Революция в спутниковых технологиях означает, что на орбите есть рои космических аппаратов размером не больше буханки хлеба

Мини-спутник Superdove, производимый молодой компанией Planet, которая начала свою деятельность в Купертино, штат Калифорния, в 2010 году.

Лавина была ошеломляющим бедствием, 247 миллионов кубических футов ледникового льда и снега мчались вниз по тибетскому горному хребту со скоростью 185 миль в час. Девять человек и десятки животных были убиты в результате события, которое поразило ученых по всему миру. Чтобы понять, почему лавина сошла с такой силой, команда исследователей, изучающих изменение климата, изучила снимки, сделанные за несколько дней и недель до этого, и увидела, что во льду и снегу начали образовываться трещины. Затем, сканируя фотографии близлежащего ледника, они заметили образование похожих трещин, подняв тревогу, чтобы предупредить местные власти, что ледник вот-вот рухнет. Снимки ледников в 2016 году были получены с группировки спутников размером не больше обувной коробки, на орбите в 280 миль. Управляемые компанией Planet из Сан-Франциско, спутники, называемые Doves, весят чуть более 10 фунтов каждый и летают в «стаях», которые сегодня включают 175 спутников. Если один из них потерпит неудачу, компания заменит его, и по мере того, как становятся доступными солнечные батареи и камеры, компания обновляет свои спутники так же, как Apple представляет новый iPhone.

Революция в технологиях, которые трансформировали персональные компьютеры, поместили умные колонки в дома и породили эпоху искусственного интеллекта и машинного обучения, также трансформирует пространство. В то время как ракеты и исследования человека привлекают наибольшее внимание, тихая и часто упускаемая из виду трансформация произошла в том, как производятся и эксплуатируются спутники. Результатом является взрыв объемов данных и изображений с орбиты. Так же, как компьютеры уменьшились от гигантов размером с комнату до iPhone, который может поместиться в вашем кармане, спутники также резко миниатюризировались. Вместо того, чтобы быть размером с мусоровоз, стоимостью до 400 миллионов долларов, спутники теперь часто не больше, чем микроволновая печь или даже буханка хлеба. Они стоят меньше своих предшественников, всего 1 миллион долларов или меньше, и могут быть массово произведены на заводах или, в некоторых случаях, в гараже или классе колледжа.

Поскольку размер и стоимость спутников снизились, их количество резко возросло. Количество спутников в эксплуатации более чем удвоилось с 1 381 в 2015 году до 3 371 к концу прошлого года, по данным консалтинговой фирмы Bryce Space and Technology, которая отслеживает отрасль. По их данным, в 2011 году было запущено только 39 спутников, которые весили менее 1 322 фунтов, или 600 кг. К 2017 году их было 338, а к прошлому году, когда SpaceX начала размещать сотни своих Starlink, предназначенные для передачи Интернета в сельские районы, число подскочило до более чем 1 200. Отрасль готова продолжить свой быстрый рост, поскольку SpaceX и другие запускают группировки из тысяч спутников, предназначенных для обслуживания районов, не имеющих доступа к широкополосной связи. Невероятно уменьшившийся в размерах спутник породил менее дорогие ракеты, предназначенные специально для запуска партий небольших спутников. И конкуренция среди пусковых установок продолжает снижать стоимость доставки космического аппарата на орбиту.

Теперь отрасль привлекла внимание венчурных капиталистов, которые финансируют такие компании, как Planet и другие. В последнее время две спутниковые компании, Spire Global и Black Sky, стали публичными в результате слияния, известного как компания по приобретению специального назначения или SPAC. Компании по всему миру работают над разработкой малых спутников. Шведская компания AAC Clyde Space запустила 10 спутников, некоторые из которых известны как «кубсаты», из-за их небольших четырехдюймовых размеров, которые весят всего несколько фунтов. Как и Planet, он предлагает «космос как услугу», что означает, что люди могут покупать доступ к данным со своих спутников, не беспокоясь о запуске или строительстве космического корабля самостоятельно. «Вам не нужно заниматься тем, как проектировать спутники, следить за производством, заботиться о тестировании», — сказал Рольф Халленкройц, председатель правления компании. «Вы говорите кому-то: «Мне нужны такие данные». И мы предоставляем эти данные. Для нас это меняет игру, потому что позволяет нам обслуживать нескольких клиентов с одним и тем же созвездием спутников». Planet была основана в 2010 году тремя молодыми учеными и инженерами, которые работали в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине в том, что стало классической историей технологического стартапа: молодые парни, движимые идеализмом, работают допоздна в свое личное время и используют свои лучшие способности для создания собственных спутников, которые были бы меньше и дешевле. Да, они сделали это в гараже в Купертино, где находится штаб-квартира Apple. С тех пор Planet успешно запустила 452 спутника и встала в авангарде отрасли. Теперь в ней работает более 500 сотрудников, а общее количество активных пользователей растет в среднем на 40 процентов в год с 2018 года.

Сотрудники Planet в гараже в Купертино, штат Калифорния, где находится штаб-квартира Apple.

Спутники компании Planet вращаются вокруг земного шара по тщательно спроектированным орбитам, которые «линейно сканируют Землю» — делая точные фотографии суши, которые вместе создают изображение планеты каждый день. Это дает ученым и исследователям возможность взглянуть на условия на земле, чтобы они могли отслеживать изменения в лесах, прибрежных районах, судоходстве и сельскохозяйственных угодьях почти в режиме реального времени. Изображения могут помочь с безопасностью границ, отслеживанием беженцев и оказанием помощи в случае стихийных бедствий. Поскольку компания собрала обширный архив изображений, ее подписчики могут переместиться в прошлое, наблюдая, как оно изменилось — доступный для поиска временной промежуток истории Земли. «Фотографии не лгут», — сказал Уилл Маршалл, соучредитель и исполнительный директор Planet. Андреас Кааб, гляциолог из Университета Осло, обнаружил это, исследуя, что вызвало разрушительную лавину в Тибете. Он и другие ученые заметили, что «соседний ледник, похоже, также ведет себя странно», — сказал он в электронном письме. Они пытались связаться с местными властями в Тибете, проходя через контакты в Китае, чтобы предупредить их, что он также вот-вот рухнет. Но прошло около дня, прежде чем их сообщение дошло. К тому времени «ледник уже рухнул», сказал он. Никто не пострадал, но «случай показывает, что ежедневные изображения с высоким разрешением очень важны в управлении стихийными бедствиями, и они явно имеют потенциал для быстрого раннего предупреждения». Некоммерческая организация Amazon Conservation Association использует спутниковые снимки для мониторинга незаконных рубок и золотых приисков в Андской Амазонке. В прошлом они использовали традиционные правительственные спутники, которые делали снимки «каждые восемь дней, и если облачно, вам придется ждать еще восемь дней», — сказал Мэтт Файнер, директор по мониторингу Андского проекта Амазонки.

Эти изображения имели 30-метровое разрешение, что было приличным, но недостаточным, когда вы пытаетесь подсчитать деревья. Тогда Европейское космическое агентство запустило спутник с улучшенным разрешением, показав объекты 10 метров в поперечнике. Но спутники Planet были долгожданным улучшением, трехметровым разрешением и изображениями, которые доступны ежедневно. «Это мониторинг в режиме реального времени в масштабе часов или дней», — сказал Файнер. «Много раз мы смотрим на изображение сегодняшнего или вчерашнего дня».

Спутниковый снимок извержения вулкана в Исландии, сделанная спутником Planet. (Раздаточный материал)

Правительственные данные были бесплатными, а за снимки Planet группе пришлось заплатить абонентскую плату. Но это того стоило, сказал Файнер. «Мы говорим о скачкообразном улучшении визуальных и аналитических возможностей», — сказал он. И используя некоторые из спутников следующего поколения Planet, которые обеспечивают еще более высокие разрешения, «мы можем видеть отдельные деревья. Мы видим лесозаготовительные лагеря», - сказал он. Можно увидеть даже синие брезенты, которые шахтеры устанавливают в качестве самодельных крыш для защиты от дождя и солнца. Учитывая высокую стоимость спутников, традиционные операторы часто полагаются на проверенные технологии, которые, как они знают, надежны, но могут быть не самыми современными, сказал Маршалл. «Мы выбрали другой подход к риску», - сказал он. «У вас есть больше спутников, и, если некоторые из них потерпят неудачу, ничего страшного. Именно это позволяет нам брать новейшие технологии... и быстро итерировать».

Малые спутники дешевле запускать, что приводит к появлению новой модели небольших ракет, предназначенных для того, чтобы быть менее дорогими и запускаться по требованию. Rocket Lab, которая запускается из Новой Зеландии и вскоре с восточного побережья Вирджинии, является лидером на этом относительно новом рынке. Позже в этом году эта компания планирует запустить спутник размером с микроволновую печь на Луну. Спутник будет летать на той же орбите вокруг Луны, которую НАСА планирует использовать для космической станции под названием Gateway, которую он намерен там эксплуатировать. Другие ракетные компании быстро входят в рынок, в том числе Virgin Orbit, стартап, основанный Ричардом Брэнсоном. Вместо того, чтобы запускать свою ракету вертикально с площадки, компания привязывает свои ускорители к крылу самолета Boeing 747, который несет их на высоте 40 000 футов или около того. Ракета сбрасывается, затем запускает свои двигатели и выключается. Это дает компании возможность запускать практически везде, где есть взлетно-посадочная полоса.

Большая часть роста числа спутников на орбите была связана со SpaceX Илона Маска, которая запустила более 1000 своих спутников Starlink в прошлом году или около того. Компания намерена создать созвездие из тысяч других спутников, каждый весом около 550 фунтов, которые будут передавать Интернет в отдаленные и сельские места на Земле, которые не обслуживаются широкополосной связью. В конце прошлого года SpaceX получила 886 миллионов долларов от Федеральной комиссии по связи в рамках усилий по оказанию помощи в предоставлении интернет-услуг недостаточно обслуживаемым сообществам. Награды принесут «долгожданные новости миллионам не связанных между собой сельских американцев, которые слишком долго находились на неправильной стороне цифрового разрыва», — сказал тогда тогдашний председатель FCC Аджит Пай.

Несколько других компаний имеют аналогичные планы. OneWeb, которая недавно вышла из банкротства, имеет более 100 спутников на орбите и планирует запустить еще сотни. Представители компании заявляют, что могут построить спутник за день, а не за недели или месяцы, которые требуются для более крупных космических аппаратов. И они стоят около 1 миллиона долларов каждый, по сравнению с 150-400 миллионами долларов для более крупных спутников, которые живут на более отдаленных орбитах и способны находиться там годами. Amazon планирует запустить группировку, которую она называет Kuiper, которая выведет около 3 200 спутников. У Amazon есть время до 2026 года, чтобы запустить половину из них, чтобы сохранить свое одобрение от FCC. Но больше не нужны миллионы долларов, чтобы сделать и запустить спутник. Департамент образования спонсирует конкурс среди средних школ по всей стране по созданию прототипов кубсатов. Недавно он объявил о пяти финалистах, чьи предлагаемые проекты малых спутников определят, находятся ли лагеря бездомных в Калифорнии в районах высокого риска лесных пожаров, изучат различные способы поглощения тепла городскими и сельскими районами и определят, как рост населения города Северной Каролины влияет на «качество воздуха, землепользование и температуру». В Мичиганском университете инженерный класс профессора Брайана Гилкриста работал над созданием небольшого спутника, который будет тестировать использование магнитного поля Земли для движения. В случае успеха это позволило бы небольшим спутникам вращаться вокруг Земли без необходимости нести топливо, что позволило бы им оставаться в воздухе в течение более длительных периодов времени. «Никто из студентов, участвующих в этом проекте, никогда раньше не строил космический корабль», — сказал Гилкрист. Стоимость составляла от 500 000 до 600 000 долларов, частично оплаченных университетом и НАСА. Запчасти поступали от поставщиков почтовых услуг, в том числе от Amazon, сказал Гилкрист.