Počty objektů na oběžné dráze mají v příštích letech rychle růst. Dnes se počet kolem Země obíhajících družic blíží šesti tisícům, v blízké budoucnosti by měly poskočit nejméně o řád, na desítky tisíc. Boom má být společným dílem celé řady společností a dalších entit (armád), ale jako první začíná ve velkém měřítku oběžnou dráhu skutečně „plnit“ společnost SpaceX.
Na orbitu poslala zatím zhruba 700 satelitů Starlink, které mají zajistit internetové připojení prakticky pro celý svět. Ale tím její plány zdaleka nekončí: cílem je dostat na orbitu řádově desítky tisíc těchto malých družic, které nám budou všem obíhat nad hlavou. Co o nich víme?
Rychlý růst
První generace satelitů Starlink, která už se pohybuje na oběžné dráze, je poměrně dobře známá. Méně se toho ví o družicích Starlink druhé generace, kterých se má do vesmíru dostat ještě víc. Něco jsme se ale v posledních měsících přece jen dozvěděli.
Podlepůvodní žádosti SpaceX k Federálnímu komunikačnímu úřadu (FCC) z roku 2018, která je v současnosti již schválená, se má síť Starlink skládat z téměř dvanácti tisíc družic rozmístěných na několika oběžných drahách. Celkem 4 408 z nich bude 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 7 518 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.
V květnu roku 2020 poslala společnost SpaceX další žádost k FCC, která se týká budoucího provozu třiceti tisíc satelitů Starlink druhé generace. A to je právě těm se budeme v tomto textu věnovat.
Čím se má vyznačovat 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
- SpaceX slibuje, že družice nemají mít znatelný vliv na astronomická pozorování
- SpaceX plánuje rozšířit své aktivity v oblasti sdílení dat o vesmírném smetí a možnostech zabránění kolizím a vybízí ostatní operátory, aby postupovali stejně
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 (tj. zpoždění) 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, aby výšku korigovaly.
Co a jak vysílá
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).
Přenosové frekvence, které používá Starlink první generace.
Přenosové frekvence, které používá Starlink druhé generace.
Nová generace družic Starlink také získá možnost komunikovat mezi sebou. Družice první generace jsou totiž limitované tím, že mají možnost komunikovat pouze se Zemí. V generaci druhé by měly být schopné spojit se mezi sebou laserem. Tento způsob přenosu dat s 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 šíří rychleji vakuem než optickým kabelem).
Přenosový paprsek je velmi úzký, je velmi těžké takovou komunikaci tedy odposlouchávat. Pokud 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.
Hlavně se nesrazit
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 21tisíckrát 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 všechny objekty rychle zpomalují a padají, ale k tomu se dostaneme níže.
Zajímavou informací je to, že satelity samy o sobě mají nádrže chráněné jeden milimetr silným hliníkovým štítem. 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
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, který celou událost vysvětluje podrobněji.
Co nikdy nelze v kosmonautice vyloučit, jsou poruchy. 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 mají družice Starlink díky odporu atmosféry na jejich oběžných drahách shořet v atmosféře 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 dva roky.
To je však nejhorší scénář. Zhruba 85 % družic Starlink druhé generace by mělo být 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.
Bude něco vidět?
Na závěr dnešního článku jsem si nechal asi nejproblematičtější kapitolu budování konstelace Starlink – viditelnost družic na obloze. Jde o kontroverzní oblast, protože první satelity na obloze byly velmi dobře viditelné a omezovaly pozorování vesmírných objektů v blízkosti jejich drah. Ovšem situace se vyvíjí, jak bych rád doložil dvěma snímky, 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 vybavilo družice tmavým pěnovým stínítkem, které brání odrážení slunečního světla od anténní soustavy. Typ družice s těmito úpravami je nazýván VisorSat a poprvé se vydal na oběžnou dráhu letos v květnu. Údajně hlavně kvůli koronavirové pandemii, která omezuje i provoz observatoří, stále nejsou k dispozici měření, která by nám dala jasné údaje o případném poklesu magnitudy po těchto dalších úpravách.
Srovnání viditelnosti družice DarkSat a normální družice Starlink
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
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 mořem, 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.
Článek vznikl pro web ElonX.cz, který se věnuje především zpravodajství o firmách Elona Muska. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál najdete na této stránce.
