu snaží nepodcenit vůbec nic. Obrázek výše znázorňuje dvě možné konfigurace družice Starlink. Ta vlevo znázorňuje běžné pracovní nastavení, obrázek vpravo pak představuje konfiguraci se sklopeným fotovoltaickým panelem v okamžiku uhýbného manévru. Dle firmy SpaceX toto nastavení ještě 4–10násobně snižuje možnost srážky v okamžiku nejvyššího přiblížení mezi míjejícími se družicemi.
Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!
Podpořte projekt ElonX
- Připojení k internetu přes Starlink už využívá čtvrtina lodí, často v kombinaci s dalším poskytovatelem - 15. 7. 2024
- Nové zakázky SpaceX: Teleskop COSI, arabské družice Yahsat, kontroverzní evropská mise MTG-S1, a další - 13. 7. 2024
- Proč se NASA rozhodla deorbitovat stanici ISS? Nebylo by lepší dát ji do muzea nebo ji jen přesunout výš? - 6. 7. 2024
Moc hezký čtení erudovaný o iontových motorech na starlincích.
https://twitter.com/lougrims/status/1630302082526769153
Osobne se domnivam, ze by bylo vhodne do danych rozboru zahrnout i pohled zivotni faze druzice, ktera priblizeni pusobi a taky ktera ho resi (nejvice priblizeni asi bude u vystupu a sestupu a to ve vetsine pripadu aktivne resi primarne dana druzice, ktera na to ma rezervy paliva), pohled poctu priblizeni na 1 druzici (srovnavat pomerny a ne absolutni rust) a taky pohled na kapacitu manevrovat daneho typu druzic s ohledem na jejich zivotnost (treba Starlink v1.0 ma zrejme neme paliva nez v1.5 a ta zas mene nez v2.0 atd…, v roce 2027 jiz bude vetsina v1.0 davno stazena, v1.5 se bude pripravovat na duchod a vetsina druzic Starlinku v provozu bude v2.0 a novejsi…). Ale chapu toho profesora – vetsina lidi nerozumi dynamice cisel a je jednodusii je probrat z letargie jednoduchymi exponencialnimi grafy s absolutnimi cisly nez hlubsi analyzou parametru dynamickeho systemu, ktera nemusi vypadat az tak hrozive i kdyz muze indikovat vazne problemy…
Zdravim p.Hadace a jeho zevrubne rozbory. Kdyz vidim, jak roste pocet druzic a pocet manevru, tak jak to hodlaji pojmout na strane SpaceX z provozniho pohledu – to bude taky rust pocet dohledovych operatoru geometrickou radou ? A jeste – SpaceX si samo klade narocnejsi limity zabezpeceni pro zamezeni kolize, ale plati to i o zabezpeceni operatorskeho centra vuci hackerskem utoku zvenku ? Jsou toho plne filmy jak nejaky sileny idiot rozlouskne SW zabezpeceni v radu minut a kdyz mu nestaci IQ tak pohrozi ze odpraskne adminovu rodinu apod…
Zdravím, velmi pozdě jsem si všiml vaší otázky, tak se omlouvám za pozdní odpověď. Pokud se týká první otázky, řekl bych, že odpověď je prostá. Domnívám se, že plánují přejít na autonomní manévrování. Tyto plány by se měly v budoucnu testovat po vynesení 4 družic Starling, které budou po skončení provozu sestupovat atmosférou a bude se přitom testovat autonomní manévrování ve spolupráci s NASA. Pokud se týká druhé otázky, tady upřímně odpověď neznám. Můžu jen pomoct analogií, během počátku války na ukrajině měli u SpaceX problém, že se jim tuším snažili rusové nabourat do systému a oni to nějak dost rychle pořešili. Ale nakolik je to superodolné, to upřímně řečeno netuším.
Strategické sítě, ať už z pohledu státu nebo soukromé společnosti jsou velmi často (není to pravidlo) odděleny od Internetu nebo jiné poskytované služby fyzicky. Tedy buď je hardware schopen na fyzické vrstvě oddělit dvě různé sítě nebo je pro každou síť dedikovaný hardware (out of band). U bezdrátových přenosů je to trochu větší oříšek a ro především kvůli tomu, že když chcete škodit, tak prostě uškodíte (zarušíte).
V případě, že je to oddělené, pak útočník musí použít insidera – infiltrovat cíl …
Obecně se dá říct to, co už sem zmínil. Škodit je relativně jednoduché – na DarkWebu si objednáte za pár dolarů “hackerskou” službu. Ukrást data je výrazně složitější a převzít kontrolu je v podstatě sci-fi – potřebujete spoustu shod okolností a dlouhodobou přípravu. Samozřejmě nepopisuji hacknutí jednoho AP nebo nějaké nezajímavé sítě, ale o systémy strategického významu. Přepsání informačních tabulí není to samé jako ovládnutí řízení letového provozu …
Jaká je tedy výhoda starlinku, že jej využívá masivně americká administrativa?
Určitě bude… 😉
Díky za článek. Přijde mi, že přiblížení družic z jedné konstelace by mělo být méně pravděpodobné z principu. Jsou přeci ve skupinách na ve stejných rovinách a navíc je to všechno dopředu naplánované a spočítané. A u OneWeb to platí díky vyšší oběžné dráze a menšímu počtu družic tuplem.
Jsem zvědav, jak s tím uhýbáním zahýbou další plánované tisíce družic. Ne všechny firmy a státy to budou brát tak zodpovědně jako SpaceX.
Pokud jde o to přiblížení družic v rámci jedné konstelace, jo, nad tím jsem taky přemýšlel a ano, souhlasím. Ale pak existuje ještě další graf, na ose X je perigeum a na ose Y je počet blízkých přiblížení. Nicméně není to absolutní číslo, ale vezmou se všechna přiblížení v dané hladině a udělá se jejich poměr, kdo může za jaké procento z nich. Tam jde vidět, že v určitých výškách hraje hlavní roli SpaceX, ale v tomhle grafu už právě vyskakují i ty přiblížení, kdy se přibližují družice OneWeb samy k sobě. A právě i přiblížení v rámci Starlink-Starlink se tam objevují. Ale jde jen o určité hladiny. Kdyby vás to zajímalo blíže, je to součástí této série grafů.
Tak jsem si to chybně pamatoval. Je to tento graf.
V rámci jedné dráhy k přiblížením určitě nedojde, protože se “vláček” starlinků drží ve stále stejných odstupech a zrychlení/zpomalení jedné z družic znamená, že změní výšku a tedy vypadne z dráhy. Čili tohle hrozit určitě nebude (kromě případných poruch).
Ale existují dvě oblasti, kde se budou k sobě přibližovat družice z různých drah v rámci jedné vrstvy a jednoho sklonu. U polárních drah je zřejmé, že jde o póly – tam se jednotlivé dráhy protínají. U ostatních drah to jsou pak nejsevernější/nejjižnější místa. Tam se k sobě dráhy přiblíží a provoz se zahustí. Viz obrázek
Osobně si myslím, že kritické budou ale v rámci jedné konstelace pouze póly. Přiblížení u drah se sklem menším těžko bude pod 5 km zmíněných v článku. Dále bych tedy odhadoval, že naprostá většina přiblížení starlinků k sobě bude v doběpostupného navádění na dráhu po vypuštění starlinků (ale až po té, co se “vláček” trochu roztáhne, protože na začátku se s drobnými kolizemi počítá, rozdíl vzájemných rychlostí je stejně naprosto minimální a nehrozí poškození).
Díky moc za super článek!
Díky moc, jsem rád, že se líbil.