Niedawno zastanawialiśmy się nad możliwościami kosmicznych środków rozpoznawczych do wykrywania grup uderzeniowych lotniskowców. W szczególności autor postawił założenie o stworzeniu w niedalekiej przyszłości „konstelacji” kompaktowych i niedrogich satelitów rozpoznawczych, umieszczonych na niskich orbitach i zdolnych do zastąpienia istniejących dużych i drogich satelitów rozpoznawczych. Coś podobnego dzieje się już z satelitami komunikacyjnymi dzięki Space X i jego globalnemu projektowi szybkiego Internetu satelitarnego Starlink.
Zgodnie z założeniem autora, technologie wykorzystywane do budowy i rozmieszczania satelitów Starlink na dużą skalę mogłyby następnie zostać wykorzystane 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 wcześniej, niż zakładał autor. Niestety, ta przyszłość nie nadchodzi dla wszystkich.
Przestrzeń Capelli
Założona w 2016 roku amerykańska firma Capella Space z siedzibą w San Francisco w Kalifornii ma na celu zapewnienie użytkownikom na całym świecie możliwości uzyskiwania komercyjnych obrazów radarowych o wysokiej rozdzielczości powierzchni planety.
Capella Space planuje rozmieścić 36 satelitów wyposażonych w radar z syntetyczną aperturą. Założono, że masa jednego satelity wyniesie około 40 kilogramów. System powinien umożliwiać uzyskanie obrazów radarowych (RL) powierzchni ziemi o rozdzielczości 50 centymetrów.
Co więcej, przypuszczalnie system jest w stanie odbierać obrazy o rozdzielczości 25 centymetrów i wyższej, ale ta możliwość dla cywilnych konsumentów wciąż jest zablokowana przez prawo USA.
W grudniu 2018 r. firma Capella Space wystrzeliła na orbitę swojego pierwszego testowego satelitę Denali. Start odbył się przy użyciu rakiety SpaceX Falcon 9 z bazy sił powietrznych Vandenberg (Kalifornia).
Satelita Denali jest przeznaczony do testowania konstrukcji i technologii. Obrazy RL z niego nie zostały sprzedane. Wykorzystano je jednak do testów wewnętrznych i przyciągnięcia inwestorów oraz potencjalnych klientów. Po wystrzeleniu satelita Denali rozmieścił elastyczną sieć antenową pokrywającą obszar około 8 metrów.
W sierpniu 2020 roku wystrzelony został pierwszy seryjny satelita operacyjny Sequoia, który już teraz jest w stanie dostarczać klientom komercyjnym obrazy radarowe powierzchni Ziemi. Wystrzelenie na orbitę zostało przeprowadzone przez RN 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.
Dzięki wysokości orbitalnej 525 kilometrów i nachyleniu orbity 45 stopni, Sequoia może dostarczać klientom zobrazowania radarowe w regionach takich jak Bliski Wschód, Korea, Japonia, Europa, Azja Południowo-Wschodnia, Afryka i Stany Zjednoczone.
Do końca 2020 roku planowane jest wystrzelenie na orbitę dwóch kolejnych satelitów Sequoia RN Falcon 9 przez SpaceX. W sumie planowane jest wystrzelenie co najmniej siedmiu satelitów tego typu.
Należy rozumieć, że maksymalna rozdzielczość obszaru wybranego do badania jest zapewniona, gdy obraz radarowy jest eksponowany przez około 60 sekund, na co satelity Sequoia są wyposażone w system mechanicznej orientacji paska antenowego. Zezwolenie w locie będzie niższe. Tryb apertury syntetycznej umożliwia dokładną topografię 3D i definicję powierzchni.
Zakłada się, że ostateczna konstelacja 36 satelitów zapewni obraz dowolnej części planety w odstępie nie dłuższym niż godzina.
Satelita Capella Space Sequoia został stworzony w ciągu 4 lat przez zespół 100 osób.
Capella Space podpisała już kontrakty na dostarczanie informacji kartograficznych z agencjami rządowymi USA.
W szczególności w 2019 r. podpisano umowę z Narodowym Biurem Rozpoznania USA (NRO) o zintegrowaniu komercyjnych obrazów radarowych uzyskanych przez satelity Capella Space z państwowymi satelitami obserwacyjnymi NRO.
W listopadzie 2019 r. US Air Force (Siły Powietrzne) podpisały umowę z Capella Space na włączenie zdjęć firmy do oprogramowania wirtualnej rzeczywistości Air Force (prawdopodobnie nawiązując do bardzo szczegółowych map terenu 3D dla lotnictwa).
13 maja 2020 r. podpisano kontrakt z Departamentem Obrony USA na dostarczanie marynarce wojennej USA danych radarowych z syntetyczną aperturą powietrzną. Capella zapewni również Departamentowi Obrony wewnętrzne usługi analityczne w celu interpretacji wyników.
A 25 czerwca 2020 r. Capella Space ogłosiła podpisanie Wspólnej Umowy Badawczo-Rozwojowej (CRADA) z amerykańską Narodową Agencją Geoprzestrzenną (NGA). Umowa CRADA zapewni Capella Space dostęp do badaczy NGA w celu głębszego zrozumienia problemów. W zamian NGA uzyskuje dostęp do obrazów i usług analitycznych Capella Space. Jest to pierwsza umowa CRADA pomiędzy NGA a komercyjną firmą dostarczającą obrazy z satelitów radarowych z syntetyczną aperturą.
Oczywiście satelity Capella Space nie mogą być uważane za bezpośrednie odpowiedniki wyrafinowanych i drogich satelitów rozpoznawczych wystrzeliwanych przez wiodące potęgi militarno-przemysłowe. Ale coś innego jest tutaj ważne.
100-osobowa firma opracowała i wyprodukowała satelity zdolne do odbierania obrazów radarowych o wysokiej rozdzielczości. Firma ta planuje rozmieścić konstelację 36 takich satelitów. Rozmiar i masa tych satelitów pozwala na umieszczanie ich na orbicie w klastrach, tak jak ma to miejsce w przypadku satelitów komunikacyjnych Starlink. Umożliwia to nie tylko szybkie zbudowanie ich grupowania na orbicie, ale także pilne wystrzelenie ich, jeśli to konieczne, za pomocą miniaturowych pojazdów nośnych.
Czy tylko prywatny startup jest do tego zdolny? Ile takich lub podobnych satelitów Departament Obrony USA może wystrzelić w razie potrzeby?
Nawiasem mówiąc, Capella Space to nie jedyna firma działająca w tym kierunku.
ICEYE
Fińska firma ICEYE została założona w 2014 roku jako filia Wydziału Technologii Radiowej Uniwersytetu Aalto.
Od 2019 roku ICEYE oferuje usługi pozyskiwania komercyjnych obrazów radarowych o wysokiej rozdzielczości uzyskanych przy użyciu trzech własnych satelitów. Pierwszy satelita ICEYE-X2 został wystrzelony 3 grudnia 2018 r. przez rakietę nośną Falcon 9 firmy SpaceX, a dwa kolejne satelity wystrzelono 5 lipca 2019 r.
Zakłada się, że wraz z komercyjnym sukcesem projektu wystrzelonych zostanie kilka kolejnych satelitów rocznie.
Masa jednego satelity wynosi 85 kilogramów. Jest wyposażony w silniki jonowe, które korygują jego orbitę. Rozdzielczość obrazów radarowych wynosi 0, 25x0,5, 1x1 lub 3x3 metry, dokładność ustawienia wynosi 10 metrów, a prędkość kanału komunikacyjnego 140 megabitów na sekundę. Wysokość orbity wynosi 570 kilometrów, nachylenie 97,69 stopnia.
Planet Labs
Założona w 2010 roku amerykańska firma Planet Labs opracowuje i produkuje mikrosatelity typu CubeSat o nazwie Dove, które są dostarczane na orbitę jako ładunek pomocniczy do innych misji.
Każdy satelita Dove jest wyposażony w najnowocześniejsze systemy rozpoznania optycznego zaprogramowane do badania różnych części Ziemi. Każdy satelita obserwacyjny Dove nieprzerwanie skanuje powierzchnię Ziemi, wysyłając dane po przejściu przez stację naziemną.
Pierwsze dwa eksperymentalne satelity Dove zostały wystrzelone w 2013 roku.
Po przejęciu niemieckiej firmy BlackBridge AG konstelacja satelitów Planet Labs została rozszerzona o satelity RapidEye. A po przejęciu TerraBella od Google także przez konstelację SkySat.
W lipcu 2015 r. Planet Labs umieściło na orbicie 87 satelitów Dove i 5 satelitów 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 wypuściło 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 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 wielospektralnego 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).
Satelity SkySat dostarczają obrazy wideo o rozdzielczości poniżej metra. Ich konstrukcja opiera się na wykorzystaniu niedrogich, dostępnych na rynku komponentów elektronicznych.
Satelity SkySat mają około 80 centymetrów długości i ważą około 100 kilogramów.
Satelity SkySat znajdują się na orbicie na wysokości 450 kilometrów i są wyposażone w czujniki wielospektralne i panchromatyczne. Rozdzielczość przestrzenna w zakresie panchromatycznym 400-900 nm wynosi 0,9 metra.
Sensor multispektralny zbiera dane w zakresie niebieskim (450-515 nm), zielonym (515-595 nm), czerwonym (605-695 nm) oraz bliskiej podczerwieni (740-900 nm) z rozdzielczością 2 metrów.
Czy mamy coś podobnego?
Rosyjska prywatna kosmonautyka
Sukcesy rosyjskiej prywatnej kosmonautyki są znacznie skromniejsze.
Przede wszystkim można przywołać założoną w 2011 roku firmę SPUTNIX, która w 2014 roku wystrzeliła na niską orbitę okołoziemską o masie 26 kilogramów pierwszego rosyjskiego prywatnego demonstratora technologii mikrosatelitarnej Tablettsat-Aurora.
Jako główny ładunek pojazd jest wyposażony w kamerę panchromatyczną do fotografowania powierzchni Ziemi w paśmie spektralnym 430-950 nm z rozdzielczością 15 metrów i szerokością pokosu 47 kilometrów.
Uruchomiono także kilka nanosatelitów naukowych i edukacyjnych opracowanych przez studentów i uczniów.
Wśród opracowywanych urządzeń można wymienić ultrakompaktowego satelitę do zdalnego wykrywania Ziemi RBIKRAFT-ZORKIY.
Jego masa wyniesie 10, 5 kg. Premiera zaplanowana jest na 2021 rok.
Urządzenie będzie wyposażone w kamerę teleskopową o rozdzielczości 6,6 metra na piksel, wyprodukowaną przez NPO Lepton. Kamera wyposażona jest w system stabilizacji termicznej i ustawiania ostrości, a także wbudowaną pamięć, która umożliwia fotografowanie na żądanie, bez konieczności przywiązywania się do stacji odbiorczych.
Szacowana wysokość orbity satelity RBIKRAFT-ZORKY wyniesie 550 kilometrów przy nachyleniu 98 stopni.
Kolejną firmą jest NPP Dauria Aerospace, założona w 2011 roku i jedna z pierwszych rosyjskich firm, która stworzyła i wystrzeliła komercyjne satelity.
8 lipca 2014 roku Dauria Aerospay wystrzeliła pierwszego satelitę z serii DX wyposażonego w ładunek do odbioru i transmisji sygnałów z Systemu Automatycznej Identyfikacji, przeznaczony do nawigacji i identyfikacji statków na Oceanie Światowym i na liniach rzecznych.
Dwa kolejne satelity PERSEUS-M1 i PERSEUS-M2 zostały sprzedane firmie American Aquila Space pod koniec 2015 roku.
W tym samym 2015 roku Michaił Kokorich, założyciel NPP Dauria Aerospay LLC, sprzedał swój udział w spółce i wyemigrował do Stanów Zjednoczonych.
Jak widać nasze opóźnienie w dziedzinie satelitów komercyjnych z czołowych krajów świata wynosi około 10-15 lat.
Formalnie istnieją firmy produkujące podzespoły do satelitów – silniki jonowe, czujniki, podzespoły elektroniczne. Ale stworzenie zakładu produkcyjnego, który wytwarza produkt końcowy - zaawansowane technologicznie satelity - jakoś nie rośnie razem.
Podobną sytuację mamy z pojazdami nośnymi. Ogólnie rzecz biorąc, nie mamy jeszcze nic porównywalnego ze Space X lub Capella Space.
wnioski
Najszybciej rozwija się komercjalizacja przestrzeni kosmicznej, zarówno pod względem umieszczania ładunków na orbicie, jak i tworzenia sztucznych satelitów naziemnych o różnym przeznaczeniu. Można zauważyć, że trend komercjalizacji przestrzeni zarysował się na początku lat 2000 i stał się wybuchowy w ostatniej dekadzie. Wszystko to razem pozwoliło na pojawienie się sprzętu, technologii i usług, które w ostatnim czasie były niedostępne nie tylko dla klientów komercyjnych, ale również rządowych.
W tym świetle nie budzi już wątpliwości perspektywa rozmieszczenia przez siły zbrojne USA setek, a nawet tysięcy satelitów rozpoznawczych i komunikacyjnych, a w przyszłości także satelitów systemu obrony przeciwrakietowej (ABM)
Co to oznacza dla nas w praktyce?
Można argumentować, że od pewnego momentu, w miarę rozmieszczania coraz większej liczby satelitów rozpoznawczych różnych klas i przeznaczenia, a także poprawy ich parametrów technicznych, prawie niemożliwe stanie się uniknięcie wykrycia wielu rodzajów broni z kosmosu
Możliwość uzyskania globalnych, całodobowych i we wszystkich warunkach pogodowych danych rozpoznawczych, w skali czasowej zbliżonej do rzeczywistej, umożliwi prowadzenie uderzeń z użyciem broni precyzyjnej i bezzałogowych statków powietrznych (UAV) na całą głębokość terytorium wroga, nie tylko na cele stacjonarne, ale także na cele ruchome, celowanie broni w locie.
Zagrożone będą mobilne naziemne systemy rakietowe (PGRK), które stanowią jeden z elementów rosyjskich sił odstraszania nuklearnego (SNF), a okręty nawodne o tradycyjnym układzie stracą najmniejszą możliwość zgubienia się w głębinach ocean, co oznacza, że samoloty dalekiego zasięgu wroga zawsze będą miały inicjatywę i będą w stanie zapewnić niezbędną koncentrację sił do uderzenia pociskami przeciwokrętowymi (ASM), wystarczającą do pokonania obrony powietrznej (obrony przeciwlotniczej) lotniskowców i grup uderzeniowych marynarki wojennej (AUG i KUG).
Jeśli Stany Zjednoczone oficjalnie zalegalizowały sprzedaż obrazów z kosmosu o rozdzielczości 50 centymetrów, to jaka rozdzielczość jest dostępna dla wojska - 25, 10 centymetrów lub mniej?
Przy takiej jakości obrazu nie pomogą żadne odbłyśniki narożne. Na przykład podczas atakowania statków ich wstępne wykrycie może być przeprowadzone z rozdzielczością 3-5 metrów, następnie identyfikacja zostanie przeprowadzona z rozdzielczością 50 centymetrów lub mniejszą. A potem, po uruchomieniu przeciwokrętowego systemu rakietowego, statki mogą być śledzone, a ich współrzędne przesyłane w czasie rzeczywistym bezpośrednio do systemu rakietowego przeciwokrętowego za pośrednictwem satelitarnego kanału komunikacyjnego (retargeting w locie).
Ktoś powie, dlaczego nie użyć wojny elektronicznej?
Mogą rozwiązać niektóre problemy, ale nie wszystkie. Sam elektroniczny sprzęt bojowy jest „latarnią” dla wroga, nie można go używać w sposób ciągły. Ponadto pozostaje sprzęt rozpoznania optycznego.
Zniszczenie sieci małych satelitów z powierzchni jest praktycznie nierealne i nieefektywne ekonomicznie - możliwe jest uzupełnienie grupy małych satelitów mniejszymi stratami ekonomicznymi niż zestrzelenie ich rakietami przeciwrakietowymi. Wymaga to wyspecjalizowanych myśliwców przechwytujących w przestrzeni kosmicznej, zdolnych do intensywnego manewrowania i pozostawania na orbicie przez długi czas, zapewniających konsekwentne niszczenie wielu celów.
I nie polegaj na powszechnym błędnym przekonaniu o „wiadrze orzechów na orbicie”. Cała gospodarka planety nie będzie w stanie wywieźć na orbitę „orzechów” w ilości wystarczającej do zniszczenia satelitów.
„Według Europejskiej Agencji Kosmicznej wokół naszej planety krąży ponad 29 000 dużych śmieci, od 4-calowych kawałków metalu po całe nieistniejące satelity i zbiorniki z wypalonym paliwem. Dodaj około 670 000 kawałków metalu o wielkości od 1 do 10 centymetrów, około 170 milionów cząsteczek farby i niezliczone miliardy zamrożonych kropelek chłodziwa i cząsteczek kurzu o wielkości poniżej centymetra”.
Doskonalenie technologii tworzenia małych satelitów oraz technologii obrony przeciwrakietowej najprawdopodobniej doprowadzi do wznowienia realizacji na nowym poziomie technicznym projektów orbitalnych rakiet przechwytujących typu „diamentowy kamyk”, które biorąc pod uwagę wzmocnienie zdolności rozpoznawcze i uderzeniowe US SNF.
Pod koniec XX wieku wiele mówiono o tym, że XXI wiek będzie wiekiem wirtualnej rzeczywistości, nano- i biotechnologii. Z drugiej strony przestrzeń kosmiczna stała się „użyta na co dzień”, kojarząc się z czymś w rodzaju telewizji satelitarnej.
Pojawienie się prywatnych firm z ambitnymi celami i projektami zmieniło wszystko. A przestrzeń ponownie znalazła 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 parytetu w kosmosie, wszelkie siły lądowe, powietrzne i morskie są skazane na porażkę. W przyszłości ta sytuacja tylko się pogorszy.
To sprawia, że projekty tworzenia obiecujących rakiet nośnych i statków kosmicznych do różnych celów należą do zadań o najwyższym priorytecie w naszym kraju.
