/Поглед.инфо/ Илън Мъск най -накрая даде да се разбере кога ще стартира един от най -амбициозните му проекти - сателитната интернет програма “Старлинк”. Междувременно изглежда, че има неочаквани технически ограничения по пътя на тази амбициозна програма. За какво говорим, как ще изглежда новият космически интернет - и какво се създава в Русия по тази тема?
"Следващият месец". С тези думи инженерът и предприемач Илън Мъск отговори на въпроса на един от потребителите на социалната мрежа „Туитър“ за това кога точно най -накрая ще се случи официалното стартиране на сателитната интернет-мрежа “Старлинк”. С други думи, още през октомври жителите на планетата ще могат официално да се свързват с интернет през космоса (макар и не всички, както ще разберете по-долу).
Въпреки това, вече можем да кажем, че “СпейсЕкс” е изправен пред неочакван проблем, който може да забави развитието на сателитния интернет.
Проклятието на предградията
Един от основните и нерешени проблеми на САЩ е осигуряването на евтин достъп на населението на страната до широколентов интернет. Без шега - абонаментната такса за достъп до световната мрежа в САЩ може да достигне стотици долари на месец.
Причините за това изоставане на САЩ в областта на цифровите комуникации са добре известни. По-голямата част от американското население живее в предградия - огромни предградия, които се простират на около сто километра около всеки мегаполис, на практика се сливат с други предградия на съседните градски агломерации. В такава ситуация полагането на наземни линии се превръща в много скъпо удоволствие - в края на краищата почти всяко частно домакинство трябва да постави отделна, собствена комуникационна линия. В същото време жителите на големите американски градове са свикнали с „добър интернет“, но напускайки града, в големите „спални райони”, често се сблъскват с непропорционален спад в качеството на комуникацията и увеличаване на разходите за достъп до мрежата.
Илън Мъск се зае да реши проблема с наличността на широколентов интернет в САЩ - като създаде спътниковото съзвездие “Старлинк”, чието развитие започва през 2015 г.
Първоначално, като част от разполагането му, беше планирано изстрелването на четири хиляди спътника. Към днешна дата „СпейсЕкС“ кандидатства за увеличаване на броя на спътниците до 42 000, от които 1657 в момента са изстреляни и са в орбита. На този етап компанията направи временна пауза в пускането на своето спътниково съзвездие. Но това далеч не са планираните 42 хиляди устройства! Каква е причината за такова спиране?
Въпросът е, че днес, както преди 70 години, в зората на космическата ера, стандартите за космическа комуникация се основават на познатите радиовълни. Добре е да се следват традициите на Королев и Вернер фон Браун - но не в този случай. Тъй като радиовълните имат редица недостатъци, основният от които е честотната лента на самия комуникационен канал.
Повишаване на честотата
Както знаем от физиката, количеството данни, предавани в канала, директно зависи от честотата, която използваме. Колкото по-висока е носещата честота на сигнала, толкова по -голямо количество необходима информация можем да предадем в него. По времето, когато имаше нужда да се предава само аудиозапис, бяха достатъчни вълни от метри, върху които беше изградена по-голямата част от радиоразпръскването. Когато се появи „картина“ за предаване, както в случая с телевизионен сигнал, преминахме към стандарта на дециметровите вълни - метровите вълни просто „не бяха достатъчни“ дори за първите несъвършени телевизори с „размита“ картина.
Освен това, с нарастването на обема на предадената информация, горе-долу се справиха с използването на кабелни линии - тъй като повечето от потребителите бяха „обвързани“ с техните устройства с фиксиран достъп до глобалната мрежа. Впоследствие медният кабел беше заменен с оптично влакно, което отново чрез увеличаване на носещата честота на сигнала направи възможно предаването на по-голямо количество информация: лесно е да гледате филми и предавания онлайн, да комуникирате чрез видео комуникация, и така нататък.
Но в съвременния свят отдавна сме преминали към мобилни комуникации. Днес мобилните комуникации са необходими за болници, училища и друга инфраструктура, не само в големите градове. Учениците отдавна са свикнали да търсят отговори в учебния процес в търсачките. Много хора в съвременния свят учат онлайн, придобивайки знания, които преди това са били недостъпни в провинцията. Лекарите на малки болници имат възможност да се консултират с висококвалифицирани специалисти, за да вземат бързо и балансирано решение.
Много такива решения ни се предлагат от съвременните сателитни комуникации и няма значение дали говорим за Русия или САЩ. Следователно въпросът за скоростта и качеството на такава мобилна връзка, както и за нейната наличност навсякъде по света, се превръща в един от основните въпроси при прехода към нова, информационна структура.
Хюстън, не ни чуваш!
Тази задача е предназначена за решаване на спътниковите съзвездия „СпейсЕкс“ на Мъск и британския „УанУеб“. И ако Мъск работи предимно за осигуряване на комуникация между САЩ и Канада, тогава „УанУеб“обяви намерението си да работи по целия свят. Последният е изстрелял 40 спътника към днешна дата. Да, компанията има затруднения при работата си в Русия: все още не е получила лицензи и разрешения от Държавната комисия по радиочестоти, но това по никакъв начин няма да реши проблема, с който „Спейсекс“ вече се е сблъсквал: честотната лента на комуникационния канал.
Разбира се, атмосферата на нашата планета за радиовълни е почти прозрачна, оборудването за приемане и предаване е просто, но честотата на радиовълните, дори в сантиметровия и милиметровия диапазон, в която работи например 5G комуникацията, е много ниска в сравнение с видимия спектър и дори инфрачервените лъчи. И това вече е критично важно. Тъй като в един радиоканал е възможно да се предават не повече от един гигабайт информация в секунда.
Ако имаше само един спътник, това би било напълно приемливо. Но припомняме, че се планира изстрелването на хиляди и десетки хиляди такива спътници.
При условие, че има десет устройства, вече имаме канал от 100 мегабайта в секунда за всеки спътник, което е с порядък по-скромно. И ако има стотици такива устройства, като „УанУеб“, или дори хиляди, като „Старлинк“… В този случай устройствата започват просто да си пречат помежду си, заемайки един и същ комуникационен канал. В резултат на това, когато се използват радиокомуникации, дори в сантиметровия или милиметровия диапазон, възниква проблемът с "космическия шум". И този проблем има не по-малка тежест от проблема с "космическите отломки".
Данните могат да се предават и по тесен лъч, но трябва да се има предвид, че радиовълните са слабо фокусирани. А работата на "космическия интернет" предполага предаване на информация в широк конус, когато абонатите "анализират" исканите пакети данни. Това подчертава, че сме израснали от „късите панталони“ на радиокомуникациите - и в тази посока спешно трябва да се променим. По едно време оптичното влакно беше нова стъпка за фиксирана комуникация, заместваща медната жица, за която честотата на комуникационния сигнал достигна физическата си граница. Каква ще бъде такава стъпка за комуникация в космоса? Техници в много страни се борят за тази задача - и предложеното от тях решение отново ни води нагоре по носещата честота на сигнала.
Лазерите ще ни помогнат
Настоящият временен прекъсване при изстрелването на спътници „Старлинк“ е свързан именно с прехода към нова комуникационна система - лазер. Отстраняването на грешки в подобна комуникационна система според плановете на „СпейсЕкс“ ще отнеме поне година, след което всички нови устройства „Старлинк“ вече ще използват лазери вместо радиовълни. В Русия учени от Всеруския изследователски институт по експериментална физикаот Саров се занимават със създаването на подобна космическа лазерна комуникация, където вече завършват създаването на уникална инсталация за лазерна космическа комуникация.
Трябва да се каже, че сега лазерите се използват широко за предаване на огромно количество информация - предаването на данни по оптични кабели се основава на тяхното използване. Но използването на лазери в космоса има още по-голям потенциал - там те ще работят във вакуум, а липсата на плътна и абсорбираща сигнала физическа среда за предаване ще позволи висока скорост и надеждност на предаване с минимално затихване на сигнала. За орбитален комуникационен лазер работата в инфрачервения диапазон е обещаваща, тъй като за дадена дължина на вълната атмосферата е практически прозрачна.
В сравнение с радиовълните, инфрачервеното излъчване има дължина на вълната 100 пъти по-къса, което означава, че каналът за предаване на данни в инфрачервения диапазон ще бъде 100 пъти по -широк. В този случай вече можем да си позволим хиляди и десетки хиляди спътници в съзвездие. Това също означава, че лазерният сигнал може да се предава с тесен лъч, което няма да изисква големи размери за предаване и приемане на устройства. Важно е също така, че преминаването към лазери дава възможност да се намалят размерите и теглото на комуникационното оборудване на спътниците, а самият предавател да стане с ниска мощност, което ще спести киловати слънчеви батерии, толкова важни за апарата.
Това, което е важно за защитата на предаваните данни, е почти невъзможно да се прихване насочения лазерен лъч. И това вече е много интересно както за гражданска употреба, така и за военните. Нещо повече, военните отдавна гледат търговски спътникови съзвездия, обръщайки внимание на широките им възможности. Русия подготвя независимо решение по въпроса за предоставянето на страната на широколентов достъп до интернет във всички краища на страната.
За първи път „Роскосмос“ обяви намерението си да създаде глобална сателитна система през 2017 г., а през юни 2018 г. системата получи името „Сфера“. Според проекта системата трябва да включва съзвездие от 638 изкуствени спътници. Стартирането на първата част на „Сфера“ трябва да се осъществи през 2022 г., като тя ще бъде напълно разгърната в периода от 2022 г. до 2028 г. Пандемията е направила свои собствени корекции в плановете на „Роскосмос,“ които могат да повлияят само на времето за изпълнение, но самата програма е планирана и ще бъде изпълнена.
Наред с това специалисти от Саров работят по производството на експериментални комплекти лазерно оборудване. Самият експеримент с лазерна комуникация е насрочен за 2024 г. Един от тези апарати ще бъде инсталирано на спътника „Прогрес“, а друг на МКС. Така процедурата за комуникация ще бъде разработена и след това тя може да бъде мащабирана до произволен брой космически кораби. И това вече ще позволи решаването на проблема с "космическия шум", който се оказва дори по-остър от проблема с космическите отломки.