Концепт полностью многоразовой РН "Молния"

[Max_Z]

Тезисно.

0. Хорошую ракету невозможно сделать по принципу "я его слепила из того что было". Получается всегда не очень.

1. Хорошая ракета (хоть одноразовая, хоть многоразовая) должна летать часто. Имхо - не менее 10 раз в год, а оптимум в районе 50-100 пусков в год.

2. Для поддержания существующей спутниковой группировки текущие средства выведения достаточны. Оправдать создание новых может только многочпутниковая группировка, кратно больше текущей.

3. Самая экономичная схема спасения ступени - посадка по трассе полёта.

3а. Посадка желательна на площадку на суше, это проще, чем на баржу.

4. При прочих равных максимальная грузоподъёмность РН получается при совпадении широты старта и целевого наклонения.

Из этих соображений следует, что ракета должна часто летать с космодрома, расположенного на широте целевого наклонения с одинаковой стартовой массой и одним профилем полёта.

[Max_Z]

Поэтому для начала нужно проанализировать целевые наклонения КА, и понять, можно ли сузить спектр целевых наклонений (в идеале до 1-2).

Целевые наклонения определяются задачами КА, из которых можно вывести три основных категории:
1. Навигация
2. ДЗЗ
3. Связь 

Теперь по пунктам:
1. навигация у нас сидит на наклонении 64.8°. Вроде как наклонение удобно стабильностью орбиты и лучшей видимостью спутников в высоких широтах.

2. Для нужд ДЗЗ при малоспутниковой группировке выбирают ССО с наклонением 98°, так как это позволяет упростить задачу ориентации солнечных батарей и фоточки получаются с одинаковыми тенями. Однако для многоспутниковых группировок (допустим сотня аппаратов), ССО уже не так оптимальна, так как эта куча спутников будет значительную часть времени делать фотки полярных шапок Земли. Те же лебеди вполне успешно функционируют и на меньших наклонениях.
3. Связные спутники до недавнего времени почти все сидели на ГСО с наклонением 0°, а потом пришел Маск и всё сделал по своему -)

У спутника связи на ГСО есть два важных преимущества: простота абонентского оборудования на земле и необходимость только в одном спутнике для обеспечения сервиса в некой точке земли.
Минусы ГСО тоже значительны, основной из которых - неустранимо большая задержка сигнала, что ставит крест на многих применениях интернета. Кроме того, для России актуальна ещё проблема видимости ГСО спутника в высоких широтах.

У низкоорбитальных спутников связи другая беда - для обеспечения сервиса в какой-либо точке их нужно МНОГО. Ну и терминал посложнее - либо механика (OneWeb) либо ФАР (Starlink).

Есть ещё промежуточный вариант, устраняющий только сложность видимости спутника в высоких широтах - орбита Молния (63.4°). Тут тоже не без недостатков, но значительная часть спутниковой группировки РФ сидит именно на этом наклонении.

[Max_Z]

Кстати, сравнивая Старлинк с одновебом можно сказать, что орбитальная конфигурация старлинка гораздо лучше.
У одновеба спутники сидят на наклонении 86.4°, что создаёт избыточную плотность спутников в приполярных областях (где абонентов толком нет) и недостаточную - в экваториальных. Маск поступил хитрее. Львиная доля спутников старлинка сидит на наклонении 53° и только малая часть - на более высоких наклонениях. 53° выбрано из тех соображений, что на этой широте находится граница США и Канады (и выше в этих широтах тоже с абонентами негусто, только Аляска), поэтому выше ему забираться нет смысла (для России это наклонение конечно низковато)

Имхо самое удобное наклонение для многоспутниковой группировки РФ именно в районе 63.4°.
Развертывание можно начать с комплекта спутников на орбите "молния", это позволит начать предоставлять сервис "уровня ГСО". И далее по мере развертывания низкоорбитальной группировки просто улучшать сервис до "нормального" уровня. Эти же спутники можно (и нужно) оснастить оборудованием для ДЗЗ.
Ну и пилотажку имхо тоже можно перевести на данное наклонение, а не на ССО, которая кроме как удобством трассы с Восточного больше никаких преимуществ не даёт.

[mik73]

что ставит крест на многих применениях интернета.

Эти слухи сильно преувеличены. Кроме игры в шутеры, приложений действительно критчиных к задержкам сигнала порядка 600 мс - раз-два и обчёлся и те, с которыми приходилсь сталкиваться - все больше от криворукости/лени тех, кто их на сетях внедрял.

Кроме того, для России актуальна ещё проблема видимости ГСО спутника в высоких широтах.

И в чём же та проблема? Как уже неоднократно говорилось - ниже 70 градуса проблемы просто нет, за исключением очень небольшого количества мест, где направление на спутник оказывается закрыто местным рельефом или застройкой (но такое на любой широте вообще-то может случиться и случается), а ниже 75-й и даже 78-й - непредолимой прблемы тоже нет. Теперь смотрим на карту и думаем - а что у нас осталось выше 75-й -78-й широты?

На самом деле проблемы при работе с ГСО очень слабо связаны с этими распространенными заклинаниями. И касаются все больше работы в движении - где практически никаких  преимуществ перед другими орбитами у ГСО просто нет - все равно антенной непрерывно крутить надо. А там где не касаются рабоыт в движении - связаны скорее с тем, что ресурс на ГСО давно кончился и чтобы из него что-то еще выжать, да побольше - приходится очень сильно извращаться.

[mik73]

Развертывание можно начать с комплекта спутников на орбите "молния", это позволит начать предоставлять сервис "уровня ГСО".

Для предоставления сервиса спутник - это даже не полдела. Нужно создать оборудование для земных станций - без которого никакого сервиса не будет. Причем дешёвое желательно и пригодное для массовой установки. А это пожалуй посложнее, чем спутник запустить. Собственно, никому в мире, кроме Маска это пока для не-ГСО систем не удалось (и то ставится пользователям дешевле себестоимости).

У Одновеба абонентские станции - это то еще учудище, и по размеру, и по цене,  и их массового развертываняи как-то не наблюдается. У О3b что-то получается (со столь же монмтруозными станциями), но только  для сравнительно населенных местностей, локально покрытых хорошими наземными сетями.

[C-300-2]

И в чём же та проблема? Как уже неоднократно говорилось - ниже 70 градуса проблемы просто нет, за исключением очень небольшого количества мест, где направление на спутник оказывается закрыто местным рельефом или застройкой (но такое на любой широте вообще-то может случиться и случается), а ниже 75-й и даже 78-й - непредолимой прблемы тоже нет. Теперь смотрим на карту и думаем - а что у нас осталось выше 75-й -78-й широты?

А всё, что выше - закрывается связью с орбиты Молния.

[C-300-2]

А там где не касаются рабоыт в движении - связаны скорее с тем, что ресурс на ГСО давно кончился и чтобы из него что-то еще выжать, да побольше - приходится очень сильно извращаться.

Собственно, учитывая наши высокие широты орбиты типа Молния и Тундра - самое то.

[Alex-DX]

У одновеба спутники сидят на наклонении 86.4°, что создаёт избыточную плотность спутников в приполярных областях (где абонентов толком нет) и недостаточную - в экваториальных. Маск поступил хитрее. Львиная доля спутников старлинка сидит на наклонении 53° и только малая часть - на более высоких наклонениях. 53° выбрано из тех соображений, что на этой широте находится граница США и Канады (и выше в этих широтах тоже с абонентами негусто, только Аляска), поэтому выше ему забираться нет смысла (для России это наклонение конечно низковато)

У уанвеба фиксированные дн антенн, поэтому и такая орбита выбрана. 

[mik73]

А всё, что выше - закрывается связью с орбиты Молния.

А что (и главное кто) там выше-то остаётся? Разве что ЗФИ. Даже по СМП выше редко ходит.

Собственно, учитывая наши высокие широты орбиты типа Молния и Тундра - самое то.

Только вот с наземкой для них - непонянтно, валялся ли хоть какой-то конь. Та что есть (под "Меридианы" например) - ну точно не для массового использования.

[C-300-2]

ну точно не для массового использования.

А для массового использования интернет проведён уже во всякие гребеня.
https://yakutia.mk.ru/social/2023/09/02/samyy-severnyy-rayon-dalnego-vostoka-polnostyu-okhvachen-vysokoskorostnym-internetom.html

[C-300-2]

А что (и главное кто) там выше-то остаётся? Разве что ЗФИ. Даже по СМП выше редко ходит.

Ну вот северный морской путь на перспективу
Ещё где-то в северных широтах летает часть дальних авиационных рейсов.
Со временем - платформы какие буровые.
В общем, на всё это дело нескольких спутников ГСО и Молнии (ну, или Тундры) хватит.

[Max_Z]

У уанвеба фиксированные дн антенн, поэтому и такая орбита выбрана. 

Я создал эту тему для того, чтобы понять то, что мне ещё не понятно. 

Насколько я помню, у одновеба антенна фиксированно смотрит в Надир. И какая связь между такой антенной и выбором целевого наклонения спутника - мне не понятно. Поясните пожалуйста...

Что касается наземки - имхо почти все операторы отдают этот вопрос на аутсорс. И только Маск, один из немногих занялся этим вопросом сам. Может в этом всё дело? 

Даже механика, если делать это в хорошей серии, будет и недорогим, и надёжным решением.

Имхо я вижу наземный сегмент как тесную связь "космических связистов" и сотовиков.
На сотовой вышке можно поставить более дорогое оборудование, чем персональное (не надо гнаться за себестоимостью терминала в полтыщи баксов). А оборудование связи сотовая вышка - абонент уже сильно массовое и не представляет проблемы.

[Max_Z]

Продолжу.

Пока двигатели ракет космического назначения не имеют ресурса, измеряемого в мотоЧасах (сейчас это мотоМинуты), каждый блок системы должен учитывать габарит "двух лошадиных задниц". Однако перспективным видится не только ЖД доставка, но и доставка автомобильным транспортом. 

Всё это ограничивает диаметр блока в 4,1 м.

Следовательно космодром и посадочные площадки должны быть связаны ЖД и автодорогами между собой.

Для космодрома пока видится несколько перспективных точек:
1. Рядом с космодромом Плесецк. Плюсы - наличие развитой общекосмодромной инфраструктуры. 
2. Чуть восточнее, на трассе м8 Холмогоры.
3. Чуть западнее, 

Всё зависит от удобства расположения посадочных площадок.

[Max_Z]

МИК-ТУА-старт.

Горизонтальный вывоз. Полуавтоматический старт.
Всё связи РН-земля делаем через ТУА. В МИКе подсоединяем связи ТУА-РН, вывозим на старт, в горизонтальном положении РН подключаем связи ТУА-старт (можно вручную, так проще и надёжнее). После подключения связей освобождаем старт от персонала, поднимаем РН - заправка - старт.

По поводу ТУА - концептуально флаконовский близок к идеалу.

[Max_Z]

Количество ступеней и общий облик РН.

В связи с тем, что многоразовой ступени необходимо топливо на осуществление возвратных маневров, массовое совершенство ступени (на момент разделения блоков) не может быть удовлетворительным (у одноразовой ракеты оно при прочих равных будет заведомо лучше). Невысокое массовое совершенство может быть компенсировано большей ступенчатостью. Поэтому целесообразно использовать для моноблока концепцию "в три ступени на орбиту" ну или две ступени и довыведение разгонным блоком.

Тяжёлый вариант - забор a-la Falcon heavy.

При этом блоки не обязательно должны быть одинаковыми (даже допускаю, что левая и правая боковушки тяжёлого варианта могут быть разными по крепежу). Но должны изготавливаться на одном и том же оборудовании и с использованием одних и тех же решений. 

Двигатели также не обязаны быть одинаковыми, но использовать одно топливо и одну конструкционную схему должны.

[Asteroid]

приложений действительно критчиных к задержкам сигнала порядка 600 мс - раз-два и обчёлся

Вы только сисадминам и удалёнщикам об этом не говорите. Ну и про скорость соединений и потребную мощность сигнала для ГСО тоже не будем, ибо грустно за эти деньги.

[A.E]

Развертывание можно начать с комплекта спутников на орбите "молния", это позволит начать предоставлять сервис "уровня ГСО". И далее по мере развертывания низкоорбитальной группировки просто улучшать сервис до "нормального" уровня.

Или начать с улучшения "уровня ГСО" в РФ до "норманого", с телефонией, со сплошным покрытием ШПД отечественными терминалами для разных применений...

[A.E]

Есть ещё промежуточный вариант, устраняющий только сложность видимости спутника в высоких широтах - орбита Молния (63.4°).

Больше сложностей устраняет вариант на средней орбите...

[mik73]

Насколько я помню, у одновеба антенна фиксированно смотрит в Надир. И какая связь между такой антенной и выбором целевого наклонения спутника - мне не понятно. Поясните пожалуйста...

Нет. У Одновеба (как и у O3b) используются моторизованные зеркальные  антенны с сопровождением спутника. Причем антенн на земной станции нужно две - одна сопровождает спутник, с которым станция работает, другая тем временем наводится на второй, восходящий над горизонтом, с тем, чтобы работать через него когда первый зайдёт за горизонт.  Типично используются две антенны, аналогичные тем, что используются для работы через ГСО в движении. Стоимость станции - ну под сотню тыщ долларов оценочно. Ставятся в виде "одна станция на кучу абонентов" - например, на населенный пункт, а абонентам услуга раздается по наземным сетям - Wi-Fi, сотовым, радиорелейкам и т.п.

Есть решения и не базе ФАР, но они еще дороже. Собственно, у Маска то же самое по сути, только вместо механического сопровождения спутника используется многолучевая АФАр с электронным управлением лучом. И это тоже стоит не копеечку но он сумел наладить массовое производство и снизить стоимость такой штуки с десятков тыщ долл до единиц, а теперь, говорят, оно и дешевле  тыщи уже должно становиться.  Что уже позволяет массово  ставить их для индивидуального использования, как и станции для работы через ГСО  (для сравнения - типичная абонентская станция для широкополосного доступа через ГСО там у них стоит в районе $300). Причем текущая абонентская база Старлинка (уже изрядная) создана Масков "себе в убыток" (с точки зрения стоимости терминалов), чтобы начать формировать этот рынок, конкурируя с ШПД через ГСО.

Что касается наземки - имхо почти все операторы отдают этот вопрос на аутсорс. И только Маск, один из немногих занялся этим вопросом сам. Может в этом всё дело?

В чем в этом? Рынок связи через ГСО существует давно и на нём работает куча компаний, как операторов - в т.ч. независимых, которые только арендует частотный ресурс спутников, а услугу на них предоставляют сами, так и поставщиков наземного оборудования, которых тоже не то что много, но изрядно. И это хорошие миллионы абонентских установок -только VSAT и многие-многие миллионы установок ТВ-приёма. Ну и пропорционально - тысячи операторов. И там действительно спутники запускают одни, а абонентское и операторское оборудование производят другие. Но это складывалось десятилетиями и возможно именно за счет того, что владельцы спутников могут только предсосталять ресурс, а услуги связи на нем оказывает кто угодно - было бы желание и возможности.

Другое дело, что этот рынок чисто технологически, похоже, движется к насыщению (если ничего революционного опять не произоqдет). Последняя революция тут была в начале 2010-х - с появлением аппаратов типа HTS и соотвествующей наземной инфраструктуры, которая коренным образом отличается от "классической" модели предоставления частотного ресурса с ГСО - и эта технология тоже пока свою песню не отпела, Viasat, Hughes и Intelsat вовсю ее развивают. Но, что характерно, наземку для своих сетей Hughes и Viasat делают сами - благо у них наработан огромный опыт со времён "классического ГСО". И только потом другие производители наземки тоже на этот рынок подтянулись - поскольку и спутников по технологии HTS все больше.

А создатели и  владельцы низкоорбитальных систем - таких как O3b и Одновеб - действительно отдают создание наземки на аутсорс, тем же производителям, что уже имеют опыт создания систем для ГСО, но при этом её финансируют. И у низкоорбитальных систем есть одна особенность - предоставление через них услуг оправдано (с коммерческой точки зрения) только в глобально масштабе, поскольку зона покрытия хоть как - весь шарик. В отличие от ГСО, которые светят в ограниченные зоны. Т.е. по хорошему для Родины чудесной -  кроме ВЭО (которое по сути отличается от ГСО только тем, что его видно под большими углами места - но за это нужны  сложные антенные комплексы, сопровождающие аппарат) тут вообще вряд ли что-то может выстрелить. По крайней мере в существующей ситуации. Если только за госфинансирование планово-убыточно.

Ну и возвращаясь на просторы Родины чудесной - тут вообще всё гораздо иначе. Во-первых весь рынок установок VSAT (который теоретически мог бы быть заменен НОО или ВЭО системами - телевидение - наиболее массовая услуга через ГСО -  на таких системах предоставлять есть чистое безумие) - от силы сотня тысяч. И скорее сокращается, чем растёт (по крайней мере - не растёт).  Включая и широкополосный доступ к Интернету, и прочие применения.
Во-вторых российского оборудования среди этих установок - ну десяток, вряд ли два процентов, и даже  это - уже не российское оборудование, даже то, которое используется в России (его разработчик и производитель  пару лет назад куплена американских  Комтеком... формально это не вполне так, но де-факто так).  Так что рассчитывать на то, что его вдруг будут под какие-то российские  НОО и ВЭО допиливать - не приходится.
А другого наземного оборудования российского производства... существует, но для очень специальных нужд, для массового применения неприменимое как по возможностям, так и по цене, а попытки разработать что-то еще за много лет были неоднократно, но так ни к чему и не привели. Т.е. самостоятельно, за свои,  на коммерческой основе под классический ГСО Истар начал делаь это примерно в 2005, что-то сделал  в 2010, и к концу 2010-х  это стало очень хорошим и конкурентным на мировом рынке продуктом, в том числе и под HTS. Но его уже купили. А из "госфинансирования" - ну ничего не получается пока. Хотя не один год  и не один раз что-то пытаются. В Китае это тоже не купить - у них своего ничего такого нету. Покупают на мировом рынке (в том числе весьма активно тот UHP, который бывший российский Истар).
А в случае ВЭО или НОО кроме собственно связного оборудования еще и антенные системы нужно сделать.
Если еще кто-то найдётся, кто вложится в разработку такой системы "за свои" и расчетом на коммерческую окупаемость в светлом будущем (что выйдет не скоро, но без которого расчёта - вообще ничего не выйдет) - может что и получится, но есть большие сомнения что найдётся ("Бюро 1440" может быть? - почему-то сомневаюсь).

Даже механика, если делать это в хорошей серии, будет и недорогим, и надёжным решением.

Увы. Настолько недорогим, чтобы хоть как-от конкурировать с установками для ГСО - не будет. Поверьте на слово (собственно, непосредственный опыт имеется).  Это очень нишевое решение, от которого наоборот весь мир пытается уходить на АФАР, но в силу присущих им ограничений, тоже не так просто получается.

Имхо я вижу наземный сегмент как тесную связь "космических связистов" и сотовиков.

Есть такая тенденция. Собственно, O3b примерно по этому пути и идёт уже давно и более-менее успешно и Одновеб пытается. Но есть и тенденция выносить "базовые станции" (в кавычках, потому это не вполне они - но с точки зрения абонента по фиг) в космос - чем AST и тот же Маск уже занимаются.
А еще в наших конкретных условиях имеется все больший охват наземными сетями, даже в полных хребенях, и возникает такое ощущение, что спутниковая связь (не вещание) становится всё более нишевым (где-то даже маргинальным) решением, и на массовость (а следовательно дешевизну оборудования) рассчитывать ну никак не приходится. Что мне, как ею занимающемуся несколько больно, но таковы факты.

[Max_Z]

Или начать с улучшения "уровня ГСО" в РФ до "норманого", с телефонией, со сплошным покрытием ШПД отечественными терминалами для разных применений...

Как пишет уважаемый Сергей Пехтерев aka Vsatman рынок ГСО связи в данный момент имеет серьезные проблемы, и имеются признаки если не "умирания", то заката этой технологии. Естественно, ГСО связь не умрет полностью, но сужение областей применения уже имеется.

Кроме того, Маск показал, что гражданский Старлинк в условиях конфликтов средней интенсивности (если считать что высокая интенсивность это применение ЯО) заруливает военную ГСО связь в минуса. Военную ГСО связь "выключили" сразу, а вот с гражданским старлинком такой фокус не прошел.

Следовательно точно так же как и с навигацией, каждая великая держава должна иметь и свою систему низкоорбитальной связи.

Больше сложностей устраняет вариант на средней орбите...

тут всё зависит от количества спутников - на ГСО достаточно одного, на "молнии" - минимум трёх, на средней орбите счёт идёт уже на десятки, на низкой - сотни...

И в принципе если терминал будет иметь возможность работать со всеми группировками (хотя это и сложно) то можно развертывание делать последовательно: молния - средняя орбита - низкая орбита.

Плюс, что немаловажно, на низкой орбите фоточки получаются гораздо детальнее при прочих равных. -)