10 технологических трендов, которые повлияют на спутниковую отрасль в 2024 году

Определенные технологические тенденции из года в год остаются мощными движущими силами в космической сфере – это искусственный интеллект, возможности ракет-носителей и инициативы по уменьшению размеров, массы и потребляемой мощности (size, weight, and power/ SWaP). Достижения в этих областях открывают возможности для прогресса усилий, связанных с предупреждением образования космического мусора, навигацией без использования GPS и мультиорбитальными группировками.

Лидеры и аналитики космической отрасли рассказали изданию Via Satellite о 10 важных тенденциях, как на макроуровне, так и на уровне отдельных технологий, которые должны повлиять на отрасль в 2024 году.

Изменение климата как катализатор технологий ДЗЗ

Рынок технологий спутникового дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в основном ориентирован на государственных и военных потребителей, а также на некоторые более крупные сектора экономики, такие как нефтегазовый. Но растущая обеспокоенность последствиями изменения климата и усилия по их смягчению, такие как нормы устойчивого развития, поддержат внедрение новых спутниковых технологий ДЗЗ, включая гиперспектральные, инфракрасные, микроволновые датчики и мониторинг парниковых газов, говорит Клод Руссо (Claude Rousseau), директор по исследованиям в NSR.

ДЗЗ-компании предлагают новые продукты, нацеленные на ключевые инициативы в области изменения климата. В ноябре компания Planet запустила услугу предоставления глобального набора изображений с разрешением 30 метров под названием Forest Carbon Diligence (Углеродный анализ лесов), а в 2024 году планирует выпустить версию с разрешением 3 метра. Тем временем Всемирный фонд дикой природы (WWF), традиционно не очень известный как крупный пользователь космических технологий, начал использовать данные спутникового ДЗЗ для отслеживания биоразнообразия и обезлесения.

Более того, сектор ДЗЗ оказался в центре внимания мировой общественности после начала СВО России на Украине и еще больше после нападения ХАМАС на Израиль в октябре 2023 года и ответных бомбардировок Тель-Авивом Палестины.

Связь спутник-смартфон и роль 3GPP

Спутниковые и сотовые операторы по всему миру изучают потенциал технологии "спутник-смартфон", которую некоторые аналитики считают одной из самых больших возможностей в истории спутниковой связи. Производители смартфонов - от Apple до Huawei - внедрили услуги экстренного обмена сообщениями через спутник в свои последние модели. Тем временем Starlink планирует начать предлагать услугу передачи текстовых сообщений в рамках своей инициативы Direct to Cell в 2024 году, а в 2025 году - услуги передачи данных и голосовой связи. Даже Космические силы США опубликовали Запросы на предложения по организации таких услуг для военных пользователей.

На этом пути были некоторые сбои: Qualcomm и Iridium объявили в ноябре, что они расторгают свое партнерство по организации прямой спутниковой связи с пользовательскими устройствами, причиной этого аналитики называют как высокую стоимость, так и отсутствие технологических стандартов.

Орган по стандартизации мобильной связи 3GPP будет все чаще становиться ориентиром для спутниковых стандартов по мере появления на рынке технологий прямого подключения спутника к сотовой сети, говорит Льюк Палерм (Lluc Palerm), главный аналитик NSR. Стандарт сотовой связи Релиз-17 3GPP, выпущенный в 2022 году, впервые включил в себя неназемные (спутниковые) сети. Это дало спутниковой отрасли первые технические спецификации для интегрированной передачи данных 5G напрямую к устройству через спутник и позволило развивать узкополосные сервисы и Интернет вещей через спутник.

"Влияние 3GPP будет только расширяться по мере того, как прямой доступ эволюционирует в сторону широкополосных услуг и распространяется на более высокие диапазоны частот", - говорит Палерм.

Мультиорбитальные группировки, поддерживаемые обработкой данных на борту

В последние годы скорость обработки данных непосредственно на борту спутника резко возросла благодаря постоянно обновляемым технологиям искусственного интеллекта и машинного обучения (AI/ML), которые помогают обрабатывать огромные объемы информации ДЗЗ, снижать задержку сигнала и предоставлять данные с более высоким разрешением.

Эти достижения станут ключевым фактором для создания мультиорбитальных группировок, которые могут включать любой "микс" из трех основных орбит, а также окололунную орбиту, для расширения возможностей подключения и охвата ДЗЗ. Операторы геостационарных спутников в течение многих лет обсуждали потенциал мультиорбитальных спутниковых услуг, а теперь эта концепция демонстрируется и предлагается клиентам.

Гибридные орбиты станут более жизнеспособными к 2024 году, поскольку компании и правительства ищут устойчивые спутниковые архитектуры во все более перегруженной и конкурентной космической среде. "Люди понимают, что разные орбиты являются более мощным инструментом ситуационной осведомленности", - говорит Билл Гаттл (Bill Gattle), генеральный директор LightRidge Solutions, компании, финансируемой частным капиталом, производящей авиационные и космические датчики для защиты от атак на орбите для сектора национальной безопасности.

Развёртывание низкоорбитальных мегагруппировок продолжается

Оставшаяся часть этого десятилетия должна стать "переломным периодом для спутниковой связи", поскольку несколько планируемых низкоорбитальных мегагруппировок развёртывают и стимулируют представление своих услуг, отмечает Брук Стоукс (Brooke Stokes), партнер McKinsey Aerospace & Defense.

Три года назад предложение Агентства космического развития (SDA) о запуске многослойной сети военных низкоорбитальных спутников многими в мире спутниковой связи было расценено как неудачное. Но через короткий промежуток времени, прошедший с тех пор, сегодня отрасль наблюдают сдвиг в области миссий национальной безопасности в сторону внедрения дезагрегированной мега - LEO концепции, подкрепленной несколькими миллиардами долларов финансирования НИОКР, прототипирования и запуска систем для такой архитектуры. По словам Сары Шеллпфеффер (Sarah Schellpfeffer), вице-президента и технического директора Northrop Grumman Space Systems, этот сдвиг побуждает производителей спутников решать проблемы сетевого взаимодействия на орбите и использовать коммерческие технологии и мощности для обеспечения быстрых сроков производства, которые требует SDA.

Достижения в области безопасных сетевых технологий станут ключом к успеху будущей архитектуры SDA. Директор агентства Дерек Турнеар (Derek Tournear) с нетерпением ожидает появления следующих поколений высоконадёжных интернет-протоколов шифрования и многоуровневой обработки, "необходимых для обеспечения безопасной доставки данных миссии на тактический рубеж с низкой задержкой сигнала и высокой пропускной способностью" на основе Военной космической мега архитектуры (Proliferated Warfighter Space Architecture, PWSA). Эти устройства также должны будут поддерживать взаимодействие не только между спутниками PWSA на орбите, но и возможности и данные, предоставляемые коммерческими провайдерами-партнерами миссии.

Производство в космосе

Все большее число компаний, как коммерческих, так и государственных, рассматривают производство в космосе как будущее для разработки критически важных компонентов для компьютеров и фармакологии, при этом количество патентов со словом "микрогравитация" в названии или аннотации увеличилось с 21 в 2000 году до 155 в 2020 году, согласно данным McKinsey.

Британская компания Space Forge продвигается вперед к созданию первого в космосе производства критически важных полупроводниковых подложек, в результате чего будет обеспечена их превосходная производительность и уменьшится количество дефектов по сравнению с теми, которые производятся на Земле.

Как и в случае с технологиями ДЗЗ, глобальный климатический кризис поможет создать бизнес-обоснование для производства за пределами Земли, поскольку у него есть потенциал смягчить воздействие производства на климат, говорит Эндрю Парлок (Andrew Parlock), управляющий директор Space Forge US. Компания утверждает, что ее производство в космосе приведет к сокращению потребления энергии на 60% и сократит выбросы CO2 на 15 тонн.

Индустриализация производства спутников

Индустрия спутниковой связи дала большие обещания в масштабировании группировок в ближайшие несколько лет. "Мы уделяем пристальное внимание способностям компаний повышать эффективность производства, будь то тысячи спутников, оптических терминалов, солнечных панелей или ракет", - говорит Стоукс из McKinsey. "Это включает в себя модульное проектирование и внедрение новых производственных процессов".

Достижения в области технологий, включая 3D-печать и цифровые двойники, будут по-прежнему помогать производителям оптимизировать конструкции спутников, в то время как улучшения в вычислительной мощности, хранении данных, технологии камер, миниатюризации и других системах помогают создавать спутники, которые дешевле в изготовлении, проще в запуске и в устранении неполадок.

Чтобы расширить производство, бельгийский производитель Aerospacelab закупает компоненты, предназначенные для автомобильной промышленности (например, магнитные датчики), и "повышает их квалификацию", адаптируя их для радиационной обстановки в космосе.

Это означает, что компания не ограничивается узкой цепочкой поставщиков электрических, электронных и электромеханических компонентов, говорит Тина Гатаоре (Tina Ghataore), генеральный директор американского филиала компании Aerospacelab Inc.

По наблюдениям Гатаоре, с появлением все более распространенных архитектур LEO производители спутников постепенно отходят от кубсатов размерности 16U. Поскольку компании намерены внести свой вклад в развитие PWSA и коммерческих сетей широкополосной связи SDA, производители переходят к более крупным спутниковым платформам, которые могут быть адаптированы к разнообразным потребностям миссий.

"Мы не заставляем полезные нагрузки помещаться на платформе; мы оборачиваем платформу вокруг полезной нагрузки", - говорит Гатаоре. "Мощность является движущей силой взаимного соответствия спутников и ракет-носителей".

Борьба с космическим мусором привлекает внимание правительства США

Представители Космических сил США предупредили о все более сложном характере отслеживания орбитального мусора, поскольку растущее количество спутников на орбите вызывает опасения по поводу того, куда они все денутся в конце срока службы. И хотя геостационарные спутники традиционно уводятся на орбиты захоронения, а низкоорбитальные спутники должны сгорать в атмосфере Земли, необходимо сделать больше для изучения мер по предотвращению образования космического мусора для среднеорбитальных систем, говорят заинтересованные стороны.

Правительство США проявляет свой интерес к борьбе с космическим мусором через множество организаций. Военно-воздушные силы инвестируют в технологию активного удаления мусора в рамках инициативы SPACEWERX Orbital Prime, недавно выделив стартапу Kall Morris Int. (KMI) $4,75 млн на его дальнейшую коммерциализацию и развитие технологий. В начале ноября Сенат США принял Закон об орбитах, в случае принятия которого будет запущена программа, направленная на предотвращение образования космического мусора, и будут установлены стандарты по орбитальному мусору. Закон о коммерческом космосе от 2023 года, представленный в том же месяце Палатой представителей республиканцев, также требует, чтобы любая миссия США включала стратегию предотвращения образования космического мусора.

Технологии для поддержки устойчивых космических операций

Наряду с предотвращением образования космического мусора операторы и производители спутников проявляют повышенный интерес к устойчивости космических систем с помощью технологии обслуживания в космосе, которая может продлить срок службы спутников.

"Поскольку космос становится все более перегруженным, а наши космические активы сталкиваются с повышенным риском столкновений, десятилетний цикл запуска спутников, списания и повторного запуска является небезопасной, неэкономичной и неустойчивой моделью будущего космоса", - говорит Шеллпфеффер из Northrop Grumman.

В настоящее время у Northrop Grumman на орбите находятся два аппарата продления миссии, а также запланированы к запуску модули продления миссии, все они предназначены для продления срока службы спутников, которые были спроектированы без специально подготовленных для обслуживания интерфейсов. В будущем новые спутники могут быть оснащены интерфейсами или подключаемыми портами, что идеально подходит для дозаправки, питания и модернизации, отмечает она.

По словам Мелиссы Куинн (Melissa Quinn), генерального менеджера Seradata, аэрокосмической компании Slingshot, в настоящее время все большее число спутников оснащается электрическими двигателями. Бортовая двигательная установка предоставляет спутниковым операторам "новый инструмент для обеспечения безопасности своих космических аппаратов во время полета и устойчивого снижения их орбиты в конце срока службы", – говорит она.

Навигационные технологии с отказом от GPS

GPS, абсолютно вездесущий и незаменимый в нашем современном мире, стал чрезвычайно уязвимым в эпоху спутниковых помех и спуфинга. Поскольку китайская навигационная спутниковая система BeiDou (GNSS) достигла глобального охвата в 2020 году, Пекин поощряет иностранные государства внедрять его систему для гражданского использования. Китайские отчеты указывают, что продукция BeiDou по состоянию на 2022 год использовалась в более чем 120 странах.

По мере того как Министерство обороны США и другие оборонные ведомства разрабатывают оружие и авиационные системы следующего поколения, датчики, которые могут обеспечить точность и наведение в условиях отсутствия GPS, будут становиться все более важными. Акселератор оборонных инноваций NATO для Северной Атлантики (Defense Innovation Accelerator for the North Atlantic, DIANA), созданный в 2022 году, назвал среду с отказом от GPS ключевым технологическим целью, которую он стремится достичь, используя сотрудничество со стартапами, работающими с двойными технологиями, и нетрадиционными игроками во всех своих странах-членах.

Многие лидеры в области архитектуры разрабатывают или рассматривают альтернативный GPS маршрут или передачу синхронизирующих сигналов внутри группировки, используя как наземные, так и космические методы, или их комбинацию, отмечает Lightridge's Gattle. Достижения в области искусственного интеллекта и машинного обучения, наряду с использованием 3D-картографии и бортовых датчиков, могут помочь добиться успехов в этом секторе в 2024 году. Такие компании, как Saab и Maxar, внедряют новые навигационные системы свободные от GPS, сочетающие в себе бортовые электрооптические датчики, алгоритмы, управляемые искусственным интеллектом, системы навигации по местности и 3D-базы данных, позволяющие пилотам ориентироваться без использования какого-либо сигнала GPS.

Хотя, возможно, это парадоксальная тенденция для спутниковой индустрии, способность осуществлять деятельность в условиях, когда сигнал GPS недоступен, по-прежнему будет национальным приоритетом.

Ужесточение бюджетных условий благодаря политике США и мировой политике

На спутниковые технологии в 2024 году, несомненно, повлияют продолжающиеся и усиливающиеся конфликты по всему миру, а также политика правительства США. На момент написания этой статьи бюджеты США на 2024 финансовый год остаются ограниченными из-за одобренной в ноябре резолюции о продолжении финансирования текущих государственных расходов до нового года на период до принятия Закона о бюджетных ассигнованиях. В то время как такие резолюции всегда вызывают головную боль у специалистов по планированию бюджета, у Космических сил США, в частности, связаны руки, поскольку в 2024 году они планировали увеличить свои расходы на закупки на 13,5% и выделили несколько миллиардов долларов на программу PWSA SDA, а также на следующий этап программ пусковых услуг National Security Space Launch (NSSL/ Космический запуск для национальной безопасности).

Американским космическим операторам, особенно в военном сегменте, следует подготовиться к жестким финансовым ограничениям и сокращению бюджетов в 2024 году и далее, говорит Чарльз Бимз (Charles Beames), исполнительный председатель York Space Systems, полковник ВВС США в отставке и чиновник Пентагона. Руководители ведомств, в том числе министр ВВС ША Фрэнк Кендалл (Frank Kendall) и помощник министра ВВС США по освоению космического пространства и интеграции Фрэнк Калвелли (Frank Calvelli), призвали увеличить количество контрактов с фиксированной ценой и установить предельные цены на единицу спутникового ресурса, чтобы снизить затраты.