У DARPA есть проект MOIRE, цель которого – получение новых оптических систем, пригодных для использования на спутниках (выведенных на геосинхронную орбиту, в частности). Новизна оптики заключается в том, что, благодаря принципиально иным техническим решениям (мембранным модулям), на орбите окажутся телескопы, чья разрешающая способность превысит показатели лучших современных систем в несколько раз. Так как огромные зеркала (или линзы) выводить на орбиту чрезвычайно трудно, предлагается построить трансформируемую систему, которая в сложенной конфигурации занимает минимум пространства, а разворачивается – в гигантский оптический прибор, с “зеркалом” диаметром 20 метров. (Есть видео, иллюстрирующее процесс разворачивания телескопа.)

Credit: DARPA

(На картинке – сравнительные размеры зеркал различных телескопов и зеркала проекта MOIRE, в представлении художника; DARPA.)

Подобные конструкции-трансформеры, иногда весьма сложной структуры, давно используются на разведывательных спутниках. Только раньше таким способом сворачивались-разворачивались огромные антенны. Интересно, что именно эта инженерная задача – проектирование сложных механических “сворачивающихся структур” – в своё время стала одной из ключевых причин развития такой математической дисциплины, как компьютерная геометрия.

Мощные телескопы на геосинхронной орбите нужны для того, чтобы вести мониторинг большей части поверхности Земли (лучше – всей поверхности), в режиме реального времени, с большим разрешением. Такая система мониторинга позволяет оперативно глянуть из космоса в любой уголок нашей замечательной планеты – не нужно ждать прохождения спутника, заказывать “обзор” заблаговременно. Естественно, задачи, прежде всего, – разведывательные: все мощные орбитальные телескопы, которые сейчас используются астрономами, выросли из решения задач орбитальной разведки.

Подобная система мониторинга земной поверхности будет иметь дело с огромными объёмами данных. Примем, что площадь поверхности Земли – 510 млн квадратных километров, а полезное разрешение – 10 метров (пусть вертикальное совпадает с горизонтальным, тогда в одном квадратном километре – 10 тыс. пикселей). Это означает, что один “снимок” поверхности Земли будет содержать 510*10^6*10^4 = 5,1*10^12, то есть, около 5 триллионов пикселей. Если мы записываем значение яркости пикселя с разрешением в 8 битов, то наш снимок займёт лишь около 5 терабайт в хранилище. Не так много, особенно если учитывать, что десятиметровое разрешение позволяет увидеть множество типов самолётов, прочей военной техники, идентифицировать типы кораблей, различать колонны грузовиков (или танков), в общем, немало. Но, естественно, для настоящей разведки требуется разрешение менее метра, что значительно увеличивает объёмы данных, не делая, впрочем, их фантастическими, потому что нужно же учитывать плюсы эффективного кодирования и прочей “дедупликации”.

Кстати, если спутниковая группировка пишет “видео всей Земли” с частотой 12 кадров в секунду, то суточный лог займёт (без сжатия) 86400*12*5Тб = (примерно) 5 эксабайт (или пять миллионов терабайт). Это уже много. Как минимум, такой объём сложно хранить на самих спутниках.

Основная проблема с большим объёмом данных, образующихся на орбите, в том, как их скачать на землю. Но несколько параллельных лазерных “даталинков”, идущих в наземные оптические телескопы, могут предложить весьма быстрый канал, который точно позволит вести в реальном времени мониторинг земной поверхности с низким разрешением, мгновенно переключая орбитальную оптику в “субметровый режим”, если потребовалось понаблюдать за каким-то отдельным регионом в деталях. Лазерные системы связи активно испытываются много лет, например, есть относительно свежий эксперимент NASA на МКС – Optical PAyload for Lasercomm Science (OPALS). Если данные передаются на землю со скоростью один гигабит в секунду, или в 100 мегабайт/сек, то изображение региона 100х100 км, с разрешением в 2 байтовых пикселя на метр, объёмом в 40 несжатых гигабайт, скачается примерно за семь минут. Очевидно, что оптимизация процесса позволит получать высококачественные снимки территорий всего через несколько минут после того, как эти снимки запросили. Задачи общего обзора и детального наблюдения могут быть разделены между спутниками. Всё это сильно приближает к реальности распространённый кинематографический сюжет, когда находящиеся на земле бойцы сил специальных операций за какие-то минуты получают на свои носимые компьютеры свежие космические снимки соседнего населённого пункта, позволяющие видеть фигуры людей на улицах.



Comments Off on Тотальное наблюдение за поверхностью Земли

На фото ниже – момент подготовки космического корабля Orion к установке теплового щита. Собственно, это часть корабля, обитаемый модуль. Можно разглядеть особенности конструкции и размещения агрегатов.

Orion

(Исходное фото: Lockheed Martin.)



Comments Off on Фотофакт: космический корабль Orion, без обшивки

На фото ниже – момент транспортировки аппарата NASA Orion, незадолго до установки его на ракету-носитель. Штанга, направленная вверх, – это часть системы аварийного спасения аппарата (Launch Abort System), предназначенной для его экстренной эвакуации со стартовой площадки в случае возникновения проблем с ракетой-носителем.

На фото хорошо видны сопла двигателей, обеспечивающих эвакуацию аппарата. Впрочем, эти двигатели используются только в одном из режимов работы системы спасения: в её состав входит ещё два двигателя – один служит для, собственно, экстренного разгона, второй, расположенный в верхней части, для управления во время полёта, после отделения от ракеты-носителя. Компоновка – классическая, ведь система сконструирована на основе опыта других систем спасения, которые использовались, например, на советских “Союзах”.

Orion Spacecraft

(Источник фотографии – Universe Today.)



Comments Off on Cистема аварийного спасения аппарата Orion

На сайте ESA опубликовали панорамный снимок, сделанный камерами зонда Philae, который сейчас находится на поверхности ядра кометы Чурюмова-Герасименко. Этот снимок – композиция из кадров, полученных несколькими камерами. Камеры установлены по кругу, в верхней части корпуса зонда, и входят в состав системы CIVA-P.

Credit: ESA

(Снимок, к сожалению, довольно тёмный, в тенях практически ничего не видно, только шум. По клику – в большем разрешении.)

В описании системы CIVA-P сказано, что камер семь. Если внимательно посмотреть на снимок, то несложно заметить, что он состоит из шести секторов (см. обработанное изображение).

CIVA sectors

Я так понимаю, причина в том, что две из семи камер CIVA-P используются для получения стереоскопического изображения (об этом также сказано в описании). Соответственно, наблюдаемых секторов – шесть: две камеры смотрят в один и тот же сектор, но с разных точек.



Комментарии (4) »

Зонд Philae (Филы), запущенный аппаратом Rosetta, успешно достиг кометы Чурюмова-Герасименко. Это хорошо, потому что это первая попытка провести подобную операцию в достаточно дальнем космосе – и всё сработало.



Комментарии (1) »

Спутники GPS, помимо того, что обеспечивают глобальное позиционирование или, например, общее точное время, ещё и служат платформой для штатовской системы обнаружения ядерных взрывов (другая часть этой же системы находится на несвязанных с GPS геостационарных спутниках). Система, прежде всего, нацелена на мониторинг атмосферных и наземных испытаний, но, в теории, может служить и для детектирования подземных взрывов.

Благодаря тому, что спутников GPS достаточно много и они расположены так, чтобы обеспечивать полное покрытие земного шара, система позволяет вести мониторинг всей планеты в реальном времени. Второй полезной особенностью такой космической платформы является то, что для спутников GPS положение в пространстве известно с высокой точностью. Детекторы, наблюдающие за возможными взрывами, собраны в отдельные модули, которые ставятся на спутники в качестве дополнительной “полезной нагрузки”. Используются оптические сенсоры, приёмники рентгеновского излучения, а также сенсоры, предназначенные для измерения электромагнитных эффектов (ЭМ-импульса) взрыва.

Такое вот использование GPS. Естественно, оптические системы модулей могут послужить и для наблюдения за пуском ракет, в целях предупреждения о ракетном нападении. Впрочем, для этой цели – они вряд ли эффективны.



Комментарии (1) »

NailsЕсть известная история про (условное) “ведро гвоздей”, которое, если его вывести на околоземную орбиту, эту самую орбиту закроет, так как столкновения “гвоздей” со спутниками приведут к тому, что пространство будет заполнено космическим мусором. Понятно, что, при условии плотного заселения орбиты космическими аппаратами, достаточно удачно разрушить несколько из них, чтобы вызвать каскад столкновений, уничтожающий большую часть аппаратов. Вывести новые аппараты в космос, забитый мусором, чрезвычайно сложно. То есть, получаем закрытый ближний космос.

В качестве развития темы интересны варианты, в которых одна из космических держав проводит контролируемое закрытие околоземного пространства, оставляя лазейку для себя. Все прочие участники космической гонки оказываются не у дел, из-за мусора, а инициатор операции получает монополию на вывод спутников. Как это можно проделать, если вообще возможно?

Тут есть куча проблем. Очевидно, для решения задачи нужны большие наблюдательные мощности, особенно важны радары, находящиеся в космосе, на высоких орбитах, зондирующие спутниковую группировку с другой стороны. С наземными радарами – понятно: их тоже должно быть немало и они должны быть эффективны. Однако сколь детальным не было бы наблюдение, предсказать конфигурацию “мусорного облака”, которое возникнет через несколько часов или, тем более, дней после столкновения сотен аппаратов, нереально, даже если доступны огромные вычислительные мощности.

С другой стороны, можно построить некую “хаотическую теорию” и надеяться, что она позволяет вычислить основные параметры распределения мусора по орбитам. Фантастическим приложением такой теории будет возможность запустить “генерацию” мусора таким образом, чтобы позже получить алгоритм вычисления неких окон, позволяющих выводить аппараты на высокую орбиту по весьма замысловатой траектории, минуя мусор. В планировании такой траектории, опять же, ключевую роль будут играть космические радары и телескопы. Поэтому они должны уцелеть. Замысловатость траектории вывода, в эпоху “после замусоривания орбит”, – является своего рода ключом, позволяющим преодолеть мусор. Чтобы ключ найти, нужна дополнительная информация, которая будет только у одной из сторон.

Можно предположить, что каскадное разрушение спутников запускается даже без особого прогнозирования результатов – действительно, всё равно что-то рассчитать тут невозможно. А ставка делается на то, что инициатору авантюры известен механизм расчёта выводных орбит для любой конфигурации мусора, при некоторых базовых исходных значениях (общее число спутников, их масса и т.д.). При этом, в случае ошибки, космос оказывается закрыт для всех, так что, как минимум, сохраняются равные возможности. (Этот момент особенно важен, если стратеги используют идеи теории игр, да.)

Наверняка для этой непростой задачи есть некие решения. Думаю, о том, какие замечательные преимущества сейчас даёт эксклюзивный доступ к космическому пространству, можно не напоминать.



Комментарии (13) »

В ESA изучают возможности захвата и спуска с орбиты спутников. Речь, впрочем, идёт об отказавших аппаратах, о космическом мусоре. Тема называется e.DeOrbit, спутники планируют захватывать сетью (кстати, схема совпадает с предложенной для беспилотников в одной из недавних записок) и утаскивать, видимо, в плотные слои атмосферы.

Credit: ESA

Между прочим, это воплощение в реальности одной из очень старых схем противоспутникового оружия. Захватить таким образом можно и действующий спутник. В том числе военный, если он не оборудован подходящей защитной системой. А если загодя вывести на орбиту несколько подобных “перехватчиков”, выполнив их малозаметными, то в назначенный час можно здорово подпортить коммуникационные и навигационные системы противнику. Да, чтобы не морочиться с сетью, спутник противника можно повредить выстрелом. Но в таком случае количество космического мусора увеличивается, а это действительно плохо.



Комментарии (11) »

Почти десять лет назад я написал для проекта “Информационный бум” колонку про европейский космический зонд Rosetta, который направляется к комете Чурюмова-Герасименко. Колонка та была скептическая. Несколько человек написали мне в комментарии, что, на самом деле, всё получится, зонд сумеет добраться до кометы.

Что тут сказать? Сегодня зонд Rosetta благополучно вышел на связь после длительного периода “спячки”. Мой колумнистский скептицизм – пока не оправдался. Ну, в данном конкретном случае. И это хорошо. Слегка переиначив финальную фразу той старой колонки, можно сказать: “и тогда нам, дожившим до 2014 года, стало веселей“.



Комментарии (1) »
Навигация по запискам: « Позже Раньше »