Nejčastější otázky o Starlinku #2: Družice

Megakonstelace Starlink je doposud nejkontroverznějším počinem soukromé společnosti SpaceX a koluje o ní řada nepřesných informací. Na následujících řádcích se proto pokusíme odpovědět na nejčastější otázky nebo naopak vyvrátit některé mýty. Článek bude mít několik dílů, z nichž se každý zaměří na jiný aspekt Starlinku. Od obecných informací o projektu přes technické informace o družicích a terminálech až po otázky legislativy nebo problematiku vesmírného odpadu a negativního vlivu Starlinku na astronomii. Dnešní díl je již druhý v pořadí a zabývá se přímo satelity Starlink. Zjistíte například, jakou mají životnost, na jakých frekvencích vysílají, kolik jich bude nebo jak manévrují. První díl o konstelaci obecně najdete zde.

Budeme rádi, když do komentářů napíšete své otázky, které ke Starlinku máte, abychom je případně mohli zahrnout do příštích dílů tohoto seriálu.

Kolik satelitů bude tvořit finální konstelaci?

SpaceX má povolení od americké Federální komunikační komise (FCC) na provoz 11 926 družic rozdělených do několika orbitálních „slupek“ ve výškách 320–570 km nad zemí . První slupku tvoří 1584 satelitů na dráze ve výšce 550 km s inklinací 53°. Vynesení této slupky bylo provedeno jako první a bylo dokončeno v květnu 2021 misí Starlink v1-28. Několik měsíců ale bude trvat přesun všech družic na finální orbitu. Následně bude Starlink schopen zajistit konstantní připojení bez přerušení kdekoli mezi 53° severní šířky a 53° jižní šířky. V létě 2021 má začít také vynášení družic na polární orbity, které svým signálem postupně pokryjí i zbylé oblasti kolem zemských pólů. Zde je rozpis orbitálních drah a rovin prvních 4408 družic, které budou provozovány ve výškách 540–570 km nad zemí:

Způsob rozmístění prvních 4408 družic Starlink (Zdroj: SpaceX)

Dalších 7518 družic bude umístěno na velmi nízkých orbitách ve výšce kolem 320 km, ale tato část konstelace nejspíš bude budována až nakonec.

SpaceX ale zároveň už v roce 2019 podalo žádost k Mezinárodní telekomunikační unii (ITU) ohledně provozu dalších 30 tisíc družic Starlink. Firma sama ale zatím vlastně neví, kolik družic nakonec bude finální konstelaci tvořit. Pro opravdové globální pokrytí stačí pár tisíc družic a cokoli dalšího navíc už jen zvyšuje celkovou kapacitu sítě. Vyšší kapacita pak znamená schopnost obsloužit více uživatelů, umožňuje vyšší rychlosti a nižší latenci a celkově zlepšuje kvalitu nabízeného připojení. SpaceX tedy prý bude ve výsledku provozovat tolik satelitů, kolik bude potřeba k uspokojení poptávky.

Jakou mají družice Starlink hmotnost a velikost?

Každá z družic vypuštěných během mise Starlink v1-1 měla hmotnost 260 kg, ale není jasné, jak moc se hmotnost od té doby změnila. Polární družice vybavené laserovými spoji pravděpodobně mají o něco vyšší hmotnost.

Satelity jsou velice ploché, aby jich bylo možné do aerodynamického krytu rakety umístit co nejvíce. Odhadovaná velikost těla družice je 2,8 m x 1,4 m. Každá je vybavena jen jedním skládacím solárním panelem tvořeným standardizovanými fotovoltaickými články. Panel má přibližné rozměry 2,8 m x 10 m.

Jakým způsobem jsou družice Starlink vynášeny?

Družice Starlink jsou momentálně dopravovány na oběžnou dráhu výhradně prostřednictvím rakety Falcon 9 společnosti SpaceX. Standardně je možné v rámci jednoho startu vynést až 60 družic najednou. Tolik družic má celkovou hmotnost kolem 16 tun, což je pravděpodobně na hranici toho, co dokáže Falcon 9 vynést tak, aby zároveň bylo možné přistání prvního stupně rakety. Stupeň pak je možné použít znovu, což výrazně snižuje celkové náklady na vynášení konstelace Starlink.

Znázornění způsobu vypouštění družic Starlink. Druhý stupeň se nejdříve mírně roztočí a vzniklá odstředivá síla družice po vypuštění rozprostře. (Autor: Tony Bela)

Samotný proces vypuštění družic je hodně unikátní. Druhý stupeň Falconu 9 se po dosažení patřičné oběžné dráhy nejdříve mírně roztočí podél horizontální osy a následně se odpojí všech 60 družic najednou, které se pak díky odstředivé síle začnou pomalu rozprostírat. Systém neobsahuje žádné pružiny. Krátce po vypuštění do sebe satelity můžou trochu drknout, ale jsou na to stavěny. Po rozložení solárního panelu se družice postupně přesunou na cílovou orbitu pomocí iontového motoru, který využívá plyn krypton.

Plánuje SpaceX vynášet Starlink také pomocí Falconu Heavy nebo Starship?

Falcon Heavy je v současné konfiguraci zbytečně silný a jeho aerodynamický kryt je stejně velký jako ten u nosiče Falcon 9 a o moc více družic se do něj nevejde. V tomto případě tedy výkon není vše. SpaceX ale pracuje na prodlouženém krytu pro armádní mise, takže je možné, že v takovém případě už bude stát Falcon Heavy za zvážení i pro účely Starlinku. Bude ale záležet na tom, kolik družic nový kryt pojme a jestli tato možnost převáží zvýšenou logistickou komplexnost Falconu Heavy související s nutností manipulace, příprav a přistání tří raketových stupňů místo jednoho.

Detail šedesáti satelitů pro síť Starlink během příprav na misi Starlink v1-1 (Foto: SpaceX)

Lákavější variantou proto nakonec nejspíš bude až Starship, která bude mít obří nákladový prostor s objemem kolem 1000 metrů krychlových. Elon Musk už dnes počítá s tím, že SpaceX tuto novou loď spolu s raketou Super Heavy využije pro mise Starlink. Do útrob lodi Starship se má údajně vejít až 400 družic Starlink najednou. Starty Starship navíc mají být díky kompletní znovupoužitelnosti všech prvků levnější než starty Falconu 9, který je znovupoužitelný jen částečně.

Neoficiální render kosmické lodi Starship se 400 satelity Starlink (Autor: Neopork)

Jak funguje pohon a manévrování družic Starlink?

Satelity jsou jako první v historii vybaveny iontovými motory, které využívají krypton. Krypton je méně efektivní než tradiční xenon, takže jsou potřeba větší nádrže, ale zato je 10krát levnější. Specifický impuls motoru je kolem 1500 sekund. Motory jsou využívány k přesunu satelitů na cílovou orbitu, následné manévrování a také deorbitaci na konci životního cyklu.

Jelikož je iontový motor fixní a nemůže tedy směrovat svůj tah, řízení satelitů na orbitě zajišťuje sestava gyrostatů.

Satelity dokáží určit svou pozici pomocí GPS a zařízení pro sledování hvězd, které si SpaceX samo vyvinulo. Díky tomu dokáží lépe směrovat svůj signál a také se automaticky vyhýbat odpadu a ostatním družicím na oběžné dráze. Informace o pozicích těchto objektů družice získávají z databáze NORADu.

Iontový motor SpaceX využívající krypton (Foto: SpaceX)

Kde se družice vyrábějí?

Vývoj a výroba satelitů pro Starlink probíhá v pobočce SpaceX v Redmondu poblíž Seattlu a momentálně není v plánu výrobu přesunout jinam. Výroba prvních 60 satelitů zabrala „pár měsíců“, avšak začátkem ledna 2020 už SpaceX vyrábělo 7 satelitů denně. To už je dostatečná kadence pro 3 starty Falconu s 60 družicemi každý měsíc.

Na jakých frekvencích družice Starlink vysílají?

Každý satelit je vybaven čtyřmi výkonnými anténami fungujícími na principu „phased array“ a dále také dvěma parabolickými anténami. V plánu jsou pokročilejší verze, které časem přidají také laserové spojení mezi satelity (viz níže).

Sfázované antény na spodní části satelitu Starlink (Zdroj: SpaceX)

Finální konstelace svým signálem pokryje v podstatě celý povrch Země v pásmech Ku (12–18 GHz), Ka (26,5–40 GHz) a V (40–75 GHz). Pásma V a Ku budou sloužit uživatelům sítě a pásma V a Ka budou sloužit pro spojení s pozemními branami, sledování, příkazy a telemetrii. 7518 satelitů umístěných na velmi nízké oběžné dráze bude používat pásma V pro všechny účely. Momentálně je hotová pouze první fáze konstelace, která nevyužívá pásmo V.

Rozpis konkrétních frekvencí pásem, které Starlink využívá nebo bude využívat:

  • Přenos ze satelitu k uživatelským terminálům: 10,7 – 12,7 GHz + 37,5 – 42,5 GHz
  • Přenos ze satelitu k pozemním bránám: 17,8 – 18,6 GHz + 18,8 – 19,3 GHz + 37,5 – 42,5 GHz
  • Přenos z terminálů k satelitům: 14,0 – 14,5 GHz + 47,2 – 50,2 GHz + 50,4 – 51,4 GHz
  • Přenos z bran k satelitům: 27,5 – 29,1 GHz + 29,5 – 30,0 GHz + 47,2 – 50,2 GHz + 50,4 – 51,4 GHz
  • Sledování, telemetrie a příkazy směrem dolů: 12,15 – 12,25 GHz + 18,55 – 18,60 GHz + 37,5 – 37,75 GHz
  • Sledování, telemetrie a příkazy směrem nahoru: 13,85 – 14,00 GHz + 47,2 – 47,45 GHz
K čemu slouží laserové spoje mezi satelity?

První orbitální slupka konstelace Starlink se skládá z 1584 družic, které nejsou vybaveny lasery, a tak dokáží komunikovat pouze s vysílači na zemi. Družice jsou díky tomu jednodušší, lehčí a levnější, ale má to jednu velkou nevýhodu. Když se uživatel na zemi připojí k satelitu pomocí své antény, je potřeba, aby družice dokázala poslat získaná data někam dál, kam směřují. Družice tedy musí být nejen v dosahu uživatele, ale také v dosahu pozemní stanice, která pak může data přeposlat dál (buď na jinou družici v dohledu, nebo do pozemní internetové sítě). To znamená, že v oblastech, kde SpaceX momentálně chce nabízet internetové připojení, musí nejdříve postavit několik takových pozemních stanic (aspoň jednu každých pár set kilometrů). Jenže pokud má být Starlink k dispozici také pro lodě uprostřed oceánu nebo třeba na Antarktidě, vybudování sítě pozemních stanic už není tak snadná.

Řešením je přímá komunikace mezi satelity na orbitě pomocí laserů. Když se pak k síti připojí uživatel z oblasti, kde nejsou pozemní stanice, družice si jeho data můžou přeposílat mezi sebou a k zemi pak jsou data seslána jinou družicí než tou, která data přijala. A stejně to pak funguje i při komunikaci směrem k uživateli. Signál z internetu se dostane k družici v místě, kde jsou pozemní stanice, a ta jej pak na orbitě pomocí laserů přepošle až k družici, která je zrovna nad uživatelem. Komunikace na dlouhé vzdálenosti (například z ČR do Austrálie) je navíc díky laserům rychlejší než po pozemní optické síti, jelikož světlo putuje ve vakuu rychleji než ve skle a navíc dokáže na orbitě letět přímější trasou. Ve výsledku by tedy Starlink nabízel nižší latenci než stávající sítě.

Fotka nákladu mise Transporter-1. Ve spodní části je 10 satelitů Starlink vybavených lasery. (Foto: SpaceX)

Laserová technologie pro tyto účely je však velmi drahá, a tak SpaceX momentálně pracuje na tom, jak lasery vyrábět levně a ve velkém. Laserová komunikace mezi satelity na orbitě byla poprvé otestována na podzim 2020 a v lednu 2021 SpaceX vypustilo prvních 10 družic Starlink na polární orbitu, a ty také byly vybaveny lasery. Všechny další polární družice by měly být vybaveny lasery, přičemž by mělo jít o již třetí generaci této technologie.

Jakou mají družice životnost a co se s nimi stane potom?

Družice Starlink jsou navrženy s relativně krátkou životností 5–7 let. Díky tomu jsou levnější a celá konstelace může být rychleji modernizovanána, jelikož zastaralé družice budou často nahrazovány novými.

Když se nějaká družice bude blížit konci své životnosti, SpaceX ji aktivně deorbituje. To znamená, že pomocí iontového motoru sníží svou orbitu tak, aby v řádu pár týdnů klesla do atmosféry, kde kompletně shoří. Tím se minimalizují situace, kdy stará družice selže ještě v provozní výšce. V takovém případě totiž dojde pouze k samovolné deorbitaci, která může trvat až 10 let. Během této doby by družice představovala kosmický odpad ohrožující další objekty na oběžné dráze.




Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
36 Komentáře
nejnovější
nejstarší nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře