Wszechwidzące oko Capelli Space: zwiastun rewolucji w inteligencji satelitarnej
Niedawno rozważaliśmy możliwości kosmicznych systemów rozpoznawczych do wykrywania grup uderzeniowych lotniskowców. W szczególności autor przedstawił założenie powstania w niedalekiej przyszłości „konstelacji” zwartych i niedrogich satelitów rozpoznawczych umieszczonych na niskich orbitach i może zastąpić istniejące duże i drogie satelity rozpoznawcze. Coś podobnego dzieje się już z satelitami komunikacyjnymi dzięki Space X i jego globalnemu projektowi szybkiego internetu satelitarnego Starlink.
Zdaniem autora technologie wykorzystane do wielkoskalowej budowy i rozmieszczenia satelitów Starlink mogłyby być następnie zastosowane do budowy satelitów rozpoznawczych. Niektórzy przeciwnicy sprzeciwiali się temu, że satelity rozpoznawcze będą znacznie większe, bardziej złożone i droższe. Dotyczy to zwłaszcza aktywnych satelitów rozpoznania radarowego, które cieszą się największym zainteresowaniem, ponieważ mogą działać o każdej porze dnia i przy każdej pogodzie.
Cóż, przyszłość nadchodzi szybciej, niż myślał autor. Ale, niestety, ta przyszłość nie nadchodzi dla wszystkich.
Przestrzeń Capelli
Założona w 2016 roku amerykańska firma Capella Space z siedzibą w San Francisco w Kalifornii postawiła sobie za cel zapewnienie użytkownikom na całym świecie możliwości uzyskiwania komercyjnych obrazów radarowych powierzchni planety w wysokiej rozdzielczości.
Capella Space planuje rozmieścić 36 satelitów wyposażonych w radar z syntetyczną aperturą. Przyjęto, że masa jednego satelity wyniesie około 40 kilogramów. System powinien umożliwiać uzyskiwanie obrazów radarowych (RL) powierzchni ziemi z rozdzielczością 50 centymetrów.
Co więcej, system podobno jest w stanie odbierać obrazy o rozdzielczości 25 centymetrów i większej, ale ta możliwość dla konsumentów cywilnych jest nadal blokowana przez amerykańskie prawo.
W grudniu 2018 roku Capella Space wystrzeliła na orbitę swojego pierwszego testowego satelitę Denali. Start odbył się za pomocą pojazdu nośnego SpaceX Falcon 9 z Vandenberg Air Force Base (Kalifornia).
Satelita Denali jest przeznaczony do testowania konstrukcji i technologii. Obrazy radarowe z niego nie zostały sprzedane. Ale były wykorzystywane do wewnętrznych testów i przyciągania inwestorów i potencjalnych klientów. Po wystrzeleniu satelita Denali rozłożył elastyczną tkaninę antenową, której powierzchnia wynosi około 8 metrów.
Obraz satelitarny Denali, pierwszy satelita testowy Capelli, wystrzelony w 2018 roku.
Porównanie wielkości satelity Denali z istniejącymi satelitami radarowymi wykrywającymi Ziemię.
W sierpniu 2020 roku wystrzelono pierwszego seryjnego działającego satelitę Sequoia, który jest już w stanie dostarczać klientom komercyjnym zdjęcia radarowe powierzchni Ziemi. Wystrzelenie na orbitę zostało przeprowadzone przez pojazd nośny Electron prywatnej amerykańskiej firmy lotniczej Rocket Lab.
Masa satelity Sequoia wynosi 107 kilogramów. Zawiera 400 metrów kabli i przewodów łączących ponad sto modułów elektronicznych. Oprogramowanie zawiera ponad 250 000 linii kodu C, ponad 10 000 linii kodu Pythona i ponad 500 000 linii kodu FPGA.
Zdjęcie satelitarne sekwoi
Dzięki wysokości orbity 525 kilometrów i nachyleniu orbity 45 stopni satelita Sequoia zapewnia klientom dostęp do obrazowania radarowego regionów takich jak Bliski Wschód, Korea, Japonia, Europa, Azja Południowo-Wschodnia, Afryka i Stany Zjednoczone.
Do końca 2020 roku planowane jest wyniesienie na orbitę dwóch kolejnych satelitów Sequoia Falcon 9 firmy SpaceX. W sumie planowane jest wystrzelenie co najmniej siedmiu satelitów tego typu.
Infografika wystrzelenia satelity Sequoia
Należy rozumieć, że maksymalna rozdzielczość obszaru wybranego do fotografowania jest zapewniona, gdy obraz radarowy jest naświetlany przez około 60 sekund, dla których satelity Sequoia są wyposażone w mechaniczny system orientacji arkusza anteny. Rozdzielczość „w locie” będzie niższa. Operacja apertury syntetycznej umożliwia dokładne zdefiniowanie topografii i cech powierzchni w 3D.
Tryby satelitarne Sequoia pozwalają uzyskać bardzo szczegółowy obraz ograniczonego obszaru planety lub zorganizować strzelanie w pasku śledzenia.
Zakłada się, że ostateczna konstelacja 36 satelitów umożliwi uzyskanie obrazu dowolnej części planety w odstępie nie dłuższym niż jedna godzina.
Obraz radarowy zakładu chemicznego ExxonMobil w Singapurze na wyspie Jurong.
Obraz radarowy samolotów McDonnell Douglas MD-80 i Airbus A300-600R w Centrum lotnictwo Roswell w Nowym Meksyku.
Satelita Sequoia firmy Capella Space został stworzony w ciągu 4 lat przez zespół 100 osób.
Przestrzeń zespołu Capella
Piec termopróżniowy do testowania sprzętu satelitarnego firmy Capella Space.
Capella Space zawarła już umowy na dostarczanie informacji kartograficznej z agencjami rządowymi USA.
W szczególności w 2019 r. zawarto porozumienie z amerykańskim National Reconnaissance Office (NRO) w sprawie integracji komercyjnych obrazów radarowych pozyskiwanych przez satelity Capella Space z satelitami nadzoru państwowego NRO.
W listopadzie 2019 roku Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych (Siły Powietrzne) przyznały firmie Capella Space kontrakt na umieszczenie zdjęć firmy w oprogramowaniu wirtualnej rzeczywistości Sił Powietrznych (prawdopodobnie odnoszących się do bardzo szczegółowych trójwymiarowych map terenu dla lotnictwa).
13 maja 2020 r. podpisano umowę z Departamentem Obrony Stanów Zjednoczonych na dostarczanie Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych danych z radaru pokładowego z syntetyczną aperturą. Capella zapewni również Departamentowi Obrony wewnętrzne usługi analityczne do interpretacji danych.
A 25 czerwca 2020 r. Capella Space ogłosiła podpisanie umowy o współpracy badawczo-rozwojowej (CRADA) z amerykańską Narodową Agencją Wywiadu Geoprzestrzennego (NGA). Umowa CRADA zapewni firmie Capella Space dostęp do badaczy NGA w celu lepszego zrozumienia problemów. W zamian NGA otrzymuje dostęp do usług zdjęciowych i analitycznych Capella Space. Jest to pierwsza umowa CRADA zawarta przez NGA z komercyjną firmą dostarczającą obrazy z satelitów radarem z syntetyczną aperturą.
Oczywiście satelitów Capella Space nie można uznać za bezpośrednie odpowiedniki skomplikowanych i drogich satelitów rozpoznawczych wystrzeliwanych przez wiodące potęgi wojskowo-przemysłowe. Ale ważne jest tu coś innego.
Firma zatrudniająca 100 osób zorganizowała rozwój i produkcję satelitów zdolnych do uzyskiwania obrazów radarowych o wysokiej rozdzielczości. Firma planuje rozmieścić konstelację 36 takich satelitów. Rozmiary i masa tych satelitów umożliwiają wystrzelenie ich na orbitę w „klastrach”, jak ma to miejsce w przypadku satelitów komunikacyjnych Starlink. Umożliwia to nie tylko szybkie zbudowanie ich konstelacji na orbicie, ale także pilne wystrzelenie ich, jeśli to konieczne, za pomocą bardzo małych rakiet nośnych.
Czy tylko prywatna firma, startup jest do tego zdolna? Ile takich lub podobnych satelitów może w razie potrzeby wystrzelić Departament Obrony USA?
Nawiasem mówiąc, Capella Space nie jest jedyną działającą w tym kierunku.
LODOWE OKO
Fińska firma ICEYE została założona w 2014 roku jako filia Uniwersytetu Aalto, Wydziału Technologii Radiowej.
Od 2019 roku ICEYE oferuje komercyjne usługi obrazowania radarowego w wysokiej rozdzielczości z trzech własnych satelitów. Pierwszy satelita ICEYE-X2 został wystrzelony 3 grudnia 2018 roku przez rakietę nośną SpaceX Falcon 9, a dwa kolejne satelity zostały wystrzelone 5 lipca 2019 roku.
Zakłada się, że wraz z komercyjnym sukcesem projektu, co roku będzie wystrzeliwanych kilka kolejnych satelitów.
Zdjęcie satelitarne ICEYE-X2
Masa jednego satelity wynosi 85 kilogramów. Jest wyposażony w silniki jonowe do korekcji orbity. Rozdzielczość obrazów radarowych wynosi 0,25x0,5, 1x1 lub 3x3 metry, dokładność odniesienia wynosi 10 metrów, prędkość kanału komunikacyjnego wynosi 140 megabitów na sekundę. Wysokość orbity wynosi 570 kilometrów, nachylenie wynosi 97,69 stopnia.
Laboratoria Planet
Planet Labs, amerykańska firma założona w 2010 roku, projektuje i produkuje mikrosatelity typu CubeSat o nazwie Dove, które są dostarczane na orbitę jako ładunek pomocniczy w innych misjach.
Każdy satelita Dove jest wyposażony w najnowocześniejsze narzędzia rozpoznania optycznego zaprogramowane do wykonywania zdjęć różnych obszarów Ziemi. Każdy satelita obserwacyjny Dove nieustannie skanuje powierzchnię Ziemi, wysyłając dane po przelocie nad stacją naziemną.
Pierwsze dwa eksperymentalne satelity Dove zostały wystrzelone w 2013 roku.
Wystrzelenie satelitów Dove z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Po przejęciu niemieckiej firmy BlackBridge AG konstelacja satelitów Planet Labs została uzupełniona o satelity RapidEye. A po przejęciu TerraBella od Google była to też konstelacja satelitów SkySat.
W lipcu 2015 r. firma Planet Labs wyniosła na orbitę 87 satelitów Dove i 5 RapidEye. W 2017 roku Planet wystrzelił 88 kolejnych satelitów Dove. Do września 2018 roku firma wystrzeliła około 300 kolejnych satelitów, z których 150 jest aktywnych. W 2020 roku Planet Labs wystrzeliło sześć dodatkowych satelitów SkySat o wysokiej rozdzielczości i 35 satelitów Dove.
Satelity Dove ważą 4 kilogramy. Ich wymiary to 10x10x30 centymetrów, wysokość orbity to 400 kilometrów.
Satelity dostarczają obrazy o rozdzielczości 3-5 metrów.
Satelity Dove'a
Satelity RapidEye o wielkości poniżej jednego metra sześciennego i wadze 150 kilogramów, znajdujące się na wysokości 630 kilometrów, dostarczają obraz o rozdzielczości 5 metrów za pomocą czujnika multispektralnego w kolorze niebieskim (440-510 nm), zielonym (520-590 nm) ), bliskiej czerwieni (630–690 nm), dalekiej czerwieni (690–730 nm) i bliskiej podczerwieni (760–880 nm).
Obraz satelitów RapidEye
Satelity SkySat dostarczają obrazy wideo o rozdzielczości submetrowej. Ich konstrukcja opiera się na wykorzystaniu niedrogich, dostępnych na rynku elementów elektronicznych.
Satelity SkySat mają około 80 centymetrów długości i ważą około 100 kilogramów.
satelity
Satelity SkySat znajdują się na orbicie na wysokości 450 kilometrów i są wyposażone w czujniki multispektralne i panchromatyczne. Rozdzielczość przestrzenna w zakresie panchromatycznym 400–900 nm wynosi 0,9 metra.
Czujnik multispektralny zbiera dane w paśmie niebieskim (450-515nm), zielonym (515-595nm), czerwonym (605-695nm) i bliskiej podczerwieni (740-900nm) z rozdzielczością 2 metrów.
Czy mamy coś podobnego?
Rosyjska prywatna kosmonautyka
Sukcesy rosyjskiej prywatnej kosmonautyki są o rząd wielkości skromniejsze.
Przede wszystkim możemy przypomnieć założoną w 2011 roku firmę SPUTNIX, która w 2014 roku wystrzeliła na niską orbitę okołoziemską pierwszy rosyjski prywatny demonstrator technologii mikrosatelitarnej Tabletsat-Aurora o wadze 26 kilogramów.
Jako główny ładunek pojazd jest wyposażony w panchromatyczną kamerę do fotografowania powierzchni ziemi w paśmie widmowym 430–950 nm z rozdzielczością 15 metrów i szerokością pasma przechwytywania 47 kilometrów.
Tablety mikrosatelitarne na Aurora
Wystrzelono również kilka naukowych i edukacyjnych nanosatelitów opracowanych przez studentów i uczniów.
Spośród opracowywanych urządzeń można wymienić ultrakompaktowego satelitę do teledetekcji Ziemi RBIKRAFT-ZORKIY.
Jego masa wyniesie 10,5 kilograma. Premiera zaplanowana jest na 2021 rok.
Na urządzeniu znajdzie się kamera-teleskop o rozdzielczości 6,6 metra na piksel, wyprodukowany przez firmę NPO Lepton. Aparat wyposażony jest w system stabilizacji termicznej, ogniskowania, a także wbudowaną pamięć urządzenia, co pozwala na fotografowanie na żądanie, bez konieczności przywiązywania się do stacji odbiorczych.
Przewidywana wysokość orbity satelity RBIKRAFT-ZORKI wyniesie 550 kilometrów przy nachyleniu 98 stopni.
Kubsat RBICRAFT-ZORKIY
Kolejną firmą jest LLC NPP Dauria Aerospace, założona w 2011 roku i będąca jedną z pierwszych rosyjskich firm, które stworzyły i wystrzeliły komercyjne satelity.
8 lipca 2014 roku Dauria Aerospey wystrzeliła pierwszego satelitę serii DX, wyposażonego w ładunek do odbioru i transmisji sygnałów z Systemu Automatycznej Identyfikacji, przeznaczonego do nawigacji i identyfikacji statków na Oceanie Światowym i na liniach rzecznych.
Nawiasem mówiąc, takie satelity mogą być przydatne we współpracy z satelitami do radiotechniki, optycznego i aktywnego rozpoznania radarowego w zakresie rozwiązania problemu wyboru statków cywilnych i wojskowych.
Satelita DX1
Dwa kolejne satelity PERSEUS-M1 i PERSEUS-M2 zostały sprzedane amerykańskiej firmie Aquila Space pod koniec 2015 roku.
W tym samym 2015 roku założyciel NPP Dauria Aerospey, Michaił Kokorich, sprzedał swoje udziały w firmie i wyemigrował do Stanów Zjednoczonych.
Jak widać nasze zaległości w zakresie satelitów komercyjnych z wiodących krajów świata to około 10-15 lat.
Formalnie istnieją firmy produkujące komponenty do satelitów - silniki jonowe, czujniki, elementy elektroniczne. Ale tworzenie zakładu produkcyjnego, który wytwarza produkty końcowe - zaawansowane technologicznie satelity - jakoś nie rośnie razem.
Podobną sytuację mamy z pojazdami nośnymi. Generalnie nie mamy jeszcze nic porównywalnego do Space X czy Capella Space.
odkrycia
Komercjalizacja kosmosu rozwija się w najwyższym tempie, zarówno jeśli chodzi o wystrzeliwanie ładunków na orbitę, jak i tworzenie sztucznych satelitów Ziemi do różnych celów. Widać, że trend komercjalizacji kosmosu został zarysowany na początku lat XNUMX., aw ostatniej dekadzie stał się wybuchowy. W sumie pozwoliło to na pojawienie się sprzętu, technologii i usług, które do niedawna były niedostępne nie tylko dla klientów komercyjnych, ale także rządowych.
W tym świetle perspektywa rozmieszczenia przez armię amerykańską setek, a nawet tysięcy satelitów rozpoznawczych i komunikacyjnych, a później systemów obrony przeciwrakietowej (ABM), nie budzi już wątpliwości.
Co to oznacza dla nas w praktyce?
Można argumentować, że od pewnego momentu, w miarę rozmieszczania coraz większej liczby satelitów rozpoznawczych różnych klas i celów oraz poprawy ich parametrów technicznych, uniknięcie wykrycia wielu rodzajów broni z kosmosu stanie się prawie niemożliwe.
Możliwość uzyskiwania globalnych, całodobowych i całodobowych danych wywiadowczych w czasie zbliżonym do rzeczywistego pozwoli na przeprowadzanie uderzeń z dużą precyzją. bronie i bezzałogowych statków powietrznych (UAV) na całą głębokość terytorium wroga, nie tylko przeciwko celom nieruchomym, ale także przeciwko ruchomym celom, przekierowując broń w locie.
Zagrożone będą mobilne naziemne systemy rakietowe (PGRK), które są jednym z elementów rosyjskich sił odstraszania nuklearnego (SNF), a konwencjonalne okręty nawodne stracą najmniejszą możliwość zagubienia się w głębinach oceanu, co oznacza, że lotnictwo dalekiego zasięgu wroga zawsze będzie miało inicjatywę i będzie w stanie zapewnić niezbędną koncentrację sił do uderzenia pociskami przeciwokrętowymi (ASM), wystarczającą do pokonania obrony powietrznej (obrony powietrznej) lotniskowca i uderzenia okrętu grupy (AUG i KUG).
Jeśli USA oficjalnie zalegalizowały sprzedaż zdjęć z kosmosu w rozdzielczości 50 centymetrów, to jaka rozdzielczość jest dostępna dla wojska - 25 centymetra lub mniej?
Przy takiej jakości obrazu żadne reflektory narożne nie pomogą. Na przykład podczas atakowania statków ich wstępne wykrycie można przeprowadzić z rozdzielczością 3-5 metrów, następnie identyfikacja zostanie przeprowadzona z rozdzielczością 50 centymetrów lub mniejszą. A potem, po wystrzeleniu pocisków przeciwokrętowych, statki mogą być śledzone, a ich współrzędne mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym bezpośrednio do pocisków przeciwokrętowych za pośrednictwem satelitarnego kanału komunikacyjnego (retargetowanie w locie).
Ktoś powie, dlaczego nie użyć wojny elektronicznej?
Mogą rozwiązać niektóre problemy, ale nie wszystkie. Sam sprzęt walki elektronicznej jest „latarnią” dla wroga, nie można go używać w sposób ciągły. Ponadto pozostają środki rozpoznania optycznego.
Zniszczenie sieci małych satelitów z powierzchni jest praktycznie nierealne i nieefektywne ekonomicznie - możliwe jest uzupełnienie konstelacji małych satelitów z mniejszymi stratami ekonomicznymi niż zestrzelenie ich rakietami tarczy antyrakietowej. Wymaga to wyspecjalizowanych kosmicznych przechwytywaczy, które mogą intensywnie manewrować i pozostawać na orbicie przez długi czas, zapewniając konsekwentne niszczenie wielu celów.
I nie polegaj na powszechnym nieporozumieniu na temat „wiadra orzechów na orbicie”. Cała gospodarka planety nie będzie w stanie wywieźć „orzechów” na orbitę w ilości wystarczającej do zniszczenia satelitów.
„Według Europejskiej Agencji Kosmicznej wokół naszej planety krąży ponad 29000 4 dużych kawałków śmieci, od 670-calowych kawałków metalu po całe nieistniejące satelity i zbiorniki zużytego paliwa. Dodaj około 000 1 części metalowych o wielkości od 10 do 170 centymetrów, około XNUMX milionów cząstek farby i niezliczone miliardy zamarzniętych kropli płynu chłodzącego i cząstek pyłu o wielkości mniejszej niż centymetr.
Udoskonalanie technologii tworzenia satelitów małogabarytowych oraz technologii obrony przeciwrakietowej najprawdopodobniej doprowadzi do wznowienia realizacji na nowym poziomie technicznym projekty orbitalnych pocisków przechwytujących typu „diamentowy kamyk”., który, biorąc pod uwagę wzmocnienie inteligencji i perkusja zdolności sił zbrojnych USA, może w dużym stopniu zneutralizować potencjał rosyjskich strategicznych sił nuklearnych.
Pod koniec XX wieku wiele mówiło się o tym, że XXI wiek będzie wiekiem wirtualnej rzeczywistości, nano- i biotechnologii. Przestrzeń natomiast stała się „zwykle stosowana”, kojarzona z czymś w rodzaju telewizji satelitarnej.
Pojawienie się prywatnych firm z ambitnymi celami i projektami zmieniło wszystko. A przestrzeń kosmiczna po raz kolejny znajduje się w czołówce postępu technologicznego.
Kosmos to nie tylko projekty badań naukowych i ekspansji ludzkości na nowe terytoria, ale także kamień węgielny w zapewnieniu bezpieczeństwa państwa. Już teraz, bez uzyskania przewagi, a przynajmniej równości w przestrzeni kosmicznej, wszelkie siły lądowe, powietrzne i morskie są skazane na porażkę. W przyszłości sytuacja ta będzie się tylko pogarszać.
To sprawia, że projekty tworzenia obiecujących rakiet nośnych i statków kosmicznych do różnych celów należą do priorytetowych zadań naszego kraju.
informacja