Будущее космических технологий

Наиболее примечательные технологии

Технологические достижения и уменьшение размера, веса и мощности спутников и ракет-носителей способствовали экономической эффективности, делая новые космические приложения экономически целесообразными.

Возросшая вычислительная мощность за счет использования технологии потребительских процессоров в распределенных спутниковых сетях для поддержки сбора данных с датчиков с все более высоким разрешением.

Описание технологий

1. Спутники.

1.1. Применение новых технологий.

Менее дорогие датчики с более высоким разрешением, которые ведут наблюдение (например, за Землей, планетами), обычно используя пассивное наблюдение в нескольких спектрах (например, оптический, инфракрасный) и активные датчики (через радар).

Менее дорогостоящие, более эффективные энергосистемы, использующие меньшие, легкие солнечные панели и более эффективные батареи, что позволяет небольшим (кубическим) спутникам иметь больше энергии.

Больше возможностей при меньшем размере, весе и мощности, что позволяет выполнять новые миссии.

1.2. Индустриализация сборки.

Модульная конструкция: производственный подход, позволяющий ускорить проектирование, разработку и сборку с помощью архитектур кубических спутников (построенных с использованием стандартных размеров, т. е. единиц 10 × 10 × 10 см), используемых в качестве расширяемых строительных блоков.

Переход от штучного изготовления к сборочной линии: в ответ на повышенный спрос (на увеличение группировок) и инвестиции в объекты, переход от единичного производства спутников к массовому производству.

Демократизация производства: снижение затрат благодаря новым производственным процессам, включая аддитивное производство и модульные конструкции, что позволяет выйти на рынок новым игрокам.

2. Архитектурный сдвиг. Переход в архитектуре от отдельных спутников геостационарной орбите к расширенным архитектурам на низких орбитах.

2.1. Группировка низкоорбитальных спутников (LEO - Low-Earth-orbit)

Спутники на низкой околоземной орбите, которые вращаются близко к атмосфере Земли (высота 300–2000 км).

Увеличение количества активных спутников с ~ 4100 в 2021 г. до ~ 2700 в 2020 г. с упором на мегагруппировки, использующие спутники меньшего размера.

Плюсы: более плотное покрытие и высокая пропускная способность по всему миру, меньшая задержка, более высокая гибкость и возможность пересмотра.

3. Коммуникации. Лазерная связь.

Лазерная связь позволит спутникам общаться, используя импульсы света для передачи данных.

Существует потенциал увеличения скорости передачи данных в 100–1000 раз по сравнению с традиционной радиочастотой.

Возможность направлять лазерное излучение в очень определенные места (как на спутники в космосе, так и на наземные станции на Земле), что уменьшает перекрытие покрытия и помехи.

4. Цифровые возможности. Граничные вычисления и ИИ.

С ростом числа запусков спутников и космических аппаратов для таких видов деятельности, как наблюдение Земли, будут собираться все большие объемы данных, что потребует периферийных вычислений.

Пограничные вычисления позволяют обрабатывать данные ближе к точке сбора в облаке, используя возможности искусственного интеллекта и машинного обучения, сокращая задержки и экономя пропускную способность для предоставления информации практически в реальном времени.

5. Исследование дальнего космоса. Ядерный двигатель

Ядерная тепловая/электрическая двигательная установка может перемещать космические корабли с более высокой скоростью на большие расстояния, что позволит исследовать дальний космос.

Технологические достижения оптимизируют производительность и надежность, а также повышают доступность, чтобы обеспечить частоту более частых запусков.

6. Операции. Обслуживание на орбите.

Заправка/модификация спутников: спутники заправляются или модифицируются прямо на орбите, чтобы продлить их срок службы, а также снизить затраты на замену.

Компания Orbit Fab разработала сквозную заправку топливом с помощью быстро подключаемого интерфейса перекачки жидкости (RAFTI).

Изменение положения орбиты включает в себя повышение орбиты или изменение наклона спутника.

Запуск космических объектов: повторное использование конструкций ракеты-носителя, двигателей и так далее в сочетании с технологическими достижениями (например, в области материаловедения, автоматизированного проектирования, трехмерной печати) и увеличением скорости запуска способствуют снижению эксплуатационных расходов.

Утилизация по окончании срока службы — это сброс космического мусора в атмосферу Земли для захоронения, что снижает риск столкновения.

Темы дебатов

1. Милитаризация космоса. Как лидеры могут определить права и нормы?

Правительства признают космос в качестве области боевых действий (например, помехи GPS, противоспутниковое оружие), о чем свидетельствуют недавние организационные изменения (например, космические команды, созданные во Франции, Японии, Великобритании, США).

2. Правовые конфликты между государствами. Как лидеры могут определить права собственности и доступа?

Ключевой потребностью сектора является достижение общего понимания прав доступа и использования собственности и ресурсов (например, точек Лагранжа, спектра и полезных ископаемых, обнаруженных в космосе); такие права могут помочь создать демократизированную систему, при которой все могут пользоваться преимуществами космоса.

3. Космический мусор и управление движением. Должна ли низкоорбитальная группировка иметь ограничения?

По мере того, как все больше компаний получают доступ к космосу, возникает обеспокоенность по поводу космического мусора, управления космическим движением и перегруженности (например, неопределенность в отношении того, с чем могут столкнуться около 27 000 обломков в космосе и когда).

Источник.
McKinsey Technology Trends Outlook 2022. August 2022. McKinsey analysis.