sont spécialement conçus pour le lancement de groupe avec deux piles de 30 satellites chacun sous le carénage d'une fusée Falcon 9 et ont des dimensions: longueur - 3,2 m, largeur - 1,6 m, hauteur - 0,2 m (taille estimée de la photo ci-dessous).
La photo montre la pose de satellites Starlink sous le carénage d'une fusée Falcon 9. Les antennes paraboliques pour une liaison de connexion avec des passerelles en bande Ka sont cerclées de rouge.
Les satellites Starlink au moment de la séparation du deuxième étage de la fusée Falcon 9. Les antennes paraboliques d'une ligne de communication d'alimentation avec des passerelles en bande Ka sont cerclées de bleu.
Ici, vous pouvez regarder une vidéo de la séparation des satellites de la fusée FALKON
Après avoir placé un groupe de satellites sur une orbite de référence (en règle générale, elle est de 280 km), les satellites ouvrent des batteries solaires, établissent le contact avec le centre de contrôle au sol et effectuent un contrôle de l'opérabilité et de l'absence de dommages lors de la séparation de la fusée, puis ils activent les moteurs de fusée électrique (ERE) sur krypton et commencent mouvement vers l'orbite de travail, qui prend 2-3 mois.
Au lancement, les panneaux solaires sont pliés comme un accordéon et comportent 12 segments, où le côté long de chaque segment est égal à la largeur du satellite (3,2 m)
Nous pouvons estimer les dimensions de chaque segment à 3 mx 0,8 m. Ainsi, la superficie totale du panneau solaire est de 12 x 3 x 0,8 = 28,8 m2.
En raison des pertes entre les cellules solaires et sur les bords (facteur de remplissage 0,9 ), cette valeur peut être arrondie à 26 m2.
Prenons la densité de flux de rayonnement solaire à 1300 W / m2, l'efficacité du panneau à 18%, et nous obtenons environ 6 kW de puissance électrique maximale (crête). (A titre de comparaison, les satellites "Express" sur la plateforme "Express -1000" pesant 1450 kg ont une capacité de batterie solaire d'environ 3 kW, mais c'est peut-être une valeur moyenne).
La puissance réelle dépend de la position des panneaux solaires par rapport au Soleil: l'incidence optimale des rayons sur le panneau est à angle droit.
Pour déplacer un satellite d'une orbite de référence de 280 km à une orbite de travail de 550 km et le maintenir dessus, des propulseurs à plasma ou ERE sont utilisés. Si nous partons d'EJE pour de petits satellites tels que le SPD-100 russe ou le BHT-1500 étranger, alors leur consommation d'énergie est d'environ 1,5 kW, et la poussée est de 100 mN, avec une impulsion spécifique de 1700-1800 secondes. L'EJE ressemble à ceci (voir la figure ci-dessous) et a des dimensions d'environ 20x20x15 cm.
Les EJE ont une réserve de krypton d'environ 5 à 10 kg, qui est remplie dans des ballons à haute pression. Cette marge permettra de soulever le satellite sur une orbite circulaire de 550 km, d'y maintenir le satellite pendant cinq ans, puis de changer l'orbite de circulaire à elliptique, faisant passer le périgée de 550 km à, disons, 250 km, où, en raison de la décélération du reste de l'atmosphère, le satellite suffit. décélérer et brûler rapidement.
La charge utile principale du satellite Starlink est constituée de 2 complexes d'antennes pour la communication avec les stations passerelles (passerelles) et les terminaux d'abonnés.
Les antennes complexes pour la communication avec les passerelles (ou ligne d'alimentation) sont des antennes paraboliques pointées pendant le vol vers le point de la Terre où se trouve la passerelle. La ligne d'alimentation fonctionne dans la bande Ka (18/30 MHz).
Comme il ressort du tableau, le satellite dispose de 2100 MHz dans le sens de la station passerelle vers le satellite et de 1300 MHz dans le sens opposé. En utilisant les deux options de polarisation (gauche et droite dans le cas de circulaire), cela permet d'utiliser un maximum de 4200 MHz de la passerelle vers le satellite et 2600 MHz dans le sens opposé pour la transmission du trafic.
Également à bord, 4 antennes carrées plates avec un réseau phasé - trois pour transmettre des informations du satellite au terminal d'abonné et une pour recevoir un signal du terminal.
Figure: Vue de quatre antennes carrées à réseau de phase en bande Ku avant et après le revêtement pour réduire la visibilité depuis le sol.
La communication entre le terminal de l'abonné et le satellite s'effectue dans la bande Ku, tandis que 2000 MHz peuvent être utilisés pour la transmission du satellite à l'abonné et seulement 500 MHz de l'abonné au satellite. Compte tenu des deux polarisations pour la transmission du trafic, le satellite positionne 4000 MHz vers le bas et reçoit à 1000 MHz.
Également à bord, il y a un ensemble d'équipements pour la liaison radio de commande et la transmission de télémétrie, utilisant respectivement 150 MHz dans les bandes Ka et Ku.
Le satellite Starlink est un répéteur et ne traite pas les informations: à bord, il ne change que la fréquence du signal reçu et son amplification. De plus, les satellites de la première génération n'ont pas de communication inter-satellites (ISL - Inter Satellite Link) et ne peuvent recevoir et transmettre des informations qu'à la Terre. Quatre stations terriennes sont déclarées comme stations TT&C (commande, contrôle, réception de télémétrie), y compris le téléport Brustner situé dans l'État de Washington. Le satellite Starlink est en vue de la station TT&C pendant cinq minutes au maximum, tandis que la quantité de données collectées à partir de la constellation était d'environ 5 To par jour en juin 2020, soit au moins 10 Go d'un satellite par jour.
Chaque satellite Starlink a environ 70 processeurs Linux séparés et environ 10 microcontrôleurs à bord.
Étant sur une orbite de 550 km, le satellite peut couvrir avec son signal un point sur la Terre d'un rayon de 950 km (c'est-à-dire d'un diamètre d'environ 1900 km), à condition que l'angle d'élévation du terminal d'abonné ne soit pas inférieur à 25 °. Notez que le fonctionnement efficace des antennes à réseau de phase plat est possible à un angle d'élévation de 40 ° ou plus.
Figure: Le rayon du champ de vision du satellite à un angle de 25 degrés, en fonction de sa hauteur.
| Orbite "a", km | 540 | 560 | 570 |
| Angle de déflexion max α (en degrés) | 56,7 | 56,4 | 56,3 |
| Zone de couverture "r", km | 926,8 | 954,6 | 968,4 |
Il est facile de calculer le nombre de satellites nécessaires pour assurer une couverture à 100% de la Terre entre les 50 parallèles nord et sud, à condition que le signal du satellite couvre tout le champ de vision du satellite sur Terre. La superficie de la Terre entre les 50 parallèles nord et sud est de 300,4 millions de mètres carrés. km (la surface totale du globe est de 510 millions de kilomètres carrés). Comme nous avons besoin d'une couverture à 100% sans espaces, les cercles de zone se chevaucheront et une couverture à 100% est assurée si nous n'utilisons que les «carrés» dans le cercle de la zone de lumière. Le côté d'un tel carré est L = D / √2
Ou, dans notre cas, L = 1356 km, et la superficie couverte par le carré est de 1,84 million de kilomètres carrés. Ainsi, seuls 164 satellites assureront une couverture à 100% de la Terre entre 50 parallèles nord et sud?
Alors, pourquoi Space X 1584 AES?
Et ici, nous devons parler d'un paramètre de tout système d'antenne comme le diagramme directionnel de l'antenne.
Le diagramme de rayonnement d'antenne est un paramètre d'antenne très important, et le critère de caractérisation ici est l'angle auquel la puissance du signal est 2 fois plus élevée (et en déciBels cela correspond à 3 dB) plus élevée.
L'angle du diagramme de rayonnement de l'antenne dépend de son diamètre (surface), du facteur d'utilisation de la surface (UUF) et de la fréquence du signal. Dans ce cas, l'instrumentation est déterminée par la distribution de l'amplitude du champ sur la surface de travail de l'antenne, la fuite de puissance au-delà des bords du miroir d'antenne et d'autres pertes. En plus du lobe principal du diagramme de rayonnement, l'antenne a également des lobes latéraux et un lobe arrière. Ces pétales sont secondaires et prennent l'énergie du pétale principal du DN. Lors de la conception d'antennes, le but est d'augmenter le rapport de l'énergie du lobe principal au premier (le plus grand) lobe latéral.
Plus le diamètre (surface) de l'antenne est grand, plus l'angle du diagramme de rayonnement est petit et plus son gain (Cus) est grand.
Alors, quels sont les diagrammes d'antenne StarLink? Pour un terminal d'abonné en 2020 dans des documents déposés auprès de la FCC, Space X a publié le tableau suivant:
Si nous nous concentrons sur le diamètre mentionné ci-dessus de la tache du faisceau au sol à 45 km, cela correspond à l'angle du diagramme de faisceau du satellite (de l'espace à la Terre) à 4,5 degrés (en s'écartant de la ligne du nadir, l'angle peut apparemment changer de 3 à 5 degrés, plus la ligne du nadir est éloignée, plus l'angle est grand), ce qui correspond bien aux paramètres d'une antenne plate de cette taille.
Le dépôt initial de SpaceX de 2016 indiquait que le faisceau aurait un diamètre de 45 km. (page 80 de l'annexe A de la partie technique du dépôt FCC de SpaceX en date du 15 novembre 2016).
Pour évaluer et visualiser la zone de couverture StarLink, supposons que l'angle du faisceau de l'antenne sur le satellite passe de 3,5 degrés (nadir) à 5,5 degrés au bord de la zone. Les calculs du diamètre de la zone de couverture montrent que le diamètre du faisceau correspondant à un angle de faisceau de 3,5 degrés directement sous le satellite sera de 34 km. À mesure que le faisceau s'écarte de la ligne du nadir, l'angle du diagramme de rayonnement augmente: selon les données SpaceX du tableau ci-dessus, il sera de 5,5 degrés pour le bord de la zone, tandis que le diamètre de la zone de couverture d'un faisceau sur Terre augmente et atteint environ 210 km à la périphérie de la zone de visibilité. AES avec un angle d'inclinaison de 25 degrés. Sur la base de cette géométrie et des caractéristiques des antennes satellites StarLink, la projection de ses rayons sur la Terre ressemblera à ceci:
Un satellite de cette manière peut théoriquement avoir jusqu'à 300 faisceaux de ce type dans sa zone de couverture. Voici une projection (vue du côté satellite) du champ de vision, dans laquelle les terminaux abonnés voient le satellite sous un angle d'élévation de 25 degrés.
<img src = "
" align = "center"> Le
nombre de faisceaux qui seront organisés sur le satellite StarLink ne peut pas être directement compris à partir des documents Space X, cependant, nous pouvons facilement déterminer le nombre maximum de faisceaux qui peuvent fonctionner dans la ligne de visée d'un satellite StaRLink en utilisant le fait que dans la bande Ku, il est impossible d'utiliser plus de mégahertz pour transmettre des informations du satellite au terminal d'abonné que dans la bande Ka pour la transmission sur la ligne d'alimentation de la passerelle au satellite - soit 4200 mégahertz dans le cas de l'utilisation des deux polarisations.
Ici, nous faisons l'hypothèse suivante que le satellite StarLink appartient au type "tuyau coudé", c'est-à-dire sans traitement d'informations à bord (c'est-à-dire sans démodulation du signal radio en paquets IP et sans les transmettre), c'est-à-dire que tous les satellites de communication modernes de taille beaucoup plus grande fonctionnent et durée de vie Jusqu'à présent, rien n'indique que le satellite StarLink de première génération puisse traiter des données.
Comme le montre le tableau des paramètres du terminal d'abonné (voir la section Terminal d'abonné StarLink), le canal satellite du satellite vers le terminal d'abonné a une largeur maximale de 240 MHz vers le bas et de 60 Mégahertz vers le haut vers le satellite. Dans une telle configuration, optimale du point de vue de l'efficacité d'utilisation de la ressource de fréquence dans la zone de couverture d'un satellite, pas plus de 16 faisceaux pourront fonctionner, qui utiliseront pleinement la ressource de fréquence de 4000 MHz disponible dans la bande Ku (en tenant compte des intervalles de garde et des fréquences pour la liaison radio de commande et la transmission de télémétrie) à en utilisant les deux polarisations lors de la transmission du satellite vers le terminal d'abonné.
A noter qu'une antenne parabolique est utilisée pour le faisceau d'alimentation en bande Ka, qui assure le «levage» du trafic Internet à bord du satellite. Afin d'assurer un débit maximal avec une bande de fréquences fixe disponible en bande Ka, il est nécessaire d'assurer le rapport signal / bruit maximal en augmentant la puissance du signal du satellite, et pour cela, il est nécessaire de réduire au maximum la zone de couverture sur Terre - dans les systèmes modernes, travaillant avec des satellites HTS, son diamètre est d'environ 100 kilomètres. Étant donné que les satellites StarLink sont à une altitude beaucoup plus basse que les satellites géostationnaires, le diamètre de la zone du faisceau d'alimentation peut être encore plus petit. Un avantage supplémentaire du spot étroit en bande Ka est que le signal satellite n'interfère pas avec d'autres systèmes en bande Ka sur Terre.
Le contrôle de la déviation du faisceau par rapport au nadir dans la zone de couverture sera une antenne phasée du satellite, qui pourra dévier le faisceau dans n'importe quelle direction (faisceau orientable) et même changer de forme (façonnable) selon l'application Space X à la FCC.
A une altitude de 550 km, le satellite se déplace à une vitesse telle que le temps de son vol dans la zone de visibilité du Terminal Abonné est de 4,1 minutes, soit environ 250 secondes. Si le système StarLink met en œuvre l'idéologie du temps de session maximum du satellite avec un groupe de terminaux situés dans la même zone et le nombre minimum de transfert du terminal à différents, alors cela est illustré par la figure suivante, dans laquelle le satellite contrôle son faisceau en l'installant sur un groupe de terminaux en une zone géographique.
Une autre option suppose que le faisceau sur le satellite est fixé dans une certaine position (angle d'inclinaison) par rapport à la Terre et que la tâche de l'antenne du terminal d'abonné est "d'entrer" dans ce faisceau. Cette option nécessite un très grand nombre de satellites, compte tenu du fait que le diagramme directionnel d'antenne du terminal d'abonné est également petit.
Le petit nombre de faisceaux à bord du satellite rend difficile pour Space X de couvrir 100% du territoire et donne une réponse à la question de savoir pourquoi Space X est obligé de lancer autant de satellites. Plus intéressant encore, ces mêmes calculs donnent la réponse pourquoi Space X est obligé de réduire l'angle d'élévation minimum de 40 degrés à 25 degrés, malgré le fait que cela réduit considérablement l'efficacité de son antenne à réseau de phase.
Le diamètre de la zone de visibilité AES avec un angle d'élévation allant jusqu'à 25 degrés à une hauteur AES de 550 km est d'environ 1900 km, la superficie de cette zone est de 2835 294 km2
Le tableau ci-dessous calcule le nombre de faisceaux de satellite nécessaires pour couvrir entièrement la zone visible du satellite à la surface de la Terre en dans un angle d'élévation supérieur à 25 degrés. Le diamètre de l'antenne du terminal d'abonné est pris à 48 cm.
| Angle d'élévation, degrés | Diamètre de la zone de faisceau, km | Surface du faisceau, km2 | Nombre de faisceaux pour une couverture complète de la zone | Surface d'antenne effective, m2 |
| 80 | 40 | 1 257 | 2 256 | 0,178 |
| 70 | 50 | 1964 | 1 444 | 0,170 |
| 60 | 60 | 2827 | 1 003 | 0,157 |
| 50 | 80 | 5027 | 564 | 0,138 |
| 40 | 130 | 13 273 | 214 | 0,116 |
| trente | 210 | 34636 | 82 | 0,090 |
Evidemment, du point de vue de la couverture de la zone maximale, il est plus efficace de travailler avec des faisceaux dirigés du satellite non pas vers le nadir (point sous-satellite), mais vers la périphérie de la zone de visibilité, malgré le fait que là la surface d'antenne effective (et donc son débit) diminue fortement ...
Il est également maintenant possible d'estimer le nombre de faisceaux, et donc le nombre de satellites requis pour une couverture à 100% de tout parallèle, par exemple le 50e parallèle de latitude nord (sa longueur est de 25740 km, où des tests bêta fermés sont actuellement
en cours . À un angle d'élévation légèrement inférieur à 40 degrés et d'un diamètre de faisceau de 160 km, la largeur garantie de la zone de couverture (la largeur est égale au côté du carré inscrit dans le cercle du faisceau) est de 113,5 km et correspond à 227 satellites visibles depuis le 50e parallèle sur toute sa longueur autour de la Terre.
La superficie de la surface terrestre entre les 53e parallèles est de 300,4 millions de km. Si nous prenons la zone de couverture effective d'un faisceau comme 113,5 sur 113,5 = 12876 km2, alors le nombre requis de faisceaux sera de 23330, et s'il y a 16 faisceaux sur un satellite, nous avons besoin d'au moins 1458 satellites pour une couverture complète, ce qui est très proche de 1584 annoncée par Space X pour la première phase de déploiement de StarLink.
Il devient également clair que la raison de l'apparition du mécanisme d'entraînement dans le terminal StarLink est précisément liée à la nécessité de faire pivoter l'antenne vers le satellite afin de fournir un angle plus ou moins décent entre le plan en phase et la direction vers le satellite à de petits angles d'élévation du terminal (idéalement 90 degrés).
La coordination et le contrôle globaux de l'ensemble du réseau de satellites, de passerelles et de terminaux d'abonnés sont assurés par le Network Operations Center - c'est la partie la plus inconnue, invisible et non divulguée du système Starlink.
La durée de vie du satellite Starlink sur une orbite de 550 km est d'environ 5 ans, après quoi l'approvisionnement du milieu de travail en krypton s'arrête, et le satellite soit sur commande abaisse son orbite vers des couches denses de l'atmosphère, soit, en cas de perte de communication avec la Terre, diminue progressivement, décéléré par les restes de l'atmosphère. et brûle (plus d'informations à ce sujet seront écrites dans la section sur les débris spatiaux).
Les satellites Starlink sont produits pour la première fois au monde en mode de production presque à grande échelle. Selon SpaceX, sa capacité de production est capable de produire jusqu'à 120 satellites Starlink par mois. A noter que le temps de production moyen d'un satellite de communication pour une orbite géostationnaire est désormais de 2-3 ans.
Sans aucun doute, un tel taux de production réduit considérablement le cycle de test et d'inspection, et nous notons également que pour économiser de l'argent dans le satellite, des composants et des composants moins chers sont utilisés, en particulier, le xénon coûteux est remplacé par du krypton beaucoup moins cher comme fluide de travail du PE.
Ainsi, la réduction des besoins en composants et du cycle d'essais au sol se traduit à la fois par la ressource et la fiabilité des satellites dont la conception est en cours de finalisation sur la base des résultats d'essais dans l'espace.
Le 13 septembre 2020), la fiabilité des satellites Starlink était caractérisée par le tableau suivant:
| Un type | Total lancé | Désorbité par ordre de la Terre | Désorbitation incontrôlée | Ne pas manœuvrer (probablement dans le désordre) | % restant en orbite |
| Version 0 (AES Tintin) | 2 (2018) | 2 | 0 | 0 | 0% |
| Version 1ISZ type 0.9 | 60 (2019) | Quatorze | 0 | huit | 63% |
| Version 2ISZ type 1.0 | 653 (de 2019 à nv) | 4 | 1 | huit | 98% |
Le 1er octobre 2020, Space X a publié de nouvelles informations, introduisant les concepts de "Dead" - perte de communication avec le satellite, et "non manoeuvrable" - panne de la télécommande. Voici à quoi ressemblait l'état de la constellation de satellites StarLink au 1er octobre.
Ensuite, nous parlerons de l'élément le plus complexe et le plus important du réseau Starlink - le complexe terrestre.