Tehnološki sofisticirani maleni sateliti izašli su na vidjelo kao posljedica revolucije u dizajnu svemirskih letjelica, a sposobni su brzo i točno prikupiti i proslijediti informacije

Prije pet se godina pretpostavilo kako bi Velika Britanija mogla razviti i lansirati skupinu svemirskih letjelica čime bi se poduprli zatjevi za nadzor, otkrivanje ciljeva i izviđanje (ISTAR), a sve je to bilo pomno razmotreno pa je postojala mogućnost za trenutačnu institucionalnu regulaciju. Štoviše, poduzimanje takvih akcija je sada ozbiljno moguće zahvaljujući tihoj revoluciji u dizajnu svemirskih letjelica.

Britansko ministarstvo obrane financiralo je eksperimentalni satelit poznat kao TopSat (taktički optički satelit) koji su pak razvile tvrtke QinetiQ i Surrey Satellite Technology Limited (SSTL). TopSat se rabi za dostavljanje operativnih informacija vojnim korisnicima. SSTL i QinetiQ rade na razvoju satelita većih performansi koji će naslijediti TopSat u operativnoj uporabi. Tvrtka SSTL je udružila snage s EADS-Astriumom u dizajniranju satelita koji će nositi radar visoke razlučivosti sa sintetičkom aperturom (SAR) za nadzor u svim vremenskim uvjetima. Ključ takvih i ostalih razvojnih zadaća za svemirske vojne aplikacije je pojava malenih satelita (malenih dimenzija i težine u odnosu na klasične svemirske letjelice) koji pak mogu uspješno obaviti zadanu misiju. Sve je to izravan rezultat revolucije u elektronici. Inženjeri iz tvrtke SSTL napominju kako procesiranje podataka dominira na velikim računalima (mainframe), a maleni sateliti su kao personalna računala (PC) u svemiru te se očekuje slična razina rasta.

Današnji moderni i tehnološki napredni maleni sateliti iskorištavaju velika ulaganja u modernu konzumnu elektroniku. Komponente iz prijenosnih računala, digitalnih fotoaparata i mobitela omogućuju drastično povećanje pouzdanosti te snage procesiranja signala. Iako maleni sateliti nikada neće moći izvesti ono što veliki sateliti mogu, oni će, nadaju se istraživači, osigurati soluciju 80/10 – dati 80% sposobnosti za 10% cijene. Polazeći od toga, sateliti više nisu egzotični, milijarde dolara vrijedni sustavi kao što su to nekada bili. Postaju nadopuna za bespilotne letjelice pri čemu nude izdržljivost, prikaz visoke razlučivosti ili video linkove, sposobni nadzirati područja bilo gdje na planeti te osiguraju brz odziv u slučaju korisnikovog zahtjeva za informacijama. Pa ipak, njihova je cijena visoka ali sei pak postupno smanjuje kako računalna revolucija napreduje. Iako je SSTL “prerastao” odjel za elektroinženjerstvo pri sveučilištu u Surreyju, i dalje rabe sveučilišno zdanje za potrebe sastavljanja svemirskih letjelica. Prvi satelit izrađen u Surreyju bio je pokusni, ali UoSAT-12 lansiran 1999. doveo je do razvoja i lansiranja operativne skupine satelita za snimanje ugroženih (nesrećama pogođenih) područja (DMC). DMC je omogućio tehnološku bazu za budući TopSat projekt.

Zagovornici malenih satelita te istraživači ne definiraju ih samo prema masi nego i prema cijeni kao i vremenu potrebnom za razvoj. Maleni sateliti teže manje od 1000 kilograma, cijena im je nešto manje od 30 milijuna GBP (britanskih funti) za izradu i lansiranje te je potrebno od 2 do 3 godine za njihov razvoj. Mini sateliti teže do 500 kilograma i njihov razvoj traje dvije godine po cijeni do 30 milijuna GBP. Mikro sateliti su teški manje od 100 kilograma i koštaju manje od 10 milijuna GBP. TopSat je ustvari “pojačani mikro satelit” klase oko 150 kilograma. Ispod te klase nalaze se nano sateliti, težine do 10 kilograma, te piko sateliti težine unutar 0,1 kilogram. Dva potonja su uglavnom eksperimentalne letjelice.

Mikro sateliti se uglavnom lansiraju u grozdovima ili “autostopiraju” u velikim raketama ako je težina glavnog korisnog tereta ispod dopuštene maksimalne lansirne težine
Kraće vrijeme potrebno za razvoj i niža cijena imaju važnu implikaciju u definiranju malenih satelita, u njihovom razvoju, izradi i uporabi. Veliki se satelit – mase po nekoliko tona, razvija više od 10 godina, po cijeni od više stotina milijuna USD. Za mnoge je potencijalne korisnike to preskupo. Ali maleni sateliti mogu se lansirati u skupinama ili čak formacijama pri čemu se mogu postići i mogućnosti slične velikim, i skupim, satelitima. Brži razvoj osigurava mnogo moderniju tehnologiju: jedan SSTL-ov nano satelit mase 6,5 kilograma razvijen je, izrađen i lansiran godine 2000., a ima brži procesor nego EnviSat – kojemu je cijena golemih 2 milijarde eura! Zbog činjenice što su maleni sateliti jeftiniji, lakše je prihvatiti i opravdati njihov kraći radni vijek istih, što čak može postati i prednost. Zamjenski mali, mini, mikro… satelit tako ima novu i moderniju tehnologiju, a cijena mu je smanjena zato što su komponente projektirane po manje zahtjevnim specifikacijama.

Zahtjevi korisnika
Maleni sateliti te neki mini sateliti mogu se pozicionirati u orbitu pomoću manjih lansirnih vozila (raketa nosača). Mikro sateliti se uglavnom lansiraju u grozdovima ili “autostopiraju” u velikim raketama ako je težina glavnog korisnog tereta ispod dopuštene maksimalne lansirne težine. Čak i bez malenog lansirnog vozila kao što je npr. Falcon, ideja malenih satelita funkcionira sasvim prihvatljivo i u okviru predviđenih, nižih, troškova.

Britanski rad na tehnologiji malenih satelita ISTAR sposobnosti temeljen je na političkoj i ekonomskoj stvarnosti. Povezanost američke i britanske obavještajne zajednice efektivno vodi u odnosu na europski pristup, ali čak i američki vojni korisnici imaju vrlo ograničen pristup američkim satelitskim slikama. Istodobno, sve što izgleda kao tradicionalni pristup svemirski baziranom ISTAR-u je preskupo i time realno nedostupno. Britanske satelitske studije počele su s detaljnim pregledom što korisnici (pri tom se ne misli samo na vojne snage nego i na obavještajne službe, obalnu stražu i carinu) zahtijevaju u smislu razlučivosti slike, pokrivenosti ciljnog područja, ponovnog snimanja istog mjesta te dostavljanje podataka krajnjim korisnicima. Neki su važni zaključci proizašli iz tog procesa. Jedan od njih je kako većina korisničkih zahtjeva da razlučivost slike optičkog senzora treba biti između 1 i 1,5 metra.
Sljedeći je zaključak bio kako je najbolje osigurati širokopojasno i detaljno pokrivanje u isto vrijeme, a pomoću određenog broja različitih senzora. U tu svrhu priređena je jednostavana demostracija: jedan je asistent proizveo glasan zvuk u stražnjem dijelu dvorane. Time se pokazalo kako ljudski sluh pokriva sferno područje od 360° ali je tako precizno da usmjerimo pogled izravno prema prema izvoru zvuka, sa zadovoljavajućom preciznošću.

Studija je također pokazala kako kvaliteta ISTAR skupine može biti mjerena ne samo u prostornoj nego i u potrebnoj razlučivosti – mjereno u potrebnom broju ponovnih prolaza iznad istog mjesta. U tom slučaju treba prijeći manju udaljenost nego kad je riječ o velikim satelitima pri čemu je jeftinije dobiti sliku razlučivosti od 1 metra pomoću mikro satelita, nego graditi velike skupine teških satelita koji će imati mogućnost snimanja pri visokoj razlučivnosti. Rezultat je bila vizija ISTAR skupine satelita uključujući letjelice s optičkim senzorima, SAR (radar sa sintetičkim otvorom antene) i SIGINT senzorima, pri čemu SAR sateliti navode optičke, a SIGINT sateliti navode SAR i optičke satelite. TopSat je prvi korak prema stvaranju takvog sustava.

Zbog ograničenog proračuna, TopSat je bio projektiran za ostvarenje samo pola od razlučivosti jednog operativnog elektro-optičkog (EO) mikrosatelita – oko 2,5 m iz sinkrone orbite na 600 km od zemlje (aktualna razlučivost je niža zbog postavljanja satelita u orbitu na 686 km). Nosi fiksnu kameru razvijenu u Rutherford Appleton Laboratoriesu te rabi novu tehnologiju fotografiranja: kako bi se povećalo vrijeme ekspozicije, te se dobila kvalitetna slika pomoću manjeg otvora blende i manjom kamerom, cijela letjelica mora rotirati kako prelazi iznad cilja pri čemu drži kameru usmjerenu prema objektima i to bez zamućenja slike.

Usluge TopSata
TopSat, težine 120kg, baziran je na SSTL-ovoj poboljšanoj obitelji mikrosatelita. Satelit je sastavljen kao slojevita konstrukcija, od naslaganih strojno obrađenih aluminijskih ladica u kojima su glavne elektroničke komponente, a sama struktura dodaje određeni stupanj zaštite od radijacije, zajedno sa solarnim ćelijama koje formiraju kutiju oko svega. Momentni kotači (zamašnjaci) omogućuju nadzor visine, a potisnici za korekciju (rabe električno zagrijan plin) omogućuju orbitalna podešavanja.

Iako je TopSat ograničen nekim mogućnostima – kapacitet memorije i podatkovnog linka koji dopuštaju samo pet slika dnevno te ima projektirani radni vijek od godinu dana – pokazao se kao vrlo uspješan od dana lansiranja, bilo je to 27. listopada 2005. Projekt TopSat uključuje i mobilnu zemaljsku postaju – na vozilu Land Rover (s posebno montiranom antenom). Satelitu se mogu zadavati zadaće i nadzirati iz mobilne postaje izravno na bojišnici. Korisnici imaju uključene posebne operativne zajednice koje običavaju raditi s javnim slikovnim materijalima, zato što ne zahtijevaju neko posebno rukovanje na terenu.

Operativni sustav mogao bi biti nešto veći – težine oko 150 kilograma. Mogao bi imati razlučivost od 1 do 1,5 metra i veći nagibni kut – do 45° sa svake strane od središnje linije – čime se pokriva šire područje, te kapacitetom od 30 do 60 slika po danu i dvije slike pri svakom prolazu. SSTL reflektira razmišljanja zagovornika svemirskih mogućnosti u ministarstvu obrane pri čemu planiraju skupinu satelita sastavljenu od 10 EO satelita, osiguravajući višestruke jutarnje i večernje prolaze, četiri SAR satelita i dva roja sastavljena od četiri SIGINT letjelice. EADS-Astrium i SSTL već surađuju na projektu jednog malenog SAR satelita poznatog kao AstroSAR-UK. Očekuje se kako bi satelit mogao koštati oko 40 milijuna GBP te imati radni vijek od 5 godina. Satelit će nositi SAR radar koji radi u X-pojasu (razvijen u EADS-u), a SSTL će osigurati let platforme. EADS je izmislio inovativnu konfiguraciju nazvanu “Snapdragon” u kojoj je svemirska letjelica, pripremljena za lansiranje, sklopljena na pola. Radarska antena je fiksirana i cijela se letjelica okreće kako bi usmjerila radar prema ciljanom području.

EADS-ov radar temeljen je na zrakoplovnom MicroSAR pokusnom primjerku, testiranom u svibnju 2003. – AstroSAR-UK može osigurati razlučivost od 1 metar, ima ugrađenu podršku za pomorsko izviđanje pri čemu pokriva pojas od 900 kilometara na 20-metarskoj razlučivosti. SIGINT satelit mogla bi krenuti putem francuskog projekta Essaim (skupina satelita). Jedan od ključnih stvari u SIGINT roju satelita je precizno modeliranje njihovihe orbitalne dinamike. Sateliti orbitiraju (kruže) oko Zemlje u formaciji koja može izgledati graciozna i postignuta bez napora, ali je u stvarnosti potreban samo dijelić sekunde da se sudare ako se nađu u takvoj putanji, jer se kreću u okruženju koje je manje uredno nego što to većina ljudi misli. Zemlja ima veći promjer na ekvatoru nego oko polova i nije baš simetrična, što uzrokuje divergencije (skretanje) orbitalne putanje. Bez preciznog modeliranja te sposobnosti za projektiranjem određenog uzorka formacije, u kojoj svemirska letjelica može izgledati kako rotira oko druge i može letjeti na različitim visinama, roj može trošiti previše goriva za održavanje svoga oblika.

Ideju za britansku operativnu skupinu satelita razmatra ministarstvo obrane. Novi plan za slijedećih 20 godina – zračni i svemirski operativni koncept budućnosti (FASOC) – ne uključuje samo riječ svemir u svojem nazivu, nego prvi put eksplicitno razmatra malene satelite. Dužnosnici ministarstva obrane i vojske imaju viziju kako maleni sateliti mogu dostavljati informacije u vremenskom slijedu, što je teže postići s velikim sustavima, te su razlike između malenih i velikih satelita smanjene jer su maleni sateliti dosegli stupanj sposobnosti koje su vojno prihvatljive. Gledano strateški, jedan cilj britanskog svemirskog programa mogao bi ministarstvu obrane i obavještajnoj zajednici dati nešto što bi oni mogli ponuditi saveznicima, ali u zamjenu za kontinuiranim pristupom podacima s njihovih satelita. Britanija je predvodnik u tehnologiji malih satelita, a to osigurava stvaranje domaćih sposobnosti i mogućnost bolje suradnje sa saveznicima.

Neovisnost je također cilj za globalni operativni sustav malih satelita, što također pokazuje jedan inovativni pristup za financiranje. Dana 25. travnja 2006. ruska raketa Start-1 (modificirani mobilni interkontinentalni balistički projektil Topol) lansirala je izraelski Eros-B izvidnički satelit koji se pridružio ranije lansiranom Eros-A satelitu u orbiti. Novi je satelit teži od svojeg prethodnika, ali ga njegovih 290 kilograma ipak svrstava unutar mini klase. Unatoč tome, on osigurava mnogo bolju razlučivost: vrlo oštrih 0,7 metara ako usporedimo s 1,9 metera razlučivosti na Eros-A, te nosi dovoljno goriva kako bi manevrirao u svojem 10-godišnjem projektiranom radnom vijeku, a u relativno niskoj orbiti na 500 kilometara.
Satelit je izrađen u tvrtki Israel Aircraft Industries (IAI), uz suradnju tvrtke Elop koja je odgovorna za kameru. Lagani i čvrsti dizajn satelita Eros daje mu manevarske sposobnosti uz pomoć visokoenergetskih zamašnjaka. Kamera je elektronički povezana na satelitsku sabirnicu te upotrebljava posebnu tehniku snimanja.
Sateliti mogu manevrirati do 45° u svim smjerovima, snimajući raličita područja tijekom jednog prolaza, te se također mogu dobiti i stereo slike u jednom prolazu. Eros-B ima veću memoriju nego prethodnik što omogućuje snimanje scena dužine 190 kilometara. Slijedeći, poboljšani Eros-C, čije se lansiranje očekuje 2009. omogućiti će povećanje razlučivosti te višu razinu prijenosa, a planiran je kao zamjena za Eros-A.

Pripremio Marijo PETROVIĆ