ยานอวกาศทะเลทรายโซโนรัน

หลังจากสัญญาที่ล้มเหลวและการเริ่มต้นที่ผิดพลาดมานานหลายทศวรรษ ในที่สุดเราก็มีอุตสาหกรรมการปล่อยยานอวกาศที่เฟื่องฟูซึ่งเกิดขึ้นจากผู้เล่นใหม่และผู้เล่นดั้งเดิมในสหรัฐอเมริกาและต่างประเทศ ผู้ให้บริการดาวเทียมหลายราย—รวมถึง Google, SpaceX, Amazon, Iridium และอื่นๆ—มีงบประมาณในการพัฒนากลุ่มดาวบริวารขนาดเล็กหลายร้อยหรือหลายพันดวงในวงโคจรระดับต่ำของโลก ซัพพลายเออร์รถปล่อยแบบดั้งเดิมเช่น United Launch Alliance (บริษัทร่วมทุนของ Boeing และ Lockheed Martin) และ OrbitalATK (ที่ Northrop Grumman เข้าซื้อกิจการ) กำลังเพิ่มจังหวะการดำเนินงานในขณะที่นำเสนอยานพาหนะเปิดตัวใหม่ทางออนไลน์ และบริษัทเปิดตัวนวัตกรรม "NewSpace" ก็ดูเหมือนจะเกิดขึ้นทุกวัน ตั้งแต่ยักษ์ใหญ่อย่าง SpaceX และ Blue Origin (Jeff Bezos) ไปจนถึงสตาร์ทอัพที่ได้รับทุนสนับสนุน เช่น RocketLab/Electron, Firefly และ Relativity Space 

ตรงกันข้ามกับโมเดลประวัติศาสตร์ของ NASA ที่มีตัวเร่งความเร็วเพียงตัวเดียว (ดาวเสาร์ จากนั้นเป็น Shuttle ตอนนี้ SLS) เพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกทั้งหมด เราเห็นการระเบิดของวิวัฒนาการของขนาด Booster ที่แตกต่างกันเพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุก วงโคจร และภารกิจที่แตกต่างกัน SpaceX และ Blue Origin ได้ยึดครองพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีจรวดขนาดใหญ่แสดงให้เห็นหรืออยู่ระหว่างการพัฒนาที่เทียบได้กับดาวเสาร์ V ซึ่งส่งนักบินอวกาศไปยังดวงจันทร์ ในอีกด้านหนึ่ง บริษัทหลายแห่งกำลังแข่งขันกันที่จะครองตลาดเกิดใหม่สำหรับเครื่องยิงจรวดขนาดเล็ก ต้นทุนต่ำ และตอบสนองอย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถรองรับน้ำหนักบรรทุกในเชิงพาณิชย์หรือทางวิทยาศาสตร์ได้ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยกิโลกรัมสำหรับค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่าซัพพลายเออร์แบบเดิมมาก ในขณะที่เสนอราคาที่คล่องตัว การตอบสนองที่ไม่สามารถจับคู่โดยดีเด่นขนาดใหญ่

ข้อกำหนดการเปิดตัวของวงโคจร

วงโคจรของดาวเทียมอธิบายตามระดับความสูง ความเอียง และการหมุนวน Low Earth Orbit (LEO) เริ่มต้นที่ขอบของสตราโตสเฟียร์ซึ่งสูงประมาณ 150 กม. และระยะทางสูงสุดประมาณ 2000 กม. วงโคจร Geosynchronous ที่ใช้สำหรับ comsats ขนาดใหญ่อยู่ที่ระดับความสูง 36,000 กม. กลุ่มดาวเทียมที่เสนอส่วนใหญ่จะทำงานใน LEO

ความเอียงของวงโคจรของดาวเทียมเชื่อมโยงกับตำแหน่งภาคพื้นดินของจุดปล่อยดาวเทียมอย่างแน่นหนา วงโคจรเส้นศูนย์สูตร (ความเอียง 0 °) ได้รับประโยชน์จากการปล่อยใกล้กับเส้นศูนย์สูตรมากที่สุด ถ้าปล่อยจากตำแหน่งเหนือหรือใต้ของเส้นศูนย์สูตร ยานอวกาศจะต้องเผาจรวดเพื่อปรับระนาบของวงโคจรของมันให้เข้ากับเส้นศูนย์สูตร นี่คือเหตุผลที่สถานีอวกาศนานาชาติมีวงโคจรเอียงสูงที่ 51.6° เพื่อให้เข้าถึงได้ง่ายจากศูนย์ปล่อยจรวดของรัสเซียในคาซัคสถาน

สำหรับดาวเทียมสอดส่องโลก บ่อยครั้งพึงปรารถนาที่จะทำงานในเชิงขั้ว (เอียง 90°) หรือโคจรใกล้ขั้ว ในวงโคจรขั้วโลก ดาวเทียมจะผ่านพื้นผิวทั้งหมดของโลกในช่วงโคจรหลายรอบ เหมาะสำหรับการครอบคลุมโทรคมนาคม การโคจรของดวงอาทิตย์แบบซิงโครนัส (ความเอียงประมาณ 80° ขึ้นอยู่กับระดับความสูง) เป็นที่สนใจของบริษัทถ่ายภาพ: คุณสามารถถ่ายภาพจุดเดียวกันบนโลกซ้ำๆ กับดวงอาทิตย์ในมุมที่เท่ากันได้ ลดการบิดเบือนเนื่องจากเงา ในขณะที่สละพื้นที่เพียงบางส่วนเท่านั้น ดินแดนขนาดเล็กและไม่น่าสนใจใกล้กับเสา

การปล่อยจรวดจะส่งเสียงดังในช่วงเวลาที่ดีที่สุด และบางครั้งก็อันตราย พวกเขาต้องเกิดขึ้นในสถานที่ที่ค่อนข้างเปลี่ยว และเพื่อปกป้องประชาชนที่ไม่เกี่ยวข้อง ทางที่ดีควรออกบินเหนือมหาสมุทรเปิด เพื่อลดความเสี่ยงจากเครื่องกระตุ้นระยะแรกที่ถูกทิ้ง หรือจากเศษซากที่ตกลงมาในกรณีที่การยิงล้มเหลว

FAA บังคับใช้ข้อ จำกัด เกี่ยวกับความสามารถในการเปิดตัวตามการหลีกเลี่ยงอันตรายต่อสาธารณชนทั่วไป (โดยพื้นฐานแล้ว นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมคุณถึงต้องการปล่อยเหนือน้ำ… ความน่าจะเป็นที่บูสเตอร์ของคุณตกลงบนหัวของใครบางคนในทะเลเปิดนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับการปล่อยผ่านพื้นที่ที่มีประชากรจำนวนมาก)

สำหรับวงโคจรเส้นศูนย์สูตรหรือความเอียงตื้นที่ปล่อยจากซีกโลกตะวันตก ตำแหน่งที่ดีที่สุดอยู่บนชายฝั่งตะวันออกของทวีปอเมริกาเหนือและใต้ ซึ่งทำให้ขั้นตอนหรือเศษซากตกลงไปในมหาสมุทรแอตแลนติกอย่างไม่เป็นอันตราย (การปล่อยไปทางทิศตะวันออกใช้ประโยชน์จากการหมุนของโลก ลดปริมาณของจรวดที่ต้องใช้ในการโคจร) ดังนั้น NASA จึงได้เปิดตัวภารกิจโคจรจาก Cape Canaveral ในรัฐฟลอริดาตามธรรมเนียมแล้ว โดยที่จรวดขนาดเล็กกว่าบางครั้งถูกปล่อยจาก Wallops Island บน ชายฝั่งเวอร์จิเนีย ขณะนี้มีการพัฒนาเพื่อเพิ่มท่าเรือชายฝั่งอีกแห่งในแคมเดนเคาน์ตี้ รัฐจอร์เจีย องค์การอวกาศยุโรปเปิดตัวทางตะวันออกของเฟรนช์เกียนา (ได้รับประโยชน์จากภูมิศาสตร์ใกล้เส้นศูนย์สูตร)

วงโคจรขั้วโลกและดวงอาทิตย์ซิงโครนัสนั้นยากกว่า ละติจูดมีความสำคัญน้อยกว่า แต่สถานที่ปล่อยจรวดต้องมีแนวมหาสมุทรที่ทอดยาวไปทางเหนือหรือใต้ ขณะนี้มีเครื่องยิงขีปนาวุธขั้วโลกน้อยมากในซีกโลกตะวันตก ตามเนื้อผ้า สหรัฐอเมริกาได้เปิดตัวดาวเทียมแบบมีขั้วหรือใกล้ขั้วจากฐานทัพอากาศแวนเดนเบิร์กในแคลิฟอร์เนีย โดยมีการเปิดตัวเครื่องกระตุ้นขนาดเล็กกว่าอย่างจำกัดจาก Kodiak Launch Complex ในอลาสก้าหรือเกาะควาจาเลนในแปซิฟิกเหนือ

การปฏิวัติ Smallsat

หากคุณต้องการปล่อยดาวเทียมเพียงโหลหรือมากกว่านั้นต่อปี นี่ไม่ใช่ปัญหาจริงๆ แต่ทันใดนั้น เราได้ยินเกี่ยวกับผู้ให้บริการดาวเทียมที่ยื่นขอใบอนุญาตเพื่อปล่อยดาวเทียมหลายแสนดวง หรือแม้แต่นับหมื่นดวงใน "กลุ่มดาวขนาดใหญ่" เกิดอะไรขึ้น

กฎของมัวร์

การย่อขนาดได้มาถึงจุดที่คุณสามารถสร้างดาวเทียมที่มีประโยชน์ซึ่งคุณสามารถยกได้ด้วยมือเดียว แน่นอนว่ามีข้อแลกเปลี่ยน ดาวเทียมขนาดใหญ่สามารถมีเสาอากาศขนาดใหญ่ได้ หากคุณต้องการมีดาวเทียมขนาดเล็กที่มีเสาอากาศขนาดเล็ก คุณไม่สามารถส่งและรับสัญญาณได้ไกล ซึ่งหมายความว่าคุณต้องการอยู่ในวงโคจรต่ำเพียงไม่กี่ร้อยกิโลเมตรขึ้นไป ไม่ใช่ "Clarke Orbit" ที่ 36,000 กม. ที่มีฝูงบินขนาดใหญ่อาศัยอยู่

และคุณอาจต้องการสร้างดาวเทียมของคุณด้วยส่วนประกอบคุณภาพมือถือราคาถูก แทนที่จะเป็นชิ้นส่วนที่มีคุณสมบัติเฉพาะด้านพื้นที่ ซึ่งทำให้ต้นทุนลดลงอย่างมาก แต่อาจหมายความว่าดาวเทียมของคุณจะล้มเหลวเร็วขึ้นในสภาพแวดล้อมทางความร้อนและการแผ่รังสีที่รุนแรงของอวกาศ... กำลังจะตายในอีกไม่กี่เดือนหรือไม่กี่ปี แทนที่จะเป็นหลายสิบปี นั่นก็สมเหตุสมผลถ้าคุณสามารถส่งดาวเทียมทดแทนได้บ่อยครั้งและราคาถูก

ด้านพลิก? ดาวเทียมใหม่เหล่านี้คือ จิ๋ว. คุณสามารถสร้างมันได้หลายร้อยหรือหลายพันตัวด้วยราคา comsat ขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม

ต้องการสิ่งอำนวยความสะดวกการเปิดตัวขั้วโลกใหม่

ผู้เล่นหลายคนกำลังวางแผนที่จะใช้ประโยชน์จากการปฏิวัติ smallsat โดยการเปิดตัวกลุ่ม smallsats เพื่อการสื่อสารและการสังเกตการณ์โลก ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ดาวเทียมเหล่านั้นต้องอยู่ในวงโคจรที่มีขั้วหรือใกล้ขั้ว ความต้องการสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับปล่อยขั้วโลกใหม่มีความเร่งด่วนมากขึ้นมาหลายปีแล้ว

Vandenberg, Kodiak และ Kwajalein เป็นฐานทัพทหารทั้งหมด ยิงผ่านน่านฟ้าที่กองทัพควบคุม และมีบทลงโทษในการปฏิบัติงานจำนวนมากเนื่องจากความจำเป็นในการประสานงานกับปฏิบัติการทางทหาร ในอดีต การดำเนินการที่ไซต์เหล่านี้ทำให้เกิดความล่าช้าเป็นเดือนหรือบางครั้งเป็นปีระหว่างการเปิดตัวเชิงพาณิชย์ (เพื่อนของฉันมีประสบการณ์ส่วนตัวกับการปล่อยโคจรจากควาจาเลน และไม่ได้พิจารณาไซต์นั้น... เช่น Kodiak มีข้อเสียทั้งหมดของแวนเดนเบิร์ก บวกกับการเดินทางในมหาสมุทรอันยาวนานเพื่อไปถึงที่นั่น พร้อมโบนัสพิเศษเพิ่มเติมจากไต้ฝุ่นเป็นครั้งคราว .)

ปัจจุบัน ปฏิบัติการวิจัยอวกาศของอินเดียกำลังใช้ประโยชน์จากความต้องการโดยการส่งเสริมการเปิดตัวจากศูนย์อวกาศ Satish Dhawan ในรัฐอานธรประเทศ ซึ่งสนับสนุนวิถีโคจรเหนือมหาสมุทรอินเดีย มีปัญหาทางกฎหมายและลอจิสติกส์ที่ชัดเจนในการขนส่งดาวเทียมที่ผลิตในสหรัฐฯ ไปยังอินเดีย นอกจากนี้ ISRO ยังต้องการเปิดตัวโดยใช้ PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle) ของตนเอง ซึ่งขัดขวางผู้ให้บริการดาวเทียมจากการเลือกบูสเตอร์อื่นๆ

มีสถานที่ปล่อยโคจรรอบขั้วโลกสองแห่งที่ได้รับการพัฒนาในซีกโลกตะวันตก: แห่งหนึ่งในฮาวายและอีกหนึ่งแห่งในโนวาสโกเชีย ขณะนี้ไม่ได้ดำเนินการใดๆ (มีการพยายามเปิดตัวจากโรงงานที่ฮาวายในปี 2015 แต่ล้มเหลว) ทั้งสองไม่น่าสนใจในทางภูมิศาสตร์—ฮาวายเนื่องจากที่ตั้งของเกาะ และโนวาสโกเชียเนื่องจากความห่างไกลและสภาพอากาศในฤดูหนาว

SpaceX ได้ทำการปล่อยโพลาร์หลายครั้งจาก Vandenberg AFB ฤดูร้อนที่แล้ว SpaceX เริ่มให้บริการเที่ยวบินแบบ "แชร์รถ" โดยเรียกเก็บเงิน 1 ล้านดอลลาร์เพื่อส่งดาวเทียม 200 กิโลกรัม ซึ่งต่ำกว่าราคาในอดีตอย่างมาก และการกำหนดราคานี้ทำให้เกิดความตกตะลึงอย่างมากในตลาดขนาดเล็ก หลายคนคิดทันทีว่า SpaceX จะกวาดล้างตลาดที่กำลังเติบโตสำหรับเครื่องยิงจรวดขนาดเล็ก

แต่การแชร์รถก็มีข้อจำกัด โดยพื้นฐานแล้วมันเทียบเท่ากับการขึ้นรถบัสมากกว่าการขับรถของคุณเอง คุณไม่ต้องตัดสินใจเลือกเส้นทาง ตารางเวลา หรือใครที่คุณนั่งรถด้วย มันคุ้มค่ามากเมื่อรถบัสกำลังไปในที่ที่คุณต้องการไป เมื่อคุณต้องการไปที่นั่น และหากค่าใช้จ่ายเป็นเรื่องที่เกินความคาดหมาย คุณสามารถเลือกที่จะนั่งรถบัสได้ แม้ว่าจะหมายถึงการเดินไปยังหรือจากป้ายรถประจำทางเป็นเวลานานก็ตาม แต่ผู้คนนับล้านตัดสินใจขับรถของพวกเขาทุกวันเพราะพวกเขาให้ความสำคัญกับความสะดวกสบาย ความยืดหยุ่น และความเป็นส่วนตัวมากพอที่จะจ่ายต้นทุนต่อไมล์ที่สูงขึ้น

หากคุณกำลังปล่อยดาวเทียมขนาดเล็กหลายสิบหรือหลายร้อยดวง การรวมดาวเทียมเหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นการแชร์รถ หรือแม้แต่การปล่อยดาวเทียมขนาดใหญ่โดยเฉพาะก็เป็นเรื่องที่สมเหตุสมผล เราได้เห็นสิ่งนี้เมื่อเร็วๆ นี้จากการเปิดตัวดาวเทียม StarLink ของ SpaceX โดยมีดาวเทียม 60 ดวงอัดแน่นอยู่ในการเปิดตัว Falcon 9 แต่ละครั้ง

แต่ถ้าคุณต้องการส่งดาวเทียมหนึ่งหรือสองดวงล่ะ บางทีคุณอาจไม่ได้สร้างกลุ่มดาวขนาดใหญ่ หรือบางทีคุณอาจเป็น แต่ดาวเทียมดวงใดดวงหนึ่งล้มเหลวในวงโคจรและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ หรือบางทีคุณอาจเป็นผู้บัญชาการทหาร และคุณต้องการดาวเทียมในวงโคจรที่แน่นอน ตอนนี้และไม่ใช่เมื่อใดก็ตามที่มีกำหนดออกรถคันต่อไป

(ฉันต้องยกหมวกให้ Dale Brown ผู้ซึ่งสร้างความนิยมให้กับแนวคิดเรื่อง "Need It Right This Second" ขนาดเล็กที่ตอบสนองได้ดีในหนังระทึกขวัญทางทหารของเขาในปี 1992!)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฉันได้พูดคุยกับบริษัทจรวดและดาวเทียมหลายครั้งเกี่ยวกับการเปิดตัวโดยเฉพาะ การเปิดตัวร่วมกัน และความต้องการยานอวกาศ แม้จะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนของการแชร์รถ ดูเหมือนว่าพวกเขาจะเห็นด้วยว่ามีตลาดสำหรับการปล่อยดาวเทียมขนาดเล็ก "หลายร้อย" ดวงต่อปี... และ "มากกว่าครึ่ง" ของพวกเขาต้องการวงโคจรขั้วโลก

หากคุณอยู่ในสถานการณ์เหล่านี้ และโทรหา Vandenberg หรือ Kodiak แสดงว่าคุณต้องรอเป็นเวลานาน การเปิดตัวทางทหารมีความสำคัญเป็นอันดับแรก และหน้าต่างการเปิดตัวของพลเรือนมักจะถูกจองล่วงหน้าหลายเดือนหรือหลายปี สิ่งที่คุณต้องการคือสถานที่ปล่อยพลเรือน หันหน้าไปทางเหนือหรือใต้เหนือมหาสมุทร เข้าถึงทางรถไฟได้ง่ายและพนักงานด้านการบินและอวกาศที่ได้รับการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดี และคงจะดีถ้าคุณไม่อยู่ในเขตเฮอริเคน

ไม่มีสถานที่ให้บริการริมทะเลที่เหมาะสมในสหรัฐอเมริกา แต่มีสถานที่ที่น่าสนใจอยู่เหนือชายแดนเม็กซิกันในโซโนรา

จากทะเลทรายโซโนราสู่ดวงดาว

แอริโซนาไม่มีทางออกสู่ทะเล… แต่ทะเลคอร์เตซไหลไปทางเหนือ-ใต้ และใกล้กับดินของสหรัฐอเมริกามาก - เพียง 40 ไมล์ใกล้ Yuma เพียงข้ามพรมแดนจาก Rocky Point / Puerto Peñasco

มีทางรถไฟตรงจากทูซอนผ่าน Nogales ไปยัง Guaymas on the Sea of ​​Cortez ไซต์ใกล้กับ Guaymas สามารถเข้าถึงวงโคจรของดวงอาทิตย์แบบซิงโครนัสได้ด้วยการหลบหลีกเครื่องบินเพียงเล็กน้อย การปล่อยคลื่นขั้วโลก (90° ทางใต้) จะมีมหาสมุทรที่ปราศจากสิ่งกีดขวางเกือบ 300 กิโลเมตร ก่อนเคลื่อนผ่านพื้นที่ที่มีประชากรเบาบางในบาจาแคลิฟอร์เนียชั่วครู่ การระบุตำแหน่งท่าเรือใกล้เมือง Guaymas จะได้รับประโยชน์จากความใกล้ชิดกับกระจุกอากาศยานแห่งชาติของเม็กซิโกที่เติบโตอย่างรวดเร็วในเอร์โมซีโย

อีกทางหนึ่ง พื้นที่ใกล้ Yuma/Puerto Peñasco สามารถเปิดได้ทางใต้โดยไม่ต้องบินข้ามภูมิภาคที่มีประชากรจำนวนมาก (ใช้ประโยชน์จากเขตสงวนชีวมณฑล Valle de los Cirios และ Vizcaíno ของ Baja) ภูมิภาคนี้สามารถเข้าถึงได้โดยทางรถไฟจากทั้งแอริโซนาและแคลิฟอร์เนีย โดยเชื่อมต่อกับระบบนิเวศการผลิตการบินและอวกาศขนาดใหญ่ในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ มันจะมีข้อได้เปรียบที่สำคัญของการเปิดตัวจากดินของสหรัฐ การปล่อยขีปนาวุธทางใต้จะออกจากน่านฟ้าสหรัฐภายในไม่กี่วินาที ดังนั้นจึงต้องมีการประสานงานอย่างใกล้ชิดกับทางการเม็กซิโกเพื่อให้แน่ใจว่ามีการดำเนินการอย่างปลอดภัยในน่านฟ้าของเม็กซิโก และเพื่อลดความเสี่ยงต่อประชาชนชาวเม็กซิกันบนพื้นดิน

ในทั้งสองกรณี ท่าเทียบเรือ Sonoran จะช่วยให้ผู้ผลิตจรวดของสหรัฐฯ มีสถานที่ปล่อยจรวดจากขั้วโลกที่เข้าถึงได้อย่างปลอดภัย โดยมีสภาพอากาศที่ดีเยี่ยมตลอดทั้งปีและแรงงานที่ผ่านการฝึกอบรมมาอย่างดี การปล่อยจรวดขนาดเล็กถึงขนาดกลางจากแอริโซนาหรือโซโนราจะไม่ทำให้ SpaceX หรือ ULA เลิกกิจการ แต่พวกเขาสามารถจัดหาชิ้นส่วนสำคัญของปริศนาการเปิดตัวโดยรวมได้

การได้รับใบอนุญาตสำหรับการปล่อยยานอวกาศอาจใช้เวลาเป็นเดือนหรือเป็นปี… มีเวลามากกว่าที่จำเป็นในการเทคอนกรีตจริงๆ และถ้าเราเริ่มต้นจากดินเม็กซิกัน การประสานงานระหว่างประเทศอาจจะเพิ่มความล่าช้าอีกเป็นเดือน เวลาที่ดีที่สุดในการเริ่มต้นกระบวนการนี้คือสองปีที่แล้ว เวลาที่ดีที่สุดต่อไปคือตอนนี้

---

Imเครดิตอายุ

การปล่อยจรวด: SpaceX

ภาพ Starlink: Marco Langbroek

ข้อจำกัดไซต์ FAA: Spaceport Camden