Das allsehende Auge von Capella Space: Vorbote der Revolution der Satellitenintelligenz

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Anonim
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In jüngerer Zeit haben wir uns mit den Fähigkeiten weltraumgestützter Aufklärungseinrichtungen befasst, um Angriffsgruppen von Flugzeugträgern aufzuspüren. Insbesondere vertrat der Autor die Annahme, dass in naher Zukunft "Konstellationen" kompakter und kostengünstiger Aufklärungssatelliten entstehen, die in niedrigen Umlaufbahnen platziert werden und die bestehenden großen und teuren Aufklärungssatelliten ersetzen können. Ähnliches geschieht dank Space X und seinem globalen Hochgeschwindigkeits-Satelliten-Internetprojekt Starlink bereits bei Kommunikationssatelliten.

Nach der Annahme des Autors könnten die für den großmaßstäblichen Bau und den Einsatz von Starlink-Satelliten eingesetzten Technologien später auch für den Bau von Aufklärungssatelliten genutzt werden. Einige Gegner haben dagegen eingewendet, dass Aufklärungssatelliten viel größer, komplexer und teurer werden. Dies gilt insbesondere für aktive Radaraufklärungssatelliten, die von größtem Interesse sind, da sie zu jeder Tageszeit und bei jedem Wetter operieren können.

Nun, die Zukunft kommt früher, als der Autor angenommen hat. Aber leider kommt diese Zukunft nicht für jeden.

Capella-Raum

Das 2016 gegründete amerikanische Unternehmen Capella Space mit Sitz in San Francisco, Kalifornien, hat sich zum Ziel gesetzt, Nutzern auf der ganzen Welt die Möglichkeit zu bieten, hochauflösende kommerzielle Radarbilder der Planetenoberfläche zu erhalten.

Capella Space plant den Einsatz von 36 Satelliten, die mit Radar mit synthetischer Apertur ausgestattet sind. Es wurde angenommen, dass die Masse eines Satelliten etwa 40 Kilogramm betragen würde. Das System soll es ermöglichen, Radarbilder (RL) der Erdoberfläche mit einer Auflösung von 50 Zentimetern zu erhalten.

Darüber hinaus ist das System vermutlich in der Lage, Bilder mit einer Auflösung von 25 Zentimetern und höher zu empfangen, aber diese Möglichkeit für zivile Verbraucher ist nach US-Recht noch blockiert.

Im Dezember 2018 startete Capella Space seinen ersten Testsatelliten Denali in die Umlaufbahn. Der Start erfolgte mit einer SpaceX Falcon 9-Trägerrakete der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien).

Der Denali-Satellit wurde entwickelt, um Design und Technologie zu testen. RL-Bilder davon wurden nicht verkauft. Aber sie wurden für interne Tests und zur Gewinnung von Investoren und potenziellen Kunden verwendet. Nach dem Start entfaltete der Denali-Satellit ein flexibles Antennennetz, das eine Fläche von etwa 8 Metern abdeckte.

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Im August 2020 wurde mit Sequoia der erste serientaugliche Satellit gestartet, der bereits kommerzielle Kunden mit Radarbildern der Erdoberfläche versorgen kann. Der Start in die Umlaufbahn erfolgte durch die RN Electron des privaten amerikanischen Luft- und Raumfahrtunternehmens Rocket Lab.

Die Masse des Sequoia-Satelliten beträgt 107 Kilogramm. Es enthält 400 Meter Kabel und Drähte, die über hundert elektronische Module verbinden. Die Software umfasst über 250.000 Zeilen C-Code, über 10.000 Zeilen Python-Code und über 500.000 Zeilen FPGA-Code.

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Mit einer Orbitalhöhe von 525 Kilometern und einer Orbitalneigung von 45 Grad kann Sequoia seinen Kunden Radarbilder in Regionen wie dem Nahen Osten, Korea, Japan, Europa, Südostasien, Afrika und den Vereinigten Staaten liefern.

Bis Ende 2020 ist geplant, zwei weitere Sequoia RN Falcon 9-Satelliten von SpaceX in die Umlaufbahn zu bringen. Insgesamt ist geplant, mindestens sieben Satelliten dieses Typs zu starten.

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Es versteht sich, dass die maximale Auflösung des für die Vermessung ausgewählten Bereichs erreicht wird, wenn das Radarbild etwa 60 Sekunden lang belichtet wird, wofür die Sequoia-Satelliten mit einem System zur mechanischen Ausrichtung des Antennenstreifens ausgestattet sind. Die Flugfreiheit wird geringer sein. Der synthetische Aperturmodus ermöglicht eine genaue 3D-Topographie und Oberflächendefinition.

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Es wird davon ausgegangen, dass die endgültige Konstellation von 36 Satelliten ein Bild von jedem Teil des Planeten mit einem Abstand von nicht mehr als einer Stunde liefert.

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Der Sequoia-Satellit von Capella Space wurde in 4 Jahren von einem Team von 100 Mitarbeitern entwickelt.

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Capella Space hat bereits Verträge über die Bereitstellung kartografischer Informationen mit US-Regierungsbehörden unterzeichnet.

Insbesondere wurde 2019 eine Vereinbarung mit dem US-amerikanischen National Reconnaissance Office (NRO) unterzeichnet, um kommerzielle Radarbilder von Capella Space-Satelliten mit den staatlichen NRO-Überwachungssatelliten zu integrieren.

Im November 2019 unterzeichnete die US Air Force (Air Force) einen Vertrag mit Capella Space, um die Bilder des Unternehmens in die Virtual-Reality-Software der Air Force zu integrieren (möglicherweise in Bezug auf hochdetaillierte 3D-Geländekarten für die Luftfahrt).

Am 13. Mai 2020 wurde ein Vertrag mit dem US-Verteidigungsministerium unterzeichnet, um der US Navy luftgestützte Radardaten mit synthetischer Apertur zur Verfügung zu stellen. Capella wird dem Verteidigungsministerium auch interne Analysedienste zur Verfügung stellen, um die Ergebnisse zu interpretieren.

Und am 25. Juni 2020 gab Capella Space die Unterzeichnung eines Joint Research and Development Agreement (CRADA) mit der US-amerikanischen National Geospatial Agency (NGA) bekannt. Die CRADA-Vereinbarung wird Capella Space den Zugang zu NGA-Forschern ermöglichen, um ein tieferes Verständnis der Probleme zu erhalten. Im Gegenzug erhält die NGA Zugang zu den Bild- und Analysediensten von Capella Space. Dies ist die erste CRADA-Vereinbarung zwischen NGA und einem kommerziellen Unternehmen, das Bilder von Radarsatelliten mit synthetischer Apertur bereitstellt.

Natürlich können Capella Space-Satelliten nicht als direkte Analogien zu den hochentwickelten und teuren Aufklärungssatelliten angesehen werden, die von den führenden militärisch-industriellen Mächten gestartet wurden. Aber etwas anderes ist hier wichtig.

Ein 100-köpfiges Unternehmen hat Satelliten entwickelt und hergestellt, die hochauflösende Radarbilder empfangen können. Dieses Unternehmen plant, eine Konstellation von 36 solcher Satelliten einzusetzen. Die Größe und Masse dieser Satelliten ermöglicht es, sie in Clustern in die Umlaufbahn zu bringen, wie dies bei Starlink-Kommunikationssatelliten der Fall ist. Dadurch ist es möglich, ihre Gruppierung im Orbit nicht nur schnell aufzubauen, sondern sie bei Bedarf auch mit winzigen Trägerraketen dringend zu starten.

Wenn das nur ein privates Startup-Unternehmen kann? Wie viele solcher oder ähnlicher Satelliten kann das US-Verteidigungsministerium bei Bedarf starten?

Capella Space ist übrigens nicht das einzige Unternehmen, das in diese Richtung arbeitet.

ICEYE

Das finnische Unternehmen ICEYE wurde 2014 als Tochterunternehmen der Aalto University, Fakultät für Funktechnik, gegründet.

Seit 2019 bietet ICEYE Dienstleistungen zur Gewinnung hochauflösender kommerzieller Radarbilder an, die mit drei proprietären Satelliten aufgenommen wurden. Der erste ICEYE-X2-Satellit wurde am 3. Dezember 2018 von der SpaceX-Trägerrakete Falcon 9 gestartet, und am 5. Juli 2019 wurden zwei weitere Satelliten gestartet.

Es wird davon ausgegangen, dass mit dem kommerziellen Erfolg des Projekts jährlich mehrere weitere Satelliten gestartet werden.

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Die Masse eines Satelliten beträgt 85 Kilogramm. Es ist mit Ionentriebwerken ausgestattet, um seine Bahn zu korrigieren. Die Auflösung der Radarbilder beträgt 0, 25x0, 5, 1x1 oder 3x3 Meter, die Ausrichtungsgenauigkeit beträgt 10 Meter, die Geschwindigkeit des Kommunikationskanals beträgt 140 Megabit pro Sekunde. Die Umlaufhöhe beträgt 570 Kilometer, die Neigung 97,69 Grad.

Planet Labs

Das 2010 gegründete amerikanische Unternehmen Planet Labs entwickelt und fertigt Mikrosatelliten vom Typ CubeSat namens Dove, die als Hilfsnutzlast für andere Missionen in den Orbit gebracht werden.

Jeder Dove-Satellit ist mit modernsten optischen Aufklärungssystemen ausgestattet, die so programmiert sind, dass sie verschiedene Teile der Erde vermessen. Jeder Dove-Beobachtungssatellit scannt kontinuierlich die Erdoberfläche und sendet Daten, nachdem er die Bodenstation passiert hat.

Die ersten beiden experimentellen Dove-Satelliten wurden 2013 gestartet.

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Nach der Übernahme der deutschen BlackBridge AG wurde die Satellitenkonstellation von Planet Labs um RapidEye-Satelliten erweitert. Und nach der Übernahme von TerraBella von Google auch durch die SkySat-Konstellation.

Im Juli 2015 platzierte Planet Labs 87 Dove-Satelliten und 5 RapidEye-Satelliten in die Umlaufbahn. Im Jahr 2017 startete Planet 88 weitere Dove-Satelliten. Bis September 2018 startete das Unternehmen rund 300 weitere Satelliten, von denen 150 aktiv sind. Im Jahr 2020 startete Planet Labs sechs zusätzliche hochauflösende SkySats und 35 Dove-Satelliten.

Taubensatelliten wiegen 4 Kilogramm. Ihre Abmessungen betragen 10x10x30 Zentimeter, die Bahnhöhe beträgt 400 Kilometer.

Die Satelliten liefern Bilder mit einer Auflösung von 3-5 Metern.

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RapidEye-Satelliten mit einer Größe von weniger als einem Kubikmeter und einem Gewicht von 150 Kilogramm, die sich in einer Höhe von 630 Kilometern befinden, liefern mit einem Multispektralsensor in Blau (440-510 nm), Grün (520-590 nm.) ein Bild mit einer Auflösung von 5 Metern), nahes Rot (630–690 nm), fernes Rot (690–730 nm) und nahes Infrarot (760–880 nm) Wellenlängenbereiche.

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SkySat-Satelliten liefern Videobilder mit einer Auflösung von Submetern. Ihr Design basiert auf der Verwendung kostengünstiger, kommerziell erhältlicher elektronischer Komponenten.

SkySat-Satelliten sind etwa 80 Zentimeter lang und wiegen etwa 100 Kilogramm.

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SkySat-Satelliten befinden sich in einer Höhe von 450 Kilometern im Orbit und sind mit multispektralen und panchromatischen Sensoren ausgestattet. Die räumliche Auflösung im panchromatischen Bereich von 400-900 nm beträgt 0,9 Meter.

Der Multispektralsensor erfasst Daten im blauen (450-515 nm), grünen (515-595 nm), roten (605-695 nm) und nahen Infrarot (740-900 nm) mit einer Auflösung von 2 Metern.

Haben wir ähnliches?

Russische private Kosmonautik

Die Erfolge der russischen Privatkosmonautik sind viel bescheidener.

Zunächst sei an das 2011 gegründete Unternehmen SPUTNIX erinnert, das 2014 den ersten russischen privaten Mikrosatelliten-Technologie-Demonstrator Tablettsat-Aurora mit einer Masse von 26 Kilogramm in die erdnahe Umlaufbahn brachte.

Als Hauptnutzlast ist das Fahrzeug mit einer panchromatischen Kamera zur Aufnahme der Erdoberfläche im Spektralband 430-950 nm mit einer Auflösung von 15 Metern und einer Schwadbreite von 47 Kilometern ausgestattet.

Das allsehende Auge von Capella Space: Vorbote der Revolution der Satellitenintelligenz
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Außerdem wurden mehrere wissenschaftliche und pädagogische Nanosatelliten gestartet, die von Studenten und Schülern entwickelt wurden.

Unter den in Entwicklung befindlichen Geräten ist der ultrakompakte Satellit zur Fernerkundung der Erde RBIKRAFT-ZORKIY zu nennen.

Seine Masse beträgt 10, 5 Kilogramm. Der Start ist für 2021 geplant.

Das Gerät wird eine Teleskopkamera mit einer Auflösung von 6, 6 Metern pro Pixel tragen, hergestellt von NPO Lepton. Die Kamera ist mit einem thermischen Stabilisierungs- und Fokussiersystem sowie einem eingebauten Speicher ausgestattet, der Aufnahmen bei Bedarf ermöglicht, ohne an Empfangsstationen gebunden zu sein.

Die geschätzte Umlaufbahnhöhe des Satelliten RBIKRAFT-ZORKY beträgt 550 Kilometer bei einer Neigung von 98 Grad.

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Ein weiteres Unternehmen ist das 2011 gegründete NPP Dauria Aerospace und eines der ersten russischen Unternehmen, das kommerzielle Satelliten entwickelt und startet.

Am 8. Juli 2014 startete Dauria Aerospay den ersten Satelliten der DX-Serie, der mit einer Nutzlast zum Empfangen und Senden von Signalen des automatischen Identifizierungssystems ausgestattet ist, das für die Navigation und Identifizierung von Schiffen im Weltmeer und auf Flusslinien ausgelegt ist.

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Ende 2015 wurden zwei weitere Satelliten PERSEUS-M1 und PERSEUS-M2 an die amerikanische Aquila Space verkauft.

Im selben Jahr verkaufte Mikhail Kokorich, der Gründer des NPP Dauria Aerospay LLC, seinen Anteil am Unternehmen und wanderte in die USA aus.

Wie wir sehen, beträgt unsere Verzögerung im Bereich der kommerziellen Satelliten aus den führenden Ländern der Welt etwa 10-15 Jahre.

Formal gibt es Unternehmen, die Komponenten für Satelliten herstellen - Ionentriebwerke, Sensoren, elektronische Komponenten. Aber die Schaffung einer Produktionsstätte, die das Endprodukt – Hightech-Satelliten – herstellt, wächst irgendwie nicht zusammen.

Bei Trägerraketen haben wir eine ähnliche Situation. Im Allgemeinen haben wir noch nichts Vergleichbares zu Space X oder Capella Space.

Schlussfolgerungen

Die Kommerzialisierung des Weltraums entwickelt sich auf höchstem Niveau, sowohl hinsichtlich der Platzierung von Nutzlasten in der Umlaufbahn als auch hinsichtlich der Schaffung künstlicher Erdsatelliten für verschiedene Zwecke. Es ist festzuhalten, dass der Trend zur Kommerzialisierung des Weltraums Anfang der 2000er Jahre skizziert wurde und im letzten Jahrzehnt explosiv geworden ist. Zusammengenommen hat dies das Aufkommen von Geräten, Technologien und Dienstleistungen ermöglicht, die in letzter Zeit nicht nur für kommerzielle, sondern auch für staatliche Kunden nicht zugänglich waren.

Vor diesem Hintergrund lässt die Aussicht auf den Einsatz von Hunderten oder sogar Tausenden von Aufklärungs- und Kommunikationssatelliten durch die US-Streitkräfte und künftig auch von Satelliten des Raketenabwehrsystems (ABM) keine Zweifel mehr aufkommen

Was bedeutet das konkret für uns?

Es kann argumentiert werden, dass es ab einem bestimmten Zeitpunkt fast unmöglich sein wird, die Entdeckung vieler Arten von Waffen aus dem Weltraum zu vermeiden, da immer mehr Aufklärungssatelliten verschiedener Klassen und Zwecke eingesetzt werden und sich ihre technischen Eigenschaften verbessern

Die Möglichkeit, globale, rund um die Uhr und wetterunabhängige Aufklärungsdaten in einem realitätsnahen Zeitmaßstab zu erhalten, wird es ermöglichen, Angriffe mit Präzisionswaffen und unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) bis in die gesamte Tiefe des feindliches Territorium, nicht nur auf stationäre, sondern auch auf mobile Ziele, die Waffen im Flug neu zielen.

Gefährdet werden mobile bodengestützte Raketensysteme (PGRK), die eines der Elemente der russischen nuklearen Abschreckungskräfte (SNF) sind, und Überwasserschiffe der traditionellen Anordnung werden die geringste Gelegenheit verlieren, sich in den Tiefen des das Meer, was bedeutet, dass die Langstreckenflugzeuge des Feindes immer die Initiative haben und in der Lage sein werden, die notwendige Konzentration der Kräfte für einen Angriff mit Anti-Schiffs-Raketen (ASM) bereitzustellen, die ausreicht, um die Luftverteidigung (Luftverteidigung) zu überwinden von Flugzeugträger- und Marineangriffsgruppen (AUG und KUG).

Wenn die Vereinigten Staaten den Verkauf von Bildern aus dem Weltraum mit einer Auflösung von 50 Zentimetern offiziell legalisiert haben, welche Auflösung steht dann dem Militär zur Verfügung - 25, 10 Zentimeter oder weniger?

Bei dieser Bildqualität helfen keine Eckreflektoren. Wenn beispielsweise Schiffe angegriffen werden, kann deren Ersterkennung mit einer Auflösung von 3-5 Metern erfolgen, dann erfolgt die Identifizierung mit einer Auflösung von 50 Zentimetern oder weniger. Und dann, nach dem Start des Anti-Schiff-Raketensystems, können Schiffe verfolgt und ihre Koordinaten in Echtzeit über einen Satellitenkommunikationskanal direkt an das Anti-Schiff-Raketensystem übermittelt werden (Retargeting im Flug).

Jemand wird sagen, warum nicht elektronische Kriegsführung verwenden?

Sie können einige der Probleme lösen, aber nicht alle. Die Ausrüstung der elektronischen Kriegsführung selbst ist ein "Leuchtfeuer" für den Feind, es ist unmöglich, sie kontinuierlich zu verwenden. Darüber hinaus bleibt optische Aufklärungsausrüstung.

Es ist praktisch unrealistisch und wirtschaftlich ineffektiv, ein Netzwerk von Kleinsatelliten von der Oberfläche aus zu zerstören - es ist möglich, die Gruppe der Kleinsatelliten mit weniger wirtschaftlichen Verlusten aufzufüllen, als sie mit Raketenabwehrraketen abzuschießen. Dies erfordert spezialisierte Weltraumabfangjäger, die in der Lage sind, intensiv zu manövrieren und lange im Orbit zu sein, um die konsequente Zerstörung vieler Ziele zu gewährleisten.

Und verlassen Sie sich nicht auf den weit verbreiteten Irrglauben über "ein Eimer voller Nüsse im Orbit". Die gesamte Wirtschaft des Planeten wird nicht in der Lage sein, "Nüsse" in einer Menge in die Umlaufbahn zu bringen, die ausreicht, um Satelliten zu zerstören.

„Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation kreisen mehr als 29.000 große Trümmer um unseren Planeten, von 4-Zoll-Metallstücken bis hin zu ganzen nicht existierenden Satelliten und Tanks mit abgebranntem Brennstoff. Fügen Sie etwa 670.000 Metallteile zwischen 1 und 10 Zentimetern Größe, etwa 170 Millionen Lackpartikel und unzählige Milliarden gefrorener Kühlmitteltröpfchen und Staubpartikel mit einer Größe von weniger als einem Zentimeter hinzu.

Die Verbesserung der Technologien zur Herstellung kleiner Satelliten und Raketenabwehrtechnologien wird höchstwahrscheinlich zur Wiederaufnahme der Umsetzung von Projekten von Orbital-Raketenabwehrabfangraketen vom Typ "Diamantkiesel" auf einem neuen technischen Niveau führen, die unter Berücksichtigung der Stärkung der Aufklärungs- und Angriffsfähigkeiten des US-SNF.

Am Ende des 20. Jahrhunderts wurde viel darüber gesprochen, dass das 21. Jahrhundert das Jahrhundert der virtuellen Realität, der Nano- und Biotechnologie sein wird. Der Weltraum hingegen ist „alltäglich angewandt“geworden, assoziiert mit so etwas wie Satellitenfernsehen.

Das Aufkommen privater Unternehmen mit ehrgeizigen Zielen und Projekten hat alles verändert. Und wieder befand sich der Weltraum an der Spitze des technologischen Fortschritts.

Der Weltraum ist nicht nur Projekte der wissenschaftlichen Forschung und der Expansion der Menschheit in neue Territorien, sondern auch ein Eckpfeiler zur Gewährleistung der Sicherheit des Staates. Schon jetzt sind alle Boden-, Luft- und Seestreitkräfte zur Niederlage verurteilt, ohne einen Vorteil oder zumindest eine Gleichstellung im Weltraum zu erlangen. In Zukunft wird sich diese Situation nur noch verschlimmern.

Damit gehören Projekte zur Schaffung vielversprechender Träger- und Raumfahrzeuge für verschiedene Zwecke zu den vorrangigsten Aufgaben unseres Landes.

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