عين كابيلا سبيس الشاملة: نذير ثورة في ذكاء الأقمار الصناعية
في الآونة الأخيرة ، نظرنا في إمكانيات أنظمة الاستطلاع الفضائية للكشف عن مجموعات حاملات الطائرات الضاربة. على وجه الخصوص ، طرح المؤلف افتراض إنشاء "أبراج" في المستقبل القريب لأقمار استطلاع مدمجة وغير مكلفة موضوعة في مدارات منخفضة وقادرة على استبدال أقمار الاستطلاع الكبيرة والمكلفة الحالية. يحدث شيء مشابه بالفعل مع أقمار الاتصالات بفضل Space X ومشروع Starlink العالمي للإنترنت عبر الأقمار الصناعية عالي السرعة.
وفقًا للمؤلف ، يمكن تطبيق التقنيات المستخدمة في بناء ونشر أقمار ستارلينك على نطاق واسع لاحقًا في بناء أقمار الاستطلاع. اعترض بعض المعارضين على ذلك بأن أقمار الاستطلاع ستكون أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا وأكثر تكلفة. هذا ينطبق بشكل خاص على الأقمار الصناعية لاستطلاع الرادار النشطة ، والتي لها أهمية قصوى لأنها يمكن أن تعمل في أي وقت من اليوم وفي أي طقس.
حسنًا ، المستقبل قادم في وقت أقرب مما اعتقد المؤلف. لكن ، للأسف ، هذا المستقبل لا يأتي للجميع.
كابيلا سبيس
تأسست شركة Capella Space في عام 2016 ، وهي شركة أمريكية مقرها سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا ، وقد حددت لنفسها هدفًا يتمثل في تزويد المستخدمين حول العالم بفرصة الحصول على صور رادار تجارية عالية الدقة لسطح الكوكب.
تخطط كابيلا سبيس لنشر 36 قمرا صناعيا مجهزة برادار ذو فتحة اصطناعية. كان من المفترض أن كتلة قمر صناعي واحد ستكون حوالي 40 كجم. يجب أن يسمح النظام بالحصول على صور رادار (RL) لسطح الأرض بدقة تبلغ 50 سم.
علاوة على ذلك ، من المفترض أن يكون النظام قادرًا على استقبال الصور بدقة 25 سم وأعلى ، لكن هذا الاحتمال للمستهلكين المدنيين محظور بموجب القانون الأمريكي.
في ديسمبر 2018 ، أطلقت كابيلا سبيس أول قمر صناعي تجريبي من طراز دينالي في المدار. تم الإطلاق باستخدام مركبة الإطلاق SpaceX Falcon 9 من قاعدة فاندنبرغ الجوية (كاليفورنيا).
صُمم القمر الصناعي دينالي لاختبار التصميم والتكنولوجيا. لم يتم بيع صور الرادار منه. لكن تم استخدامها للاختبار الداخلي وجذب المستثمرين والعملاء المحتملين. بعد الإطلاق ، نشر القمر الصناعي دينالي قماش هوائي مرن تبلغ مساحته حوالي 8 أمتار.
في أغسطس 2020 ، تم إطلاق أول قمر صناعي سيكويا يعمل بشكل تسلسلي ، وهو قادر بالفعل على توفير صور رادارية لسطح الأرض للعملاء التجاريين. تم الإطلاق إلى المدار بواسطة مركبة الإطلاق Electron التابعة لشركة الطيران الأمريكية الخاصة Rocket Lab.
كتلة القمر الصناعي سيكويا 107 كجم. يحتوي على 400 متر من الكابلات والأسلاك التي تربط أكثر من مائة وحدة إلكترونية. يشتمل البرنامج على أكثر من 250 سطر من كود C ، وأكثر من 000 سطر من كود Python ، وأكثر من 10 سطر من كود FPGA.
مع ارتفاع مداري يبلغ 525 كيلومترًا وميل مداري يبلغ 45 درجة ، يوفر القمر الصناعي سيكويا للعملاء إمكانية الوصول إلى التصوير بالرادار لمناطق مثل الشرق الأوسط وكوريا واليابان وأوروبا وجنوب شرق آسيا وأفريقيا والولايات المتحدة.
بحلول نهاية عام 2020 ، من المخطط إطلاق قمرين صناعيين آخرين من نوع Sequoia Falcon 9 من SpaceX إلى المدار. في المجموع ، من المخطط إطلاق ما لا يقل عن سبعة أقمار صناعية من هذا النوع.
يجب أن يكون مفهوماً أن الحد الأقصى من الدقة للمنطقة المختارة للتصوير يتم توفيره عند تعرض صورة الرادار لمدة 60 ثانية تقريبًا ، حيث تم تجهيز أقمار سيكويا بنظام توجيه ميكانيكي لصفيحة الهوائي. القرار "سريع الحركة" سيكون أقل. تتيح عملية الفتحة الاصطناعية تحديدًا دقيقًا للتضاريس وميزات السطح في صورة ثلاثية الأبعاد.
من المفترض أن المجموعة النهائية المكونة من 36 قمرا صناعيا ستتيح الحصول على صورة لأي جزء من الكوكب بفاصل زمني لا يزيد عن ساعة واحدة.
صورة الرادار لطائرات ماكدونيل دوغلاس MD-80 وطائرة إيرباص A300-600R في المركز طيران روزويل في نيو مكسيكو.
تم إنشاء القمر الصناعي سيكويا التابع لكابيلا سبيس في 4 سنوات من قبل فريق مكون من 100 شخص.
أبرمت Capella Space بالفعل عقودًا لتوفير معلومات الخرائط مع الوكالات الحكومية الأمريكية.
على وجه الخصوص ، في عام 2019 ، تم إبرام اتفاقية مع مكتب الاستطلاع الوطني الأمريكي (NRO) بشأن دمج صور الرادار التجارية التي حصلت عليها أقمار كابيلا الفضائية مع أقمار المراقبة التابعة للدولة NRO.
في نوفمبر 2019 ، منحت القوات الجوية الأمريكية (Air Force) عقدًا لشركة Capella Space لتضمين صور الشركة في برنامج الواقع الافتراضي لسلاح الجو (ربما يشير إلى خرائط تضاريس ثلاثية الأبعاد مفصلة للغاية للطيران).
في 13 مايو 2020 ، تم توقيع عقد مع وزارة الدفاع الأمريكية لتوفير بيانات الرادار المحمولة جواً ذات الفتحة الاصطناعية للبحرية الأمريكية. كما ستزود كابيلا وزارة الدفاع بخدمات تحليلية داخلية لتفسير البيانات.
وفي 25 يونيو 2020 ، أعلنت كابيلا سبيس عن توقيع اتفاقية تعاون للبحث والتطوير (CRADA) مع الوكالة الوطنية الأمريكية للاستخبارات الجغرافية المكانية (NGA). ستمنح اتفاقية CRADA إمكانية الوصول إلى Capella Space لباحثي NGA لفهم القضايا بشكل أفضل. في المقابل ، تحصل NGA على إمكانية الوصول إلى خدمات الصور والتحليلات الخاصة بـ Capella Space. هذه هي أول اتفاقية CRADA أبرمتها NGA مع شركة تجارية تقدم صورًا من الأقمار الصناعية مع رادار ذي فتحة اصطناعية.
بالطبع ، لا يمكن اعتبار أقمار كابيلا الفضائية نظائر مباشرة لأقمار الاستطلاع المعقدة والمكلفة التي أطلقتها القوى الصناعية العسكرية الرائدة. لكن هناك شيء آخر مهم هنا.
نظمت شركة من 100 شخص تطوير وإنتاج أقمار صناعية قادرة على الحصول على صور رادارية عالية الدقة. تخطط الشركة لنشر كوكبة من 36 قمرا صناعيا من هذا القبيل. إن حجم وكتلة هذه الأقمار الصناعية يجعل من الممكن إطلاقها في مدار في "مجموعات" ، كما هو الحال مع أقمار الاتصالات Starlink. هذا يجعل من الممكن ليس فقط بناء كوكبة في المدار بسرعة ، ولكن أيضًا لإطلاقها بشكل عاجل ، إذا لزم الأمر ، بمركبات الإطلاق الصغيرة جدًا.
إذا كانت شركة خاصة فقط ، شركة ناشئة ، قادرة على ذلك؟ كم من هذه الأقمار الصناعية أو ما شابهها يمكن لوزارة الدفاع الأمريكية إطلاقها إذا لزم الأمر؟
بالمناسبة ، كابيلا سبيس ليست الوحيدة التي تعمل في هذا الاتجاه.
جليد
تأسست الشركة الفنلندية ICEYE في عام 2014 كشركة تابعة لجامعة آلتو ، كلية تكنولوجيا الراديو.
منذ عام 2019 ، تقدم ICEYE خدمات التصوير بالرادار التجاري عالي الدقة من ثلاثة أقمار صناعية مملوكة لها. تم إطلاق أول قمر صناعي ICEYE-X2 في 3 ديسمبر 2018 بواسطة مركبة الإطلاق Falcon 9 التابعة لشركة SpaceX ، وتم إطلاق قمرين صناعيين آخرين في 5 يوليو 2019.
من المفترض أنه مع النجاح التجاري للمشروع ، سيتم إطلاق العديد من الأقمار الصناعية سنويًا.
كتلة قمر صناعي واحد 85 كجم. وهي مجهزة بدوافع أيونية لتصحيح المدار. دقة صور الرادار هي 0,25 × 0,5 ، 1 × 1 أو 3 × 3 متر ، الدقة المرجعية 10 أمتار ، سرعة قناة الاتصال 140 ميغا بت في الثانية. الارتفاع المداري 570 كيلومترًا ، والميل 97,69 درجة.
مختبرات الكوكب
تقوم شركة Planet Labs ، وهي شركة أمريكية تأسست عام 2010 ، بتصميم وتصنيع أقمار صناعية دقيقة من نوع CubeSat تسمى Dove ، والتي يتم تسليمها إلى المدار كحمولة إضافية في مهام أخرى.
تم تجهيز كل قمر صناعي من طراز Dove بأحدث أدوات الاستطلاع البصري المبرمجة لالتقاط صور لمناطق مختلفة من الأرض. يقوم كل قمر صناعي للمراقبة من دوف بمسح سطح الأرض بشكل مستمر ، وإرسال البيانات بعد المرور فوق محطة أرضية.
تم إطلاق أول قمرين صناعيين تجريبيين من نوع Dove في عام 2013.
بعد الاستحواذ على شركة BlackBridge AG الألمانية ، تم تجديد كوكبة الأقمار الصناعية Planet Labs بأقمار RapidEye. وبعد الاستحواذ على TerraBella من Google ، كانت أيضًا كوكبة من أقمار SkySat الصناعية.
في يوليو 2015 ، أطلقت Planet Labs 87 أقمار صناعية Dove و 5 RapidEye في المدار. في عام 2017 ، أطلقت شركة Planet 88 قمراً صناعياً آخر من نوع Dove. بحلول سبتمبر 2018 ، أطلقت الشركة حوالي 300 قمر صناعي إضافي ، 150 منها نشطة. في عام 2020 ، أطلقت Planet Labs ستة أقمار صناعية إضافية عالية الدقة من SkySat و 35 قمراً صناعياً من نوع Dove.
تزن الأقمار الصناعية حمامة 4 كيلوغرامات. أبعادها 10x10x30 سم ، ارتفاع المدار 400 كيلومتر.
توفر الأقمار الصناعية صورًا بدقة تتراوح من 3-5 أمتار.
توفر أقمار RapidEye التي يقل حجمها عن متر مكعب ووزنها 150 كيلوجرامًا ، والموجودة على ارتفاع 630 كيلومترًا ، صورة بدقة 5 أمتار باستخدام مستشعر متعدد الأطياف باللون الأزرق (440-510 نانومتر) والأخضر (520-590 نانومتر). ) ، بالقرب من الأحمر (630 –690 نانومتر) ، أحمر بعيد (690-730 نانومتر) والأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء (760-880 نانومتر).
توفر الأقمار الصناعية SkySat صور فيديو بدقة مترية. يعتمد تصميمها على استخدام مكونات إلكترونية غير مكلفة ومتاحة تجاريًا.
يبلغ طول أقمار SkySat حوالي 80 سنتيمترا ويزن حوالي 100 كيلوغرام.
توجد سواتل SkySat في المدار على ارتفاع 450 كيلومترًا ومجهزة بأجهزة استشعار متعددة الأطياف ومتعددة الألوان. تبلغ الدقة المكانية في النطاق البانكرومي 400-900 نانومتر 0,9 متر.
يجمع المستشعر متعدد الأطياف البيانات في النطاقات الزرقاء (450-515 نانومتر) والأخضر (515-595 نانومتر) والأحمر (605-695 نانومتر) والأشعة تحت الحمراء القريبة (740-900 نانومتر) بدقة 2 متر.
هل لدينا شيء مشابه؟
رواد الفضاء الروس
تعتبر نجاحات رواد الفضاء الروس أكثر تواضعًا.
بادئ ذي بدء ، يمكننا أن نتذكر شركة SPUTNIX ، التي تأسست في عام 2011 ، والتي أطلقت في عام 2014 أول جهاز عرض خاص لتكنولوجيا الأقمار الصناعية الصغيرة الروسية Tabletsat-Aurora يزن 26 كيلوغرامًا في مدار أرضي منخفض.
وباعتبارها الحمولة الرئيسية ، فقد تم تجهيز السيارة بكاميرا عمودية لتصوير سطح الأرض في النطاق الطيفي 430-950 نانومتر بدقة 15 مترًا وعرض نطاق التقاط يبلغ 47 كيلومترًا.
تابلت ساتالايت ميكرو سات أورورا
كما تم إطلاق العديد من السواتل النانوية العلمية والتعليمية التي طورها الطلاب وأطفال المدارس.
من بين الأجهزة التي يجري تطويرها ، يمكن للمرء أن يلاحظ القمر الصناعي فائق الصغر للاستشعار عن بعد للأرض RBIKRAFT-ZORKIY.
ستكون كتلته 10,5 كجم. ومن المقرر الإطلاق في عام 2021.
سيحمل الجهاز تلسكوب كاميرا بدقة 6,6 متر لكل بكسل ، تم تصنيعه بواسطة NPO Lepton. الكاميرا مزودة بنظام تثبيت حراري وتركيز وجهاز ذاكرة مدمج يسمح لك بالتصوير حسب الطلب دون الارتباط بمحطات الاستقبال.
سيكون الارتفاع المداري المتوقع للقمر الصناعي RBIKRAFT-ZORKI 550 كيلومترًا بميل 98 درجة.
شركة أخرى هي شركة ذات مسؤولية محدودة NPP Dauria Aerospace ، التي تأسست في عام 2011 وأصبحت واحدة من أولى الشركات الروسية لإنشاء وإطلاق أقمار صناعية تجارية.
في 8 يوليو 2014 ، أطلقت Dauria Aerospey أول قمر صناعي من سلسلة DX ، مزودًا بحمولة لاستقبال وإرسال الإشارات من نظام التعرف التلقائي ، المصمم للتنقل وتحديد السفن في المحيط العالمي وعلى خطوط النهر.
بالمناسبة ، يمكن أن تكون هذه الأقمار الصناعية مفيدة عند العمل مع الأقمار الصناعية للهندسة الراديوية والاستطلاع البصري والرادار النشط من حيث حل مشكلة اختيار السفن المدنية والعسكرية.
تم بيع قمرين صناعيين آخرين PERSEUS-M1 و PERSEUS-M2 إلى American Aquila Space في نهاية عام 2015.
في نفس عام 2015 ، باع مؤسس شركة NPP Dauria Aerospey ، ميخائيل كوكوريتش ، حصته في الشركة وهاجر إلى الولايات المتحدة.
كما نرى ، فإن تراكمنا في مجال الأقمار الصناعية التجارية من الدول الرائدة في العالم يبلغ حوالي 10-15 عامًا.
رسميًا ، هناك شركات تنتج مكونات للأقمار الصناعية - محركات أيونية ، وأجهزة استشعار ، ومكونات إلكترونية. لكن إنشاء منشأة إنتاج تنتج منتجات نهائية - أقمار صناعية عالية التقنية - بطريقة ما لا تنمو معًا.
لدينا وضع مماثل مع مركبات الإطلاق. بشكل عام ، ليس لدينا شيء يمكن مقارنته بـ Space X أو Capella Space حتى الآن.
النتائج
يتطور تسويق الفضاء بأعلى وتيرة ، سواء من حيث إطلاق الحمولات في المدار ، أو من حيث إنشاء أقمار صناعية أرضية اصطناعية لأغراض مختلفة. يمكن ملاحظة أن الاتجاه التجاري للفضاء قد تم تحديده في بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وأصبح متفجرًا في العقد الماضي. وقد سمح هذا ، مجتمعين ، بظهور المعدات والتقنيات والخدمات التي لم يكن الوصول إليها متاحًا حتى وقت قريب ، ليس فقط للعملاء التجاريين ، ولكن أيضًا للعملاء الحكوميين.
في ضوء ذلك ، فإن احتمال نشر الجيش الأمريكي لمئات أو حتى آلاف الأقمار الصناعية للاستطلاع والاتصالات ، ولاحقًا أقمار نظام الدفاع الصاروخي (ABM) ، لم يعد موضع شك.
ماذا يعني هذا بالنسبة لنا من الناحية العملية؟
يمكن القول أنه من نقطة معينة ، مع انتشار عدد متزايد من أقمار الاستطلاع من مختلف الفئات والأغراض ، بالإضافة إلى تحسين خصائصها التقنية ، سيصبح من المستحيل تقريبًا تجنب اكتشاف العديد من أنواع الأسلحة من الفضاء.
ستسمح إمكانية تلقي بيانات استخبارية عالمية وعلى مدار الساعة وفي جميع الأحوال الجوية ، في وقت قريب من الوقت الفعلي ، بتنفيذ ضربات عالية الدقة. سلاح والمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) إلى عمق أراضي العدو بالكامل ، ليس فقط ضد الأهداف الثابتة ، ولكن أيضًا ضد الأهداف المتحركة ، وإعادة توجيه الأسلحة أثناء الطيران.
ستتعرض أنظمة الصواريخ الأرضية المتنقلة (PGRK) ، والتي تعد أحد عناصر قوات الردع النووي الروسية (SNF) ، للتهديد ، وستفقد السفن السطحية التقليدية أدنى فرصة لتضيع في أعماق المحيط ، مما يعني أن طيران العدو بعيد المدى سيكون لديه دائمًا المبادرة وسيكون قادرًا على توفير التركيز اللازم للقوات لضرب الصواريخ المضادة للسفن (ASMs) ، وهو ما يكفي للتغلب على الدفاع الجوي (الدفاع الجوي) لحاملة الطائرات وضربات السفن. المجموعات (AUG و KUG).
إذا كانت الولايات المتحدة قد شرعت رسميًا في بيع الصور من الفضاء بدقة 50 سم ، فما الدقة المتاحة للجيش - 25 سم أو أقل؟
مع جودة الصورة هذه ، لن تساعد أي عاكسات زاوية. على سبيل المثال ، عند مهاجمة السفن ، يمكن إجراء اكتشافها الأولي بدقة تتراوح من 3-5 أمتار ، ثم يتم تحديد الهوية بدقة تبلغ 50 سم أو أقل. وبعد ذلك ، وبعد إطلاق الصواريخ المضادة للسفن ، يمكن تتبع السفن ونقل إحداثياتها في الوقت الحقيقي مباشرة إلى الصواريخ المضادة للسفن عبر قناة اتصال عبر الأقمار الصناعية (إعادة التوجيه أثناء الطيران).
سيقول شخص ما لماذا لا تستخدم الحرب الإلكترونية؟
يمكنهم حل بعض المشاكل ، ولكن ليس كلها. معدات الحرب الإلكترونية نفسها "منارة" للعدو ، من المستحيل استخدامها بشكل مستمر. بالإضافة إلى ذلك ، تبقى وسائل الاستطلاع البصري.
إن تدمير شبكة من الأقمار الصناعية صغيرة الحجم من السطح أمر غير واقعي عمليًا وغير فعال اقتصاديًا - من الممكن تجديد كوكبة الأقمار الصناعية صغيرة الحجم بخسائر اقتصادية أقل من إسقاطها بصواريخ الدفاع الصاروخي. وهذا يتطلب أجهزة اعتراض فضائية متخصصة يمكنها المناورة بشكل مكثف والبقاء في المدار لفترة طويلة ، مما يضمن التدمير المستمر لأهداف متعددة.
ولا تعتمد على المفهوم الخاطئ الشائع حول "دلو المكسرات في المدار". لن يكون الاقتصاد الكلي للكوكب قادرًا على أخذ "المكسرات" إلى المدار بكمية كافية لتدمير الأقمار الصناعية.
من المرجح أن يؤدي تحسين التقنيات الخاصة بإنشاء أقمار صناعية صغيرة الحجم وتقنيات الدفاع الصاروخي إلى استئناف التنفيذ على مستوى تقني جديد مشاريع الصواريخ الاعتراضية المدارية للدفاع الصاروخي من نوع "الماس الحصاة"والتي ، مع مراعاة تعزيز الذكاء و قرع قدرات القوات المسلحة الأمريكية ، يمكن إلى حد كبير تحييد إمكانات القوات النووية الاستراتيجية الروسية.
في نهاية القرن العشرين ، قيل الكثير عن حقيقة أن القرن الحادي والعشرين سيكون قرن الواقع الافتراضي والتكنولوجيا النانوية والبيوتكنولوجية. من ناحية أخرى ، أصبح الفضاء "مطبقًا عادة" ، مرتبطًا بشيء مثل الفضائيات.
أدى ظهور الشركات الخاصة ذات الأهداف والمشاريع الطموحة إلى تغيير كل شيء. والفضاء مرة أخرى في طليعة التقدم التكنولوجي.
الفضاء ليس فقط مشاريع البحث العلمي وانتشار البشرية إلى مناطق جديدة ، ولكنه أيضًا حجر الزاوية في ضمان أمن الدولة. الآن ، بدون الحصول على ميزة ، أو على الأقل التكافؤ في الفضاء الخارجي ، فإن أي قوى برية وجوية وبحرية محكوم عليها بالهزيمة. في المستقبل ، سوف يزداد هذا الوضع سوءًا.
وهذا يجعل مشاريع إنشاء مركبات الإطلاق والمركبات الفضائية الواعدة لأغراض مختلفة واحدة من أكثر المهام ذات الأولوية القصوى في بلدنا.
- أندري ميتروفانوف
- capellaspace.com ، habr.com ، iceye.com ، planet.com ، spire.com ، sputnix.ru ، dauria.ru
معلومات