SpaceX podalo žádost na provoz dalších 30 000 družic Starlink druhé generace vybavených lasery

V dnešním článku bych vás chtěl seznámit s některými zajímavými aspekty žádosti, kterou SpaceX v květnu 2020 zaslalo Federálnímu komunikačnímu úřadu (FCC) a která se týká budoucího provozu 30 000 satelitů Starlink, o čemž se do té doby vědělo jen málo. Podíváme se na rozdíly mezi družicemi první a druhé generace, na jejich operační výšky a frekvence, které bude druhá generace družic Starlink používat. Dalším bodem, u kterého se zastavíme, bude minimalizace rizik spojených s hromaděním vesmírného smetí na orbitální dráze a rychlost deorbitace družic. V závěru se pak velmi krátce podíváme na asi nejkontroverznější kapitolu budování celé satelitní konstelace, a to viditelnost družic Starlink na obloze.

Podle původní, v současnosti schválené žádosti se má síť Starlink skládat z téměř 12 000 družic rozmístěných na několika oběžných drahách. Celkem 4408 z nich bude naší Zemi obíhat ve výškách 540–570 km, což je mimochodem ta část konstelace, kterou v současnosti SpaceX vynáší při svých misích Starlink na oběžnou dráhu. Dalších 7518 družic plánuje SpaceX umístit ve výškách kolem 320 km nad hladinou moře a její budování začne později. Této části satelitní konstelace Starlink se však dnes věnovat nebudeme.

Loni v říjnu si totiž firma podala žádost k FCC, která všem čtenářům, laikům i profesionálům vyrazila dech. V podané žádosti totiž stálo, že firma by ráda svou budovanou síť Starlink rozšířila o dalších téměř 30 000 družic druhé generace. A to je právě ta část satelitní konstelace, na kterou se podíváme detailněji. Většina informací v tomto článku vychází z květnové žádosti SpaceX.

Co nám vlastně nabídne druhá generace družic Starlink?

  • Družice budou mít třikrát vyšší datovou kapacitu než mají současné Starlinky
  • Zajistí pokrytí polárních oblastí
  • Satelity budou mít mezi sebou optické spojení pomocí laserů
  • Nízká orbitální výška zajistí nízkou latenci signálu a možnost použití vysílacího pásma E
  • Slib SpaceX, že družice nebudou mít žádný materiální vliv na astronomické objevy (pozorování)
  • SpaceX plánuje rozšířit své aktivity v oblasti sdílení dat o vesmírném smetí a možnostech zabránění kolizím a vybízí ostatní operátory, aby postupovali stejně

Rozmístění dodatečných 30 000 satelitů Starlink na orbitální dráze Země (Zdroj: SpaceX)

Nejprve však bude dobré začít tím, jak budou satelity rozmístěny na oběžné dráze kolem Země. Když se velice krátce podíváme na tabulku výše, zjistíme, že většina z oněch desítek tisíc družic bude obíhat na drahách nižších než 400 km nad hladinou moře. Tato nízká výška je výhodná z hlediska uživatele, bude díky ní možno dosahovat nižší latence přenášeného signálu. Dle Elona Muska současné družice Starlink nabídnou uživatelům latenci 20 ms, což by mělo být dostatečné i pro videohry. Druhá generace ale má toto zpoždění ještě zkrátit díky nižší oběžné dráze až na 8 ms. Na druhou stranu, pro satelity samotné bude nízká provozní výška znamenat, že budou muset daleko častěji používat své iontové motory pro udržování potřebné výšky.

V oficiální žádosti na provoz dodatečných 30 tisíc satelitů najdeme tabulku, která uvádí, že třeba 7178 satelitů bude rozmístěno v jedné orbitální rovině. Asi ale jde o chybu nebo důsledek nestandardního rozmístění družic, které SpaceX chystá. Doplňující informace z žádosti naznačují, že rovin naopak bude 7178 a každá bude obsahovat jen jeden satelit. Astronom Jonathan McDowell se domnívá, že příčinou takovéhoto rozložení může být snaha SpaceX minimalizovat riziko kolize satelitů mezi sebou. Jak by mohlo rozmístění družic vypadat, ukazuje následující neoficiální video:

Nyní se podíváme na frekvence, které bude Starlink používat v budoucnu pro provoz své sítě. Už z prostého porovnání obou tabulek je zřejmé, že satelity druhé generace budou navazovat na generaci první. Budou operovat v pásmech Ku, Ka, navíc však přibude nové pásmo E. Toto pásmo nabízí vysoké přenosové rychlosti a je navíc velmi odolné vůči rušení. SpaceX také věří, že jeho systém bude schopen pracovat bez rušivé interference a nebude vyžadovat ochranu před jakoukoliv jinou službou, která je již licencována v uvedených frekvenčních pásmech a má vyšší prioritu (rozuměj vládní a vojenské systémy).

Nová generace družic Starlink také získá možnost komunikace družic mezi sebou. Družice první generace jsou totiž limitované tím, že mají možnost komunikovat pouze se Zemí. V generaci druhé by měly být schopny komunikovat i mezi sebou prostřednictvím laseru. Tento způsob přenosu dat sebou přinese hned několik výhod. Laserová komunikace umožňuje výrazně rychlejší přenos dat na velké vzdálenosti bez nutnosti mít všude po cestě pozemní stanice nebo se spoléhat na pomalejší přenos dat pozemními sítěmi (světlo se šíři rychleji vakuem než optickým kabelem). Navíc díky tomu, že je přenosový paprsek velmi úzký, je prakticky nemožné tento způsob komunikace odposlouchávat. Pokud tedy dokáže SpaceX zajistit fungování tohoto způsobu komunikace, stanou se družice Starlink rázem zajímavější i pro armádní složky. Nejedná se však v žádném případě o nějakou chiméru. Při startu poslední mise Starlink v1-11 uvedla v přímém přenosu moderátorka Kate Tice, že SpaceX tento test spojení na oběžné dráze již provedlo a byly při něm přeneseny stovky gigabajtů dat. Moderátorka také zmínila, že firma pokračuje v interních testech Starlinku, při kterých si betatesteři užívají rychlostí přes 100 Mb/s.

Dalším důležitým bodem je možnost srážek satelitů Starlink, ať už mezi sebou, nebo s dalšími družicemi či vesmírným smetím. Začneme vesmírným smetím. SpaceX plánuje většinu satelitů druhé generace provozovat ve výškách pod 400 km a ve své žádosti k FCC uvádí, že díky těmto nízkým orbitám je pravděpodobnost srážky zhruba 21 000krát menší než u družice, která je provozována ve výšce 800 km. Inu, ve výškách kolem 300–350 km je zkrátka tak vysoký odpor atmosféry, že vše velice rychle sestoupí do atmosféry, ale k tomu se dostaneme níže. Zajímavou informací je to, že satelity samy o sobě mají nádrže chráněné 1mm hliníkovým štítem a pokud by v nepravděpodobném případě došlo k nárazu, který by je protrhl, jsou navrženy tak, aby nedošlo k jejich následné explozi. I baterie jsou chráněny a navrženy způsobem, který by měl zamezit kaskádovému selhání. Řada dalších systémů na palubě je navíc na družicích zdvojena.

Ilustrační obrázek družice poškozené srážkou s vesmírným smetím (Zdroj: Insider.com)

Pokud jde o srážky mezi satelity, SpaceX při jejich vypouštění úzce spolupracuje s 18. letkou řízení vzdušných sil USA, u které své satelity registruje. Firma také plánuje provádět veškeré nezbytné úhybné manévry, pokud by riziko srážky dosáhlo 0,001 %. Ve své žádosti pak uvádí, že pokud má družice funkční pohonný systém, je pravděpodobnost srážky prakticky nulová. Pokud máte v paměti loňskou potenciální kolizi mezi družicemi ESA a SpaceX, doporučuji vám přečíst si příslušný článek na našem webu, který celou událost vysvětluje podrobněji.

Co nikdy nelze v kosmonautice vyloučit, jsou různé poruchy a selhání systémů. Můžeme si zde snadno představit ten nejhorší možný scénář. Družice přijde o pohonný systém, nefunkční bude i systém pro udržování orientace a sluneční aktivita bude na minimu, což má vliv na rychlost deorbitace. Ale i za těchto okolností bude družice Starlink schopna pasivně deorbitovat třením o atmosféru maximálně do deseti let. V případě solárního maxima tento čas klesne na nějakých sedm let a pokud by si navíc družice udržela schopnost řídit svou orientaci, doba deorbitace klesne na 2 roky. Zároveň bych v tomto bodě nezapomínal, že 85 % družic Starlink druhé generace bude provozováno ve výšce do 373 km, a zde je již deorbitace záležitostí pouhých několika měsíců. Jako příklad si můžeme uvést družici Starlink-1040, která byla vynesena na oběžnou dráhu v listopadu 2019 při misi Starlink v1-1. Po dosažení přechodové dráhy ve výšce 350 km v prosinci družici selhal pohon a začala klesat. Shořela v atmosféře počátkem září tohoto roku, tedy asi tři čtvrtě roku po selhání.

Průběh vývoje oběžné dráhy družice Starlink-1040, která byla vynesena v listopadu 2019. (Zdroj: Jonathan McDowell)

Na závěr dnešního článku jsem si nechal asi nejproblematičtější kapitolu budování konstelace Starlink – viditelnost družic na obloze. Jedná se o oblast, která možná již dnes budí ze sna nejednoho astronoma a i na našem serveru se v komentářích pod články někdy odehrávají doslova plamenné diskuze. Chtěl bych proto ukázat následující dva obrázky, které byly v létě zveřejněny na Twitteru. Ten první znázorňuje rozdíl ve viditelnosti normálního satelitu Starlink a satelitu Starlink-1130 zvaného DarkSat, což byla experimentální varianta družice se zatmavenými anténami. V diskuzi pod příspěvkem jeden z uživatelů uvádí, že snímek satelitu Starlink-1084 byl vyfocen takřka v nadhlavníku, takže je velice pravděpodobné, že jeho odrazivost byla výrazně vyšší, než by byla normálně.

Tento experimentální satelit sice prokázal, že tímto způsobem je možno snížit odrazivost přibližně o 55 % (z 6,59 na 7,46 magnitudy), ale stále to bylo málo. SpaceX proto přišlo s dalšími úpravami, které jsme podrobněji představili ve starším článku. Shrnu-li je, SpaceX provedlo softwarovou úpravu natáčení solárního panelu a zakrytí anténní soustavy tmavým pěnovým stínítkem. Typ družice s těmito úpravami je nazýván VisorSat a poprvé se vydal na oběžnou dráhu letos v květnu. Přestože je v současnosti již konec září, stále nejsou k dispozici měření, která by nám dala k dispozici jasné údaje o poklesu magnitudy. Příčinou je omezení provozu observatoří kvůli panující pandemii koronaviru.

Srovnání viditelnosti družice DarkSat a normální družice Starlink (Zdroj: Ralf Vandebergh)

K dispozici je ale ještě druhý zajímavý obrázek, který znázorňuje viditelný pokles jasnosti běžné družice Starlink následkem změny natočení solárního panelu. Autor uvádí, že zatímco družice vlevo byla viditelná pouhým okem, družici Starlink-1221 vpravo bylo možné zahlédnout pouze pomocí dalekohledu.

Srovnání viditelnosti družic Starlink s rozdílným natočením solárního panelu (Zdroj: Ralf Vandebergh)

Na problematiku dopadů satelitních konstelací na astronomii se zaměřila také nová studie. Došla k poněkud smutnému závěru, že pokud kromě Starlinku vzniknou také megakonstelace dalších firem jako OneWeb nebo Amazon, dopady na astronomii nebude možné zcela eliminovat. Lze je však minimalizovat a zároveň se přizpůsobit nové realitě. Skupina astronomů, která studii vypracovala, vydala deset doporučení ohledně omezení negativních dopadů desítek tisíc družic na orbitě a také navázaní spolupráce mezi provozovateli konstelací a astronomy.

Observatoře například můžou vylepšit své softwarové nástroje a algoritmy, které mohou pomoci s digitálním odstranění rušivých družic. Co se týče provozovatelů konstelací, ti se mají snažit, aby jejich družice byly tmavé a co nejméně odrazivé. Velkou roli hraje také provozní výška – největší problém prý představují družice umístěné výše než 600 km nad zemí, protože ty budou na nebi viditelné nejdéle. Satelity SpaceX sice budou maximálně ve výšce 570 km, ale například OneWeb výhledově plánuje až několik desítek tisíc družic ve výšce 1200 km.

Jiří Hadač
Latest posts by Jiří Hadač (see all)



Mohlo by se vám líbit...

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