SpaceX завершает год с успешным запуском спутника GPS
Новая эра в GPS-навигации началась в воскресенье, когда ракета SpaceX Falcon 9 поднялась на орбиту со спутника Lockheed Martin, разработанного для передачи более мощных сигналов позиционирования, навигации и синхронизации по всему миру, предоставляя военным и гражданским пользователям более точные данные это более устойчиво к растущим угрозам помех.
Спутник, успешно запущенный в воскресенье — известный как GPS 3 SV01 и получивший прозвище «Веспуччи» в честь итальянского исследователя Америго Веспуччи — является первым в новом поколении навигационных станций GPS, разработанных с улучшенными услугами и более длительным сроком службы, чтобы гарантировать, что американская военная сеть остается доступной войскам, летчикам, морякам и общественности на десятилетия вперед.
Пусковая установка Falcon 9 высотой 229 футов взлетела со стартовой площадки комплекса Cape 40 Canaveral в 8:51 по восточному поясному времени (1351 по Гринвичу) в воскресенье после многочисленных задержек в течение последних пяти дней, включая обратный отсчет, остановленный SpaceX для исследования неисправности датчика в ракете. Первый этап и плохая погода на космодроме Флориды.
Но обратный отсчет в воскресенье, судя по всему, пошел по книге, и команда запуска SpaceX дала согласие загрузить суперохлажденный керосин и жидкие кислородные пропелленты в двухступенчатую ракету примерно за 35 минут до старта. В последние минуты обратного отсчета спутник GPS внутри носового обтекателя Falcon 9 был переключен на внутреннее питание от батареи, а компьютер с автоматическим секвенсором обратного отсчета ракеты термически кондиционировал главные двигатели ракеты-носителя, выполнил окончательную предпусковую проверку рулевого управления и поднял давление в баках топлива. взлет.
С помощью команды от бортового компьютера Falcon 9 в момент времени T-минус 3 секунды девять двигателей Merlin 1D вспыхнули у основания ракеты и привели Falcon 9 в ясное утреннее небо для грозного отъезда в праздничные выходные, который ознаменовал последний запуск с мыса Канаверал в календарном году с 1995 года.
«Счастливого Рождества, GPS», — заявил на старте член команды запуска SpaceX.
«Сокол-9» вылетел на северо-восток от космического побережья Флориды и получил 1,7 миллиона фунтов тяги при пожаре первой ступени, длившемся почти три минуты. Бустерный керосин отключился и отсоединился, чтобы упасть в Атлантический океан, когда единственный двигатель Merlin второй ступени загорелся для первого из двух ожогов, чтобы вывести новейший навигационный спутник GPS на свою целевую орбиту.
В отличие от самых последних миссий SpaceX, на первом этапе не предпринималась попытка приземления на воскресный рейс, потому что полезная нагрузка GPS требовала полной способности ракеты, не оставляя запаса топлива для ракеты-носителя, чтобы он мог вернуться на землю в целости и сохранности. Военно-воздушные силы решили добавить дополнительное топливо, чтобы придать космическому кораблю дополнительную «устойчивость» и, возможно, более длительный срок службы, а военные требуют, чтобы ракеты несли спутники национальной безопасности, чтобы по возможности вывести их с орбиты верхние ступени.
Эти требования в сумме привели к тому, что Falcon 9 потребовал больше топлива для основной миссии со спутником GPS. Прочитайте нашу предыдущую историю, чтобы узнать, почему SpaceX не восстановил первый этап воскресенья.
Ранее в этом месяце представители ВВС заявили журналистам, что последующие запуски Falcon 9 со спутниками GPS могут включать в себя посадки на первом этапе, но менеджеры не примут такое решение, прежде чем оценивать эффективность ракеты в воскресной миссии.
SpaceX предоставил в режиме реального времени бортовые камеры с верхней ступени, когда она поднималась от Земли, показывая кривизну горизонта планеты на фоне темноты космоса до того, как спутник GPS 3 SV01 отделился почти через два часа после взлета на высоте более 5400 миль (8700 километров).
«Запуск — это всегда грандиозное событие, особенно потому, что это первый спутник GPS своего поколения, запущенный в рамках первой космической миссии SpaceX по национальной безопасности», — сказал генерал-лейтенант Джон Томпсон, командующий Центром космических и ракетных систем ВВС и исполнительный директор программы ВВС по космосу. «По мере того, как все больше спутников GPS 3 присоединятся к созвездию, это обеспечит более качественное обслуживание при меньших затратах для технологии, которая теперь полностью вплетена в ткань любой современной цивилизации.
«Он поддерживает GPS золотой стандарт для определения местоположения, навигации и времени, предоставляя гарантированный доступ, когда и где это важно. Это событие было замковым камнем, но это не значит, что мы закончили. Мы собираемся запустить серию процедур для проверки и тестирования, чтобы убедиться, что все в функциях Vespucci в том виде, в каком оно было разработано », — сказал Томпсон в своем заявлении.
Американские военные данные отслеживания показали, что Falcon 9 разместил новый спутник GPS на орбите высотой от 740 миль (1191 км) до 12 550 миль (20 198 км) по высоте, при этом орбита наклонилась на 55 градусов к экваториальной плоскости.
Эти цифры были правильными для запуска, первого SpaceX с главной полезной нагрузкой национальной безопасности США, что стало важной вехой в многолетних усилиях компании по завоеванию популярности на рынке военных запусков.
Воскресный запуск стал вехой для SpaceX и ВВС
SpaceX запустил несколько миссий для клиентов национальной безопасности США, включая секретную полезную нагрузку для Национального разведывательного управления и космический самолет ВВС X-37B в 2017 году, но эти запуски были заказаны отдельно от Evolved Expendable Launch Vehicle ВВС, или EELV, программа. Семейство ракет SpaceX Falcon и ракетные парки Atlas и Delta, управляемые конкурирующим United Launch Alliance, в настоящее время сертифицированы военно-воздушными силами для участия в миссиях класса EELV, в которые входят самые дорогостоящие и высокоприоритетные спутники армии.
В 2015 году ВВС сертифицировали ракету Falcon 9 для космических запусков национальной безопасности после всесторонних проверок конструкции, надежности и характеристик автомобиля. Многолетний процесс был частично спровоцирован юридическими оспариванием основателем SpaceX Элоном Маском единоличным военно-воздушных сил. заключение контракта с ULA.
После получения ракеты Falcon 9, сертифицированной для запусков в целях национальной безопасности в 2015 году, SpaceX выиграла свой первый контракт на запуск GPS 3 в 2016 году, соглашение, которое, по заявлению ВВС, было оценено в 82,7 миллиона долларов. С тех пор ВВС заключили контракты с SpaceX на четыре дополнительных запуска спутников GPS 3-й серии в личных соревнованиях с ULA, которая была единственной компанией, сертифицированной для участия в запусках класса EELV в течение десятилетия.
Ракета Falcon Heavy от SpaceX была сертифицирована военно-воздушными силами в начале этого года после первого испытательного полета тяжелоатлета в феврале. ВВС уже заключили один контракт на запуск национальной безопасности для Falcon Heavy с тех пор, как он получил право на такие миссии, в то время как ULA выиграла три новых контракта на запуск в новую эру военных закупок на конкурентной основе.
Ракета ULA Delta 4 намечена на запуск второго космического корабля серии GPS 3 — по прозвищу «Магеллан» — следующим летом, сообщил Spaceflight Now представитель ВВС на прошлой неделе. Это на несколько месяцев позже запланированной даты запуска в апреле, сообщили источники из промахов, потому что военно-воздушные силы предпочитают завершить испытания GPS 3 SV01 в космосе, прежде чем приступить к запуску второй модели GPS 3.
Запуск спутника GPS 3 SV02 в следующем году ознаменует окончательный полет базовой конфигурации Delta 4 «с одним стержнем». ULA снимает с производства меньшие по размеру варианты Delta 4, но сохраняет трехтактный Delta 4-Heavy в эксплуатации, и в ближайшие несколько лет сосредоточит полеты на менее дорогой ракете Atlas 5, одновременно разрабатывая пусковую установку Vulcan следующего поколения с многоразовым использованием. Двигатели Blue Origin BE-4, которые в конечном итоге могут быть восстановлены.
По словам ВВС, третий космический корабль GPS 3-й серии, получивший крещение «Колумб», должен полететь на ракете Falcon 9 с мыса Канаверал в декабре 2019 года. Последующие запуски GPS планируются с интервалом в четыре с половиной месяца, но официальные лица примут решение о графике запуска, исходя из потребностей и состояния всей сети GPS, по словам представителя ВВС.
В общей сложности SpaceX выиграл контракты на запуск пяти из первых шести спутников GPS 3-й серии на ракетах Falcon 9. Компания Lockheed Martin заключает контракт на строительство до 32 спутников GPS 3, начиная с блока из 10 космических аппаратов, запланированных к запуску в начале-середине 2020-х годов, и заканчивая серией до 22 последующих спутников GPS 3F, запланированных на начать с 2026 года.
Представители ВВС заявили, что некоторые спутники GPS могут запускаться на ракетах Falcon 9 с ранее запущенными ракетами-носителями, которые владельцы коммерческих спутников и НАСА использовали для получения скидок на стоимость запуска. Полеты с ранее использованными ракетами также помогают облегчить бремя производственной линии и цепочки поставок SpaceX.
«Мы абсолютно уверены, что сможем сертифицировать ранее запущенные ракеты-носители», — сказал полковник Роберт Бонджови, директор Управления по запуску систем управления предприятием в Центре космических и ракетных систем ВВС. «Мы работаем с SpaceX, чтобы разобраться, что отличается, а что лучше, и на что нам следует обращать внимание, когда вы начнете работать с ранее запущенным оборудованием. У вас есть все возвращение, проверка и все такое. SpaceX имеет большой опыт в этом. Мы многому научились с ними, и мы пытаемся составить план, который на самом деле поможет нам научиться делать это, но это процесс. Мы собираемся пройти и сделать это очень осознанно, чтобы убедиться, что спутник вращается вокруг каждой ракеты-носителя, которую мы приобретаем ».
SpaceX запускал переработанные ракеты в орбитальных миссиях 18 раз, и все это успешно, подсчет, который включает пару ранее запущенных ракет-носителей на первом запуске ракеты Falcon Heavy в феврале.
Новый спутник GPS заменит 21-летний навигационный корабль
После запуска в воскресенье Локхид Мартин заявил, что наземные диспетчеры на заводе по запуску и проверке компании в Денвере установили контакт со спутником GPS 3 SV01, чтобы начать тестирование корабля на орбите, которое может длиться более года.
По словам Уитни, космический корабль GPS 3 SV01 должен достичь круговой орбиты на высоте флота GPS примерно через 10 дней после запуска. Планируется, что семь пусков основного двигателя спутника, работающего на жидком топливе, будут вращаться вокруг орбиты корабля на высоте 12 550 миль, после чего будут развернуты солнечные батареи и антенны спутника.
Как только он присоединится к остальной части созвездия GPS, новый спутник будет проходить от шести до девяти месяцев проверок, чтобы проверить работоспособность ключевых систем космического корабля и проверить функциональность его навигационных приборов, предоставленных корпорацией Harris. Другой этап тестирования для проверки По словам полковника Стива Уитни, директора Управления глобальных систем позиционирования Центра космических и ракетных систем ВВС, совместимость нового спутника GPS с остальной частью навигационной сети займет еще шесть-девять месяцев.
Когда GPS 3 SV01 будет готов к эксплуатационному обслуживанию, он заменит SVN 43 в плоскости F, слот 6 флота GPS. В настоящее время военно-воздушные силы эксплуатируют 31 спутник GPS, включая запасные, которые распределены между шестью орбитальными самолетами, чтобы обеспечить бесперебойное глобальное позиционирование, навигацию и синхронизацию для военных и гражданских пользователей.
SVN 43 пережил свой проектный срок в семь с половиной лет с момента его запуска в качестве спутника GPS 2R-2 на борту ракеты Delta 2 в июле 1997 года. Спутник GPS 3 SV01 будет известен пользователям GPS как SVN 74, когда он начинает работать, сказал Уитни.
«Эти спутники GPS 3 будут предоставлять модернизированные возможности и сигналы, которые в три раза точнее и в восемь раз мощнее, чем предыдущие поколения», — сказал Уитни. «Они также транслируют сигнал, совместимый с другими глобальными навигационными спутниковыми системами, что позволяет пользователям по всему миру получать и использовать сигналы из нескольких созвездий, что обеспечивает максимальную доступность и точность навигационных сигналов по всему миру».
Сеть GPS в настоящее время предоставляет пользователям оценки местоположения с точностью около 50 сантиметров или около 20 дюймов, сказал Уитни, предполагая, что приемники не борются с местностью, деревьями или зданиями.
Последний космический аппарат в предыдущей серии космических кораблей производства Боинга был запущен в 2016 году, и Уитни сказал, что флот GPS «остается здоровым, стабильным и надежным» с 31 активным спутником.
Первый запуск GPS 3 отстает от графика на четыре года
Военно-воздушные силы надеялись запустить первый спутник GPS-серии 3 в 2014 году, когда Пентагон одобрил полную разработку многомиллиардной программы в 2008 году, согласно отчету Управления по подотчетности правительства.
Чиновники обвиняли технические проблемы с навигационной полезной нагрузкой спутников в большей части четырехлетней задержки. По данным Harris Corp., навигационные полезные данные состоят из сверхточных атомных часов на рубидии, радиационно-стойких процессоров и мощных передатчиков L-диапазона.
Новые функции спутников GPS серии 3 включают в себя добавление четвертого гражданского сигнала L-диапазона — известного как L1C — предназначенного для взаимодействия с другими глобальными навигационными спутниковыми парками. Европейские навигационные спутниковые сети Galileo, Китай Beidou и Япония QZSS обеспечивают аналогичный сигнал, позволяя пользователям комбинировать навигационные данные со спутниками из разных парков, что позволяет получить более точную оценку местоположения.
Подобно тому, как большее количество спутников дает пользователям более точные оценки местоположения, укладка сигналов на разных частотах позволяет приемникам улавливать искажения, вызванные прохождением радиоволн через верхние слои атмосферы, что еще больше повышает точность GPS-навигации.
Согласно отчету GAO в прошлом году, причиной задержки GPS 3 стали проблемы с неисправными и поврежденными конденсаторами, компонентами, которые накапливают и выделяют электрические заряды в навигационной нагрузке спутников.
«По словам официальных лиц программы, каждый спутник имеет более 500 конденсаторов той же конструкции, что и неисправности», — говорится в отчете GAO в мае 2017 года для Конгресса.
Чиновники обнаружили, что субподрядчик, который поставлял конденсаторы, не соответствовал компонентам для использования в спутниках GPS. Затем инженеры аннулировали результаты проверки надежности деталей, прежде чем конденсаторы были окончательно признаны пригодными для спутников GPS.
Но GPS 3 SV01 все еще оснащен подозрительными конденсаторами, согласно GAO.
«Военно-воздушные силы решили взять на себя риск выхода из строя конденсатора и перейти к первому спутнику, как есть, с конденсаторами, в основном из сомнительной партии», — написал GAO в прошлом году. «Программа заменила подозрительные конденсаторы на втором и третьем спутниках, единственные другие спутники, которые имели подозрительные части».
GPS 3 приносит обновления в глобальный навигационный флот
Спутники GPS серии 3 рассчитаны на работу не менее 15 лет, а их передатчики повышенной мощности делают их навигационные сигналы менее восприимчивыми к помехам.
«Большие вещи, которые мы здесь увидим с GPS 3, мы увидим увеличение мощности», — сказал Уитни. «Мы наложили требование на создание более сильных сигналов, чтобы попытаться преодолеть некоторые из тех помех, которые мы видим, особенно на наших военных сигналах. Мы также наложили требование на повышение точности. Таким образом, пользователь в конечном итоге увидит это, когда он появится в сети. Мы добавили несколько дополнительных гражданских сигналов ».
Как и предыдущая линейка спутников GPS 2F, космический аппарат серии 3 GPS будет транслировать выделенный сигнал L5, предназначенный для поддержки воздушной навигации. Спутники GPS 3 также продолжают излучать зашифрованный навигационный сигнал военного класса, известный как М-код.
«Спутники GPS 3 также дадут полную возможность использовать М-код и повысят устойчивость к помехам для поддержки наших боевиков и союзников», — сказал Уитни.
М-код призван дать американским и союзным войскам преимущество на поле боя, позволяя спутникам GPS передавать более мощные, устойчивые к помехам сигналы в конкретные регионы. Это также может дать военным возможность нарушать или подавлять гражданские сигналы в конкретном регионе без ухудшения сигналов М-кода, что дает преимущество дружественным силам.
«Давным-давно существовала возможность для того, что мы называем выборочной доступностью, когда мы можем ухудшать или не показывать точный гражданский сигнал», — сказал он. «Эта возможность больше не существует в системе, но мы обратились к этому новому сигналу М-кода для наших военных пользователей, который имеет ту же частоту, но немного разделен по спектру. Это позволяет нам делать для них особые вещи ».
Даже с запуском первого спутника GPS 3 все обновления нового поколения навигационных спутников не будут доступны для военных и гражданских пользователей, пока разработчики не завершат работу над модернизированной системой наземного управления, чтобы использовать улучшения.
Raytheon отвечает за разработку сегмента оперативного управления следующего поколения. Предполагается, что система управления и контроля, более известная как OCX, будет стоить до 6 миллиардов долларов — на 2 миллиарда долларов и более сверх бюджета — и по крайней мере на пять лет отстает от графика. Полная версия OCX, известная как Блок 1, скорее всего, не будет готова до 2021 или 2022 года, и только тогда будет реализован полный потенциал спутников GPS 3, сообщил Уитни журналистам 14 декабря.
GAO обнаружил, что «неправильные решения о приеме данных и медленное распознавание проблем разработки» вызвали задержки в новой системе наземного командования и управления GPS, которая обратно совместима со старыми спутниками GPS и необходима для обработки военного сигнала М-кода и новый совместимый гражданский сигнал L1C. У ВВС есть начальная версия системы управления и контроля OCX, названная «Блок 0», готовая к запуску и проверке на орбите спутников GPS 3, и Уитни сказал, что ВВС работают над временным обновлением существующего Система управления GPS позволяет сигналу М-кода начать испытания с военными подразделениями в 2020 году, через 15 лет после запуска первого спутника с М-кодом.
Законодатели и GAO также выразили обеспокоенность по поводу готовности пользовательских приемников, приспособленных для обработки сигнала M-кода, и каждая новая возможность GPS будет иметь глобальный охват только тогда, когда она развернута на 24 спутниках.
«Возможность полного М-кода, которая включает в себя как возможность транслировать сигнал через спутники, так и наземную систему и пользовательское оборудование для приема сигнала, займет не менее десяти лет, как только службы смогут развернуть MGUE (военное пользовательское оборудование GPS) приемники в достаточном количестве », — пишет GAO в обзоре программы GPS 3 в прошлом году.
Несмотря на задержки и технические трудности, все больше пользователей, чем когда-либо, полагаются на спутники GPS, и охват сети распространяется по всему миру, проникая во многие аспекты жизни общества и миллиарды жизней, с приложениями, начиная от банковских операций и заканчивая онлайн-знакомствами.
«Для гражданских пользователей GPS стал основой для создания и внедрения инноваций», — сказал Джонатон Колдуэлл, вице-президент Lockheed Martin по навигационным системам. «Я не думаю, что пять лет назад люди думали, что у вас есть приложения для езды на велосипеде, или вы сможете взять скутер и по-разному передвигаться по некоторым крупным городам. Вы не увидите продуктивности в самом сердце Америки без появившихся инноваций в сельском хозяйстве.
«Мир быстро меняется», — сказал Колдуэлл. «Мы говорим об автономных автомобилях. Как мы можем быть более экономичными с самолетами, с автомобилями? Как мы можем быть лучшими хранителями нашей окружающей среды? GPS и эти новые расширенные возможности дают людям возможность заниматься творчеством и быть инновационными ».
В этом году SpaceX запустил 21 ракету
С запуском GPS в воскресенье SpaceX завершил 2018 год своим 21-м успешным полетом в году, побив рекорд самой высокой годовой скорости запуска компании, ранее установленной в прошлом году (18).
Запуски в этом году включали шесть миссий с базы ВВС Ванденберг в Калифорнии и 15 с Космического побережья Флориды — 12 с площадки 40 на станции ВВС Кейп-Канаверал и три с площадки 39А рядом с Космическим центром Кеннеди НАСА.
Главным событием года для SpaceX стал первый испытательный полет ракеты Falcon Heavy, выполненный путем объединения трех ракет-ускорителей Falcon 9 для создания более 5 миллионов фунтов тяги. Дебют Falcon Heavy 6 февраля отправил родстер Тесла из коллекции Маск в солнечную систему по траектории, которая простирается от Солнца дальше, чем орбита Марса.
SpaceX запустил три миссии по доставке на Международную космическую станцию, три миссии по выводу спутников связи Iridium на орбиту и восемь полетов с геостационарной полезной нагрузкой. В других миссиях в 2018 году был запущен спутник НАСА Transiting Exoplanet Survey — обсерватория, построенная для обнаружения планет вокруг других звезд — и спутники наблюдения Земли для Испании и Аргентины.
SpaceX планирует около 18 запусков в следующем году, по словам Ханса Кенигсманна, вице-президента компании по надежности сборки и полета. Крупные запуски в следующем году включают в себя первые два испытательных полета капсулы SpaceX Crew Dragon, получившей оценку человека, с астронавтами, которые отправятся на космическом корабле на Международную космическую станцию уже в середине 2019 года.
Расписание запуска компании на 2019 год должно начаться 7 января с запуска ракеты Falcon 9 и партии 10 спутников Iridium следующего поколения для передачи голоса и данных с авиабазы Ванденберг, штат Калифорния.
