إخلاء المسئولية. المقال عبارة عن ترجمة موسعة ومصححة ومحدثة ناثان هيرست. استخدمت أيضًا بعض المعلومات من المقالة حول عند بناء المادة النهائية.
هناك نظرية (أو ربما حكاية تحذيرية) بين علماء الفلك تسمى متلازمة كيسلر، سميت على اسم عالم الفيزياء الفلكية في وكالة ناسا الذي اقترحها في عام 1978. في هذا السيناريو، يصطدم قمر صناعي أو جسم آخر بآخر عن طريق الخطأ وينقسم إلى أجزاء. وتدور هذه الأجزاء حول الأرض بسرعة عشرات الآلاف من الكيلومترات في الساعة، فتدمر كل ما في طريقها، بما في ذلك الأقمار الصناعية الأخرى. إنه يطلق سلسلة من ردود الفعل الكارثية التي تنتهي بسحابة من ملايين القطع من النفايات الفضائية المختلة التي تدور حول الكوكب إلى ما لا نهاية.
مثل هذا الحدث يمكن أن يجعل الفضاء القريب من الأرض عديم الفائدة، ويدمر أي أقمار صناعية جديدة يتم إرسالها إليه وربما يمنع الوصول إلى الفضاء تمامًا.
لذلك عندما SpaceX (لجنة الاتصالات الفيدرالية - لجنة الاتصالات الفيدرالية، الولايات المتحدة الأمريكية) لإرسال 4425 قمرًا صناعيًا إلى مدار أرضي منخفض (LEO، مدار أرضي منخفض) لتوفير شبكة إنترنت عالمية عالية السرعة، كانت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) قلقة بشأن هذا الأمر. شركة أكثر من سنة تم تقديم اللجان والعرائض المنافسة لرفض الطلب، بما في ذلك تقديم "خطة للحد من الحطام المداري" لتهدئة المخاوف من نهاية العالم في كيسلر. في 28 مارس، وافقت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) على طلب شركة SpaceX.
الحطام الفضائي ليس هو الشيء الوحيد الذي يقلق لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، كما أن SpaceX ليست المنظمة الوحيدة التي تحاول بناء الجيل القادم من مجموعات الأقمار الصناعية. تتبنى مجموعة قليلة من الشركات، الجديدة والقديمة على حد سواء، تقنيات جديدة، وتطور خطط عمل جديدة وتقدم التماسًا إلى لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) للوصول إلى أجزاء من طيف الاتصالات التي تحتاجها لتغطية الأرض بالإنترنت السريع والموثوق.
وتشارك أسماء كبيرة - من ريتشارد برانسون إلى إيلون ماسك - إلى جانب الأموال الكبيرة. جمعت شركة OneWeb التابعة لبرانسون 1,7 مليار دولار حتى الآن، وقد قدّر رئيس شركة SpaceX والمدير التنفيذي للعمليات جوين شوتويل قيمة المشروع بـ 10 مليارات دولار.
وبطبيعة الحال، هناك مشاكل كبيرة، ويشير التاريخ إلى أن تأثيرها غير موات على الإطلاق. يحاول الأخيار سد الفجوة الرقمية في المناطق المحرومة، بينما يقوم الأشرار بوضع أقمار صناعية غير قانونية على الصواريخ. ويأتي كل هذا في الوقت الذي يتزايد فيه الطلب على توصيل البيانات بشكل كبير: في عام 2016، تجاوزت حركة الإنترنت العالمية 1 سيكستيليون بايت، وفقًا لتقرير صادر عن شركة سيسكو، مما أنهى عصر الزيتابايت.
إذا كان الهدف هو توفير وصول جيد إلى الإنترنت حيث لم يكن هناك ذلك من قبل، فإن الأقمار الصناعية هي وسيلة ذكية لتحقيق ذلك. في الواقع، تقوم الشركات بذلك منذ عقود باستخدام الأقمار الصناعية الكبيرة المستقرة بالنسبة إلى الأرض (GSO)، والتي تكون في مدارات عالية جدًا حيث تساوي فترة الدوران سرعة دوران الأرض، مما يجعلها ثابتة فوق منطقة معينة. ولكن باستثناء عدد قليل من المهام ذات التركيز الضيق، على سبيل المثال، مسح سطح الأرض باستخدام 175 قمرًا صناعيًا منخفض المدار ونقل 7 بيتابايت من البيانات إلى الأرض بسرعة 200 ميجابت في الثانية، أو مهمة تتبع البضائع أو توفير الشبكة الوصول إلى القواعد العسكرية، لم يكن هذا النوع من الاتصالات عبر الأقمار الصناعية سريعًا وموثوقًا بما يكفي للتنافس مع الألياف الضوئية الحديثة أو الإنترنت عبر الكابل.
تشمل الأقمار الصناعية غير المستقرة بالنسبة إلى الأرض (Non-GSOs) الأقمار الصناعية التي تعمل في مدار أرضي متوسط (MEO)، على ارتفاعات تتراوح بين 1900 و35000 كيلومتر فوق سطح الأرض، والأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض (LEO)، التي تدور على ارتفاعات أقل من 1900 كيلومتر. . اليوم، أصبحت الأجسام المدارية الأرضية (LEOs) تحظى بشعبية كبيرة، وفي المستقبل القريب من المتوقع أنه إذا لم تكن جميع الأقمار الصناعية ستكون على هذا النحو، فمن المؤكد أنها ستكون كذلك.
وفي الوقت نفسه، كانت القواعد التنظيمية الخاصة بالأقمار الصناعية غير المستقرة بالنسبة إلى الأرض موجودة منذ فترة طويلة، وهي مقسمة بين الوكالات داخل الولايات المتحدة وخارجها: وكالة ناسا، ولجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، ووزارة الدفاع الأمريكية (DOD)، وإدارة الطيران الفيدرالية (FAA)، وحتى الاتحاد الدولي للاتصالات التابع للأمم المتحدة، جميعها في اللعبة.
ومع ذلك، من وجهة نظر تكنولوجية هناك بعض المزايا العظيمة. انخفضت تكلفة بناء قمر صناعي مع تحسن الجيروسكوبات والبطاريات بسبب تطور الهواتف المحمولة. كما أنها أصبحت أقل تكلفة في الإطلاق، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى صغر حجم الأقمار الصناعية نفسها. لقد زادت القدرة، كما جعلت الاتصالات بين الأقمار الصناعية الأنظمة أسرع، وأصبحت الأطباق الكبيرة التي تشير إلى السماء عتيقة الطراز.
وقد قدمت إحدى عشرة شركة مستندات إلى لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، إلى جانب شركة SpaceX، حيث قامت كل شركة بمعالجة المشكلة بطريقتها الخاصة.
أعلن إيلون ماسك عن برنامج SpaceX Starlink في عام 2015 وافتتح فرعًا للشركة في سياتل. وقال للموظفين: "نريد إحداث ثورة في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بنفس الطريقة التي أحدثنا بها ثورة في علم الصواريخ".
وفي عام 2016، قدمت الشركة طلبًا إلى لجنة الاتصالات الفيدرالية للحصول على إذن لإطلاق 1600 قمرًا صناعيًا (تم تخفيضها لاحقًا إلى 800) من الآن وحتى عام 2021، ثم إطلاق الباقي حتى عام 2024. ستدور هذه الأقمار الصناعية القريبة من الأرض في 83 مستوى مداريًا مختلفًا. ستتواصل الكوكبة، كما تسمى مجموعة الأقمار الصناعية، مع بعضها البعض عبر وصلات اتصال بصرية (ليزرية) على متنها بحيث يمكن ارتداد البيانات عبر السماء بدلاً من العودة إلى الأرض - مروراً فوق "جسر" طويل بدلاً من يتم إرسالها صعودا وهبوطا.
وفي الميدان، سيقوم العملاء بتركيب نوع جديد من المحطات الطرفية بهوائيات يتم التحكم فيها إلكترونيًا والتي ستتصل تلقائيًا بالقمر الصناعي الذي يقدم حاليًا أفضل إشارة - على غرار الطريقة التي يختار بها الهاتف الخليوي الأبراج. ومع تحرك الأقمار الصناعية LEO بالنسبة إلى الأرض، سيقوم النظام بالتبديل بينها كل 10 دقائق أو نحو ذلك. وبما أنه سيكون هناك الآلاف من الأشخاص الذين يستخدمون النظام، فسيكون هناك دائمًا ما لا يقل عن 20 شخصًا متاحًا للاختيار من بينها، وفقًا لباتريشيا كوبر، نائب رئيس عمليات الأقمار الصناعية في SpaceX.
ينبغي أن تكون المحطة الأرضية أرخص وأسهل في التركيب من هوائيات الأقمار الصناعية التقليدية، والتي يجب أن تكون موجهة فعليًا نحو الجزء من السماء حيث يوجد القمر الصناعي المستقر بالنسبة إلى الأرض. تقول شركة SpaceX إن المحطة لن تكون أكبر من علبة البيتزا (على الرغم من أنها لم تحدد حجم البيتزا التي ستكون عليها).
سيتم توفير الاتصالات في نطاقي تردد: Ka وKu. كلاهما ينتمي إلى الطيف الراديوي، على الرغم من أنهما يستخدمان ترددات أعلى بكثير من تلك المستخدمة للستيريو. النطاق Ka هو الأعلى بين الاثنين، بترددات تتراوح بين 26,5 جيجا هرتز و40 جيجا هرتز، بينما يقع النطاق Ku من 12 جيجا هرتز إلى 18 جيجا هرتز في الطيف. حصلت Starlink على إذن من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لاستخدام ترددات معينة، عادةً ما تعمل الوصلة الصاعدة من المحطة إلى القمر الصناعي بترددات من 14 جيجا هرتز إلى 14,5 جيجا هرتز والوصلة الهابطة من 10,7 جيجا هرتز إلى 12,7 جيجا هرتز، وسيتم استخدام الباقي للقياس عن بعد، التتبع والتحكم، وكذلك ربط الأقمار الصناعية بالإنترنت الأرضي.
وبصرف النظر عن ملفات لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، ظلت SpaceX صامتة ولم تكشف بعد عن خططها. ومن الصعب معرفة أي تفاصيل تقنية لأن SpaceX تقوم بتشغيل النظام بأكمله، بدءًا من المكونات التي ستحملها الأقمار الصناعية إلى الصواريخ التي ستحملها إلى السماء. ولكن لكي ينجح المشروع، سيعتمد الأمر على ما إذا كانت الخدمة قادرة على تقديم سرعات مماثلة أو أفضل من الألياف ذات الأسعار المماثلة، إلى جانب الموثوقية وتجربة المستخدم الجيدة.
وفي فبراير، أطلقت شركة سبيس إكس أول نموذجين أوليين لأقمار ستارلينك الصناعية، وهي أسطوانية الشكل ومزودة بألواح شمسية تشبه الجناح. يبلغ طول Tintin A وB حوالي المتر، وأكد ماسك عبر تويتر أنهما تواصلا بنجاح. وإذا استمرت النماذج الأولية في العمل، فسوف ينضم إليها مئات النماذج الأخرى بحلول عام 2019. بمجرد تشغيل النظام، ستقوم SpaceX باستبدال الأقمار الصناعية التي تم إخراجها من الخدمة بشكل مستمر لمنع تكوين الحطام الفضائي، وسيقوم النظام بإرشادها لخفض مداراتها في وقت معين، وبعد ذلك ستبدأ في السقوط والاحتراق. الجو. في الصورة أدناه يمكنك رؤية كيف تبدو شبكة Starlink بعد 6 عمليات إطلاق.
القليل من التاريخ
في الثمانينيات، كانت شركة HughesNet رائدة في مجال تكنولوجيا الأقمار الصناعية. هل تعرف تلك الهوائيات ذات الحجم الرمادي التي يتم تركيبها بواسطة DirecTV على السطح الخارجي للمنازل؟ إنهم يأتون من HughesNet، والتي نشأت في حد ذاتها من رائد الطيران هوارد هيوز. يقول نائب الرئيس التنفيذي مايك كوك: "لقد اخترعنا التكنولوجيا التي تتيح لنا توفير اتصالات تفاعلية عبر الأقمار الصناعية".
في تلك الأيام، كانت شركة Hughes Network Systems آنذاك تمتلك شركة DirecTV وكانت تدير أقمارًا صناعية كبيرة ثابتة بالنسبة للأرض تبث المعلومات إلى أجهزة التلفزيون. آنذاك والآن، قدمت الشركة أيضًا خدمات للشركات، مثل معالجة معاملات بطاقات الائتمان في محطات الوقود. كان العميل التجاري الأول هو Walmart، الذي أراد ربط الموظفين في جميع أنحاء البلاد بمكتب منزلي في بنتونفيل.
في منتصف التسعينيات، أنشأت الشركة نظام إنترنت هجينًا يسمى DirecPC: يرسل كمبيوتر المستخدم طلبًا عبر اتصال الطلب الهاتفي إلى خادم ويب ويتلقى استجابة عبر القمر الصناعي، مما ينقل المعلومات المطلوبة إلى طبق المستخدم بسرعات أعلى بكثير مما يمكن أن يوفره الطلب الهاتفي.
في حوالي عام 2000، بدأت هيوز في تقديم خدمات الوصول إلى الشبكة ثنائية الاتجاه. لكن الحفاظ على تكلفة الخدمة، بما في ذلك تكلفة معدات العميل، منخفضة بما يكفي ليشتريها الناس كان يمثل تحديًا. وللقيام بذلك، قررت الشركة أنها بحاجة إلى أقمار صناعية خاصة بها، وفي عام 2007 أطلقت Spaceway. ووفقا لهيوز، فإن هذا القمر الصناعي، الذي لا يزال قيد الاستخدام حتى اليوم، كان ذا أهمية خاصة عند الإطلاق لأنه كان أول من دعم تقنية تبديل الحزم على متنه، وأصبح في الأساس أول محول فضائي يلغي القفزة الإضافية لمحطة أرضية للاتصالات. آخر. تبلغ سعتها أكثر من 10 جيجابت/ثانية، و24 جهاز إرسال واستقبال بسرعة 440 ميجابت/ثانية، مما يسمح للمشتركين الأفراد بالحصول على ما يصل إلى 2 ميجابت/ثانية للإرسال وما يصل إلى 5 ميجابت/ثانية للتنزيل. تم تصنيع Spaceway 1 بواسطة شركة Boeing على أساس منصة الأقمار الصناعية Boeing 702. وكان وزن إطلاق الجهاز 6080 كجم. في الوقت الحالي، تعد Spaceway 1 واحدة من أثقل المركبات الفضائية التجارية (SC) - فقد حطمت الرقم القياسي للقمر الصناعي Inmarsat 5 F4 الذي تم إطلاقه باستخدام مركبة الإطلاق Atlas 1 (5959 كجم) قبل شهر. في حين أن أثقل GSO تجاريًا، بحسب ويكيبيديا، تم إطلاقه عام 2018، تبلغ كتلته 7 أطنان. الجهاز مزود بحمولة مرحل Ka-band (RP). يشتمل PN على صفيف هوائي مرحلي يتم التحكم فيه بطول 2 متر يتكون من 1500 عنصر. تشكل PN تغطية متعددة الحزم لضمان بث شبكات البرامج التلفزيونية المختلفة في مناطق مختلفة. يتيح هذا الهوائي الاستخدام المرن لقدرات المركبة الفضائية في ظروف السوق المتغيرة.
وفي الوقت نفسه، أمضت شركة تدعى Viasat حوالي عقد من الزمن في البحث والتطوير قبل إطلاق أول قمر صناعي لها في عام 2008. يضم هذا القمر الصناعي، المسمى ViaSat-1، بعض التقنيات الجديدة مثل إعادة استخدام الطيف. سمح ذلك للقمر الصناعي بالاختيار بين نطاقات ترددية مختلفة من أجل نقل البيانات إلى الأرض دون تداخل، حتى لو كان ينقل البيانات مع شعاع من قمر صناعي آخر، فيمكنه إعادة استخدام هذا النطاق الطيفي في اتصالات لم تكن متجاورة.
وقد وفر هذا سرعة وأداء أكبر. عندما دخل الخدمة، كان لديه إنتاجية تبلغ 140 جيجابت في الثانية، أي أكثر من جميع الأقمار الصناعية الأخرى مجتمعة التي تغطي الولايات المتحدة، وفقًا لرئيس Viasat، ريك بالدريدج.
يقول بالدريج: "كان سوق الأقمار الصناعية مخصصًا للأشخاص الذين ليس لديهم خيار آخر". "إذا لم تتمكن من الوصول بأي طريقة أخرى، فقد كانت تكنولوجيا الملاذ الأخير. كانت تتمتع بتغطية واسعة النطاق، لكنها لم تكن تحمل الكثير من البيانات. ولذلك، تم استخدام هذه التكنولوجيا بشكل أساسي لمهام مثل المعاملات في محطات الوقود.
على مر السنين، قامت شركة HughesNet (المملوكة الآن لشركة EchoStar) وViasat ببناء أقمار صناعية ثابتة بالنسبة للأرض بشكل أسرع فأسرع. أصدرت HughesNet EchoStar XVII (120 جيجابت في الثانية) في عام 2012، وEchoStar XIX (200 جيجابت في الثانية) في عام 2017، وتخطط لإطلاق EchoStar XXIV في عام 2021، والذي تقول الشركة إنه سيوفر 100 ميجابت في الثانية للمستهلكين.
تم إطلاق ViaSat-2 في عام 2017 وتبلغ سعته الآن حوالي 260 جيجابت/ثانية، ومن المقرر إطلاق ثلاثة ViaSat-3 مختلفة في عام 2020 أو 2021، يغطي كل منها أجزاء مختلفة من العالم. وقالت Viasat إنه من المتوقع أن يكون لكل من أنظمة ViaSat-3 الثلاثة إنتاجية تبلغ تيرابايت في الثانية، أي ضعف سرعة جميع الأقمار الصناعية الأخرى التي تدور حول الأرض مجتمعة.
"لدينا سعة كبيرة جدًا في الفضاء مما يغير الديناميكية الكاملة لتوصيل هذه الحركة. يقول دي كيه ساشديف، مستشار تكنولوجيا الأقمار الصناعية والاتصالات الذي يعمل لدى شركة LeoSat، إحدى الشركات التي تطلق كوكبة LEO: "لا توجد قيود على ما يمكن تقديمه". "اليوم، يتم التخلص من جميع عيوب الأقمار الصناعية واحدة تلو الأخرى."
لم يحدث سباق السرعة هذا برمته عن طريق الصدفة، حيث بدأ الإنترنت (الاتصال ثنائي الاتجاه) يحل محل التلفزيون (الاتصال أحادي الاتجاه) كخدمة تستخدم الأقمار الصناعية.
يقول رونالد فان دير بريجن، مدير الامتثال في شركة LeoSat: "إن صناعة الأقمار الصناعية في حالة جنون طويلة جدًا، حيث تكتشف كيف ستنتقل من إرسال الفيديو أحادي الاتجاه إلى نقل البيانات بالكامل". "هناك الكثير من الآراء حول كيفية القيام بذلك، وما يجب القيام به، وما هي السوق التي يجب خدمتها."
تبقى مشكلة واحدة
تأخير. على عكس السرعة الإجمالية، فإن زمن الاستجابة هو مقدار الوقت الذي يستغرقه الطلب للانتقال من جهاز الكمبيوتر الخاص بك إلى وجهته والعودة. لنفترض أنك نقرت على رابط على موقع ويب، ويجب أن يذهب هذا الطلب إلى الخادم ويعود مرة أخرى (أي أن الخادم قد تلقى الطلب بنجاح وهو على وشك إعطائك المحتوى المطلوب)، وبعد ذلك يتم تحميل صفحة الويب.
يعتمد الوقت المستغرق لتحميل الموقع على سرعة الاتصال لديك. الوقت المستغرق لإكمال طلب التنزيل هو زمن الوصول. يتم قياسه عادةً بالمللي ثانية، لذلك لا يمكن ملاحظته عند تصفح الويب، ولكنه مهم عند ممارسة الألعاب عبر الإنترنت. ومع ذلك، هناك حقائق عندما تمكن المستخدمون من الاتحاد الروسي من لعب بعض الألعاب عبر الإنترنت وتمكنوا من لعبها حتى عندما يقترب زمن الوصول (ping) من ثانية واحدة.
يعتمد التأخير في نظام الألياف الضوئية على المسافة، ولكنه عادةً ما يصل إلى عدة ميكروثانية لكل كيلومتر؛ ويأتي زمن الوصول الرئيسي من المعدات، على الرغم من أن التأخير يكون أكثر أهمية مع الوصلات الضوئية ذات الطول الكبير نظرًا لحقيقة أنه في الألياف -خط الاتصال البصري (FOCL) تبلغ سرعة الضوء 60% فقط من سرعة الضوء في الفراغ، ويعتمد أيضًا بشكل كبير على الطول الموجي. وفقًا لبالدريج، فإن زمن الوصول عند إرسال طلب إلى قمر صناعي مستقر بالنسبة إلى الأرض يبلغ حوالي 700 مللي ثانية - ينتقل الضوء بشكل أسرع في فراغ الفضاء منه في الألياف، لكن هذه الأنواع من الأقمار الصناعية بعيدة جدًا، ولهذا السبب تستغرق وقتًا طويلاً. وإلى جانب الألعاب، تعتبر هذه المشكلة كبيرة بالنسبة لمؤتمرات الفيديو، والمعاملات المالية وسوق الأوراق المالية، ومراقبة إنترنت الأشياء، وغيرها من التطبيقات التي تعتمد على سرعة التفاعل.
ولكن ما مدى أهمية مشكلة الكمون؟ معظم النطاق الترددي المستخدم في جميع أنحاء العالم مخصص للفيديو. بمجرد تشغيل الفيديو وتخزينه مؤقتًا بشكل صحيح، يصبح زمن الوصول أقل عاملاً وتصبح السرعة أكثر أهمية. ليس من المستغرب أن تميل شركتا Viasat وHughesNet إلى تقليل أهمية زمن الوصول لمعظم التطبيقات، على الرغم من أن كلاهما يعملان على تقليله في أنظمتهما أيضًا. تستخدم HughesNet خوارزمية لتحديد أولويات حركة المرور بناءً على ما يهتم به المستخدمون لتحسين تسليم البيانات. أعلنت شركة Viasat عن تقديم كوكبة من الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المتوسط (MEO) لاستكمال شبكتها الحالية، والتي من المفترض أن تقلل من الكمون وتوسع التغطية، بما في ذلك عند خطوط العرض العالية حيث تتمتع الأجسام المستقرة بالنسبة إلى الأرض الاستوائية بزمن وصول أعلى.
يقول بالدريج: "نحن نركز حقًا على الحجم الكبير والتكاليف الرأسمالية المنخفضة جدًا لنشر هذا الحجم". "هل زمن الاستجابة لا يقل أهمية عن الميزات الأخرى للسوق الذي ندعمه"؟
ومع ذلك، لا يزال هناك حل، إذ لا تزال الأقمار الصناعية LEO أقرب بكثير إلى المستخدمين. لذا فقد اختارت شركات مثل SpaceX وLeoSat هذا الطريق، وتخطط لنشر كوكبة من الأقمار الصناعية الأصغر حجمًا والأقرب، مع زمن استجابة متوقع يتراوح بين 20 إلى 30 مللي ثانية للمستخدمين.
يقول كوك: "إنها مقايضة، نظرًا لوجودهم في مدار منخفض، فإنك تحصل على زمن وصول أقل من نظام المدار الأرضي المنخفض، ولكن لديك نظام أكثر تعقيدًا". "لإكمال الكوكبة، يجب أن يكون لديك على الأقل مئات الأقمار الصناعية لأنها في مدار منخفض، وتتحرك حول الأرض، وتتجاوز الأفق بسرعة أكبر وتختفي... وتحتاج إلى نظام هوائي يمكنه تتبعهم."
لكن الأمر يستحق أن نتذكر قصتين. في أوائل التسعينيات، استثمر بيل جيتس والعديد من شركائه حوالي مليار دولار في مشروع يسمى Teledesic لتوفير النطاق العريض للمناطق التي لا تستطيع تحمل تكاليف الشبكة أو لن ترى خطوط الألياف الضوئية قريبًا. كان من الضروري بناء كوكبة مكونة من 90 قمرًا صناعيًا (تم تخفيضها لاحقًا إلى 840) قمرًا صناعيًا LEO. تحدث مؤسسوها عن حل مشكلة الكمون وفي عام 288 طلبوا من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) استخدام طيف النطاق Ka. يبدوا مألوفا؟
لقد التهمت Teledesic ما يقدر بنحو 9 مليارات دولار قبل أن تفشل في عام 2003.
يقول: “لم تنجح الفكرة في ذلك الوقت بسبب ارتفاع تكلفة الصيانة والخدمات للمستخدم النهائي، لكنها تبدو ممكنة الآن”. ، أستاذ نظم المعلومات في جامعة ولاية كاليفورنيا دومينغيز هيلز الذي كان يراقب أنظمة LEO منذ ظهور Teledesic. "التكنولوجيا لم تكن متقدمة بما فيه الكفاية لذلك."
أعطى قانون مور والتحسينات في بطارية الهاتف الخليوي وتكنولوجيا الاستشعار والمعالج لكوكبات المدار الأرضي المنخفض فرصة ثانية. زيادة الطلب تجعل الاقتصاد يبدو مغريا. ولكن بينما كانت ملحمة Teledesic تدور رحاها، اكتسبت صناعة أخرى بعض الخبرة المهمة في إطلاق أنظمة الاتصالات إلى الفضاء. وفي أواخر التسعينيات، أطلقت شركات إيريديوم وجلوبال ستار وأوربكوم بشكل مشترك أكثر من 90 قمر صناعي منخفض المدار لتوفير تغطية للهواتف المحمولة.
يقول زاك مانشيستر، الأستاذ المساعد في علم الطيران والملاحة الفضائية في جامعة ستانفورد: "يستغرق بناء كوكبة كاملة سنوات، لأنك تحتاج إلى مجموعة كاملة من عمليات الإطلاق، وهو أمر مكلف للغاية". "على مدى فترة خمس سنوات أو نحو ذلك، توسعت البنية التحتية لأبراج الاتصالات الخلوية الأرضية إلى درجة أصبحت فيها التغطية جيدة حقًا وتصل إلى معظم الناس."
وسرعان ما أفلست الشركات الثلاث. وبينما أعاد كل منها اختراع نفسه من خلال تقديم مجموعة أصغر من الخدمات لأغراض محددة، مثل إشارات الطوارئ وتتبع البضائع، لم ينجح أي منها في استبدال خدمة الهاتف الخلوي القائمة على الأبراج. على مدى السنوات القليلة الماضية، قامت شركة SpaceX بإطلاق أقمار صناعية لإيريديوم بموجب عقد.
يقول مانشستر: "لقد شاهدنا هذا الفيلم من قبل". "لا أرى أي شيء مختلف جذريًا في الوضع الحالي."
منافسة
لدى SpaceX و11 شركة أخرى (والمستثمرين فيها) رأي مختلف. تطلق OneWeb أقمارًا صناعية هذا العام، ومن المتوقع أن تبدأ الخدمات في وقت مبكر من العام المقبل، يليها المزيد من الأبراج في عامي 2021 و2023، بهدف نهائي يبلغ 1000 تيرابت في الثانية بحلول عام 2025. O3b، وهي الآن شركة تابعة لشركة SAS، لديها كوكبة من 16 قمرًا صناعيًا MEO تعمل منذ عدة سنوات. تقوم Telesat بالفعل بتشغيل الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض، ولكنها تخطط لإنشاء نظام LEO لعام 2021 والذي سيكون له روابط بصرية بزمن انتقال يتراوح بين 30 إلى 50 مللي ثانية.
لدى Upstart Astranis أيضًا قمر صناعي في مدار متزامن مع الأرض وسيتم نشره أكثر في السنوات القليلة المقبلة. على الرغم من أنها لا تحل مشكلة زمن الوصول، إلا أن الشركة تتطلع إلى خفض التكاليف بشكل جذري من خلال العمل مع مزودي الإنترنت المحليين وبناء أقمار صناعية أصغر حجمًا وأرخص بكثير.
وتخطط LeoSat أيضًا لإطلاق السلسلة الأولى من الأقمار الصناعية في عام 2019، وإكمال الكوكبة في عام 2022. وسوف تطير حول الأرض على ارتفاع 1400 كيلومتر، وتتصل بالأقمار الصناعية الأخرى في الشبكة باستخدام الاتصالات البصرية، وتنقل المعلومات لأعلى ولأسفل في النطاق Ka. لقد حصلوا على الطيف المطلوب دوليًا، كما يقول ريتشارد فان دير بريجن، الرئيس التنفيذي لشركة LeoSat، ويتوقع موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية قريبًا.
وفقًا لفان دير بريجن، فإن الدفع نحو إنترنت أسرع عبر الأقمار الصناعية كان يعتمد إلى حد كبير على بناء أقمار صناعية أكبر وأسرع قادرة على نقل المزيد من البيانات. يسميه "الأنبوب": كلما كان الأنبوب أكبر، كلما زادت إمكانية اختراق الإنترنت من خلاله. لكن الشركات مثله تجد مجالات جديدة للتحسين من خلال تغيير النظام بأكمله.
يقول فان دير بريجن: "تخيل أصغر نوع من الشبكات - جهازي توجيه من Cisco وسلك بينهما". "ما تفعله جميع الأقمار الصناعية هو توفير سلك بين صندوقين... وسنقوم بتوصيل المجموعة الكاملة المكونة من ثلاثة صناديق إلى الفضاء."
تخطط LeoSat لنشر 78 قمرًا صناعيًا، كل منها بحجم طاولة طعام كبيرة ويزن حوالي 1200 كجم. تم بناؤها بواسطة إيريديوم، وهي مجهزة بأربعة ألواح شمسية وأربعة أجهزة ليزر (واحدة في كل زاوية) للاتصال بالجيران. هذا هو الارتباط الذي يعتبره فان دير بريجن الأكثر أهمية. تاريخيًا، عكست الأقمار الصناعية الإشارة على شكل حرف V من المحطة الأرضية إلى القمر الصناعي ثم إلى جهاز الاستقبال. ونظرًا لأن الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض منخفضة، فإنها لا تستطيع أن تصل إلى مسافة بعيدة، ولكنها يمكنها نقل البيانات فيما بينها بسرعة كبيرة.
لفهم كيفية عمل ذلك، من المفيد التفكير في الإنترنت كشيء له كيان مادي فعلي. إنها ليست مجرد بيانات، بل هي المكان الذي تعيش فيه هذه البيانات وكيف تتحرك. لا يتم تخزين الإنترنت في مكان واحد، فهناك خوادم في جميع أنحاء العالم تحتوي على بعض المعلومات، وعندما تدخل إليها، يقوم جهاز الكمبيوتر الخاص بك بأخذ البيانات من أقرب خادم يحتوي على ما تبحث عنه. أين هو مهم؟ وكم يهم؟ ينتقل الضوء (المعلومات) في الفضاء بسرعة تقارب ضعف سرعة الألياف. وعندما تقوم بتشغيل اتصال ألياف حول كوكب ما، فإنه يجب أن يتبع مسارًا التفافيًا من عقدة إلى أخرى، مع تحويلات حول الجبال والقارات. لا يحتوي الإنترنت عبر الأقمار الصناعية على هذه العيوب، وعندما يكون مصدر البيانات بعيدًا، على الرغم من إضافة بضعة آلاف من الأميال من المسافة العمودية، فإن زمن الوصول مع LEO سيكون أقل من زمن الوصول مع إنترنت الألياف الضوئية. على سبيل المثال، يمكن أن يكون زمن الاتصال من لندن إلى سنغافورة 112 مللي ثانية بدلاً من 186، مما سيؤدي إلى تحسين الاتصال بشكل كبير.
هذه هي الطريقة التي يصف بها فان دير بريجن المهمة: يمكن اعتبار الصناعة بأكملها بمثابة تطوير لشبكة موزعة لا تختلف عن الإنترنت ككل، فقط في الفضاء. يلعب كل من الكمون والسرعة دورًا.
في حين أن تكنولوجيا إحدى الشركات قد تكون متفوقة، إلا أن هذه ليست لعبة محصلتها صفر ولن يكون هناك فائزون أو خاسرون. تستهدف العديد من هذه الشركات أسواقًا مختلفة وتساعد بعضها البعض في تحقيق النتائج التي تريدها. بالنسبة للبعض السفن أو الطائرات أو القواعد العسكرية، بالنسبة للبعض الآخر، المستهلكون الريفيون أو البلدان النامية. ولكن في نهاية المطاف، فإن الشركات لديها هدف مشترك: إنشاء شبكة الإنترنت حيث لا توجد، أو حيث لا يوجد ما يكفي منها، والقيام بذلك بتكلفة منخفضة بالقدر الكافي لدعم نموذج أعمالها.
"نعتقد أنها ليست في الواقع تكنولوجيا منافسة. نحن نعتقد أنه إلى حد ما، هناك حاجة إلى تقنيات LEO وGEO،» كما يقول كوك من HughesNet. "بالنسبة لأنواع معينة من التطبيقات، مثل بث الفيديو على سبيل المثال، فإن نظام GEO فعال للغاية من حيث التكلفة. ومع ذلك، إذا كنت تريد تشغيل التطبيقات التي تتطلب زمن وصول منخفض... LEO هو الحل الأمثل."
في الواقع، تتعاون HughesNet مع OneWeb لتوفير تقنية البوابة التي تدير حركة المرور وتتفاعل مع النظام عبر الإنترنت.
ربما لاحظتم أن كوكبة LeoSat المقترحة أصغر بنحو 10 مرات من كوكبة SpaceX. يقول فان دير بريجن، هذا جيد، لأن LeoSat تهدف إلى خدمة العملاء من الشركات والحكومة ولن تغطي سوى عدد قليل من المجالات المحددة. تبيع شركة O3b الإنترنت للسفن السياحية، بما في ذلك شركة Royal Caribbean، وتتعاون مع مقدمي خدمات الاتصالات في ساموا الأمريكية وجزر سليمان، حيث يوجد نقص في الاتصالات السلكية عالية السرعة.
تستخدم شركة ناشئة صغيرة في تورونتو تدعى Kepler Communications أقمار CubeSats الصغيرة (بحجم رغيف خبز تقريبًا) لتوفير الوصول إلى الشبكة للعملاء ذوي زمن الاستجابة المكثف، ويمكن الحصول على 5 جيجابايت من البيانات أو أكثر في فترة 10 دقائق، وهو أمر مناسب للشبكات القطبية. الاستكشاف والعلوم والصناعة والسياحة. لذا، عند تركيب هوائي صغير، ستصل السرعة إلى 20 ميجابت/ثانية للتحميل وما يصل إلى 50 ميجابت/ثانية للتنزيل، ولكن إذا كنت تستخدم "طبقًا" كبيرًا، فستكون السرعات أعلى - 120 ميجابت/ثانية. للتحميل و150 ميجابت/ثانية للاستقبال. ووفقا لبالدريج، فإن النمو القوي لشركة Viasat يأتي من توفير الإنترنت لشركات الطيران التجارية؛ لقد وقعوا اتفاقيات مع United وJetBlue وAmerican، بالإضافة إلى Qantas وSAS وغيرها.
كيف إذن يتمكن هذا النموذج التجاري القائم على الربح من سد الفجوة الرقمية وجلب الإنترنت إلى البلدان النامية والسكان المحرومين الذين قد لا يتمكنون من دفع نفس القدر من المال في مقابل هذه الخدمة ويكونون على استعداد لدفع أقل؟ سيكون هذا ممكنًا بفضل تنسيق النظام. نظرًا لأن الأقمار الصناعية الفردية لكوكبة LEO (المدار الأرضي المنخفض) في حركة مستمرة، فيجب توزيعها بالتساوي حول الأرض، مما يجعلها تغطي أحيانًا المناطق التي لا يعيش فيها أحد أو حيث يكون السكان فقراء تمامًا. وبالتالي فإن أي هامش يمكن الحصول عليه من هذه المناطق سيكون ربحاً.
ويقول بريس: "أعتقد أنه سيكون لديهم أسعار اتصال مختلفة لمختلف البلدان، وهذا سيسمح لهم بإتاحة الإنترنت في كل مكان، حتى لو كانت منطقة فقيرة للغاية". "بمجرد وجود كوكبة من الأقمار الصناعية، فإن تكلفتها ثابتة بالفعل، وإذا كان القمر الصناعي فوق كوبا ولا يستخدمه أحد، فإن أي دخل يمكنهم الحصول عليه من كوبا هامشي ومجاني (لا يتطلب استثمارات إضافية)".
قد يكون الدخول إلى السوق الاستهلاكية الجماعية أمرًا صعبًا للغاية. وفي الواقع، فإن الكثير من النجاح الذي حققته الصناعة جاء من توفير الإنترنت عالي التكلفة للحكومات والشركات. لكن SpaceX وOneWeb على وجه الخصوص يستهدفان المشتركين الفعليين في خطط أعمالهم.
ووفقا لساتشديف، ستكون تجربة المستخدم مهمة لهذا السوق. يجب عليك تغطية الأرض بنظام سهل الاستخدام وفعال وفعال من حيث التكلفة. يقول ساشديف: "لكن هذا وحده لا يكفي". "أنت بحاجة إلى سعة كافية، وقبل ذلك، تحتاج إلى ضمان أسعار معقولة لمعدات العميل."
من المسؤول عن التنظيم؟
المسألتان الكبيرتان اللتان كان على SpaceX حلهما مع لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) هما كيفية تخصيص طيف الاتصالات عبر الأقمار الصناعية الحالي (والمستقبلي) وكيفية منع الحطام الفضائي. السؤال الأول هو مسؤولية لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، لكن السؤال الثاني يبدو أكثر ملاءمة لناسا أو وزارة الدفاع الأمريكية. كلاهما يراقبان الأجسام التي تدور حولها لمنع الاصطدامات، لكن لا يوجد أي منهما منظم.
يقول مانشستر من جامعة ستانفورد: "لا توجد في الواقع سياسة جيدة منسقة بشأن ما يجب أن نفعله بشأن الحطام الفضائي". "في الوقت الحالي، لا يتواصل هؤلاء الأشخاص مع بعضهم البعض بشكل فعال، ولا توجد سياسة ثابتة."
وتزداد المشكلة تعقيدًا لأن الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض تمر عبر العديد من البلدان. يلعب الاتحاد الدولي للاتصالات دورًا مشابهًا للجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، حيث يقوم بتعيين الطيف، ولكن للعمل داخل بلد ما، يجب على الشركة الحصول على إذن من ذلك البلد. وبالتالي، يجب أن تكون الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض (LEO) قادرة على تغيير النطاقات الطيفية التي تستخدمها اعتمادًا على البلد الذي توجد فيه.
ويتساءل بريس: "هل تريد حقًا أن تحتكر شركة SpaceX الاتصال في هذه المنطقة؟". "من الضروري تنظيم أنشطتهم، ومن له الحق في القيام بذلك؟ إنهم فوق وطنيين. ليس لدى لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) سلطة قضائية في بلدان أخرى."
ومع ذلك، فإن هذا لا يجعل لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) عاجزة. في أواخر العام الماضي، تم رفض السماح لشركة ناشئة صغيرة في وادي السيليكون تدعى Swarm Technologies بإطلاق أربعة نماذج أولية من أقمار الاتصالات LEO، كل منها أصغر من كتاب ورقي الغلاف. كان الاعتراض الرئيسي للجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) هو أن الأقمار الصناعية الصغيرة قد يكون من الصعب للغاية تتبعها، وبالتالي لا يمكن التنبؤ بها وخطيرة.
أطلقهم Swarm على أي حال. وأفاد موقع IEEE Spectrum أن إحدى شركات سياتل التي تقدم خدمات إطلاق الأقمار الصناعية أرسلتهم إلى الهند، حيث ركبوا صاروخًا يحمل عشرات الأقمار الصناعية الأكبر حجمًا. اكتشفت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) ذلك وفرضت غرامة قدرها 900 ألف دولار على الشركة، تُدفع على مدى 000 سنوات، والآن أصبح طلب Swarm للحصول على أربعة أقمار صناعية أكبر في طي النسيان حيث تعمل الشركة سرًا. لكن قبل أيام قليلة ظهرت أنباء عن استلام الموافقة و . وبشكل عام، كان المال والقدرة على التفاوض هو الحل. ويتراوح وزن الأقمار الصناعية من 310 إلى 450 جرامًا، ويوجد حاليًا 7 أقمار صناعية في المدار، وسيتم نشر الشبكة بالكامل في منتصف عام 2020. ويشير أحدث تقرير إلى أنه تم بالفعل استثمار حوالي 25 مليون دولار في الشركة، مما يفتح الوصول إلى السوق ليس فقط للشركات العالمية.
بالنسبة لشركات الإنترنت عبر الأقمار الصناعية القادمة والشركات القائمة التي تستكشف حيلًا جديدة، ستكون السنوات الأربع إلى الثماني المقبلة حاسمة في تحديد ما إذا كان هناك طلب على تقنيتها هنا والآن، أو ما إذا كنا سنرى التاريخ يعيد نفسه مع Teledesic وIridium. ولكن ماذا يحدث بعد ذلك؟ المريخ، بحسب ماسك، فإن هدفه هو استخدام ستارلينك لتوفير الإيرادات لاستكشاف المريخ، بالإضافة إلى إجراء اختبار.
وقال لموظفيه: "يمكننا استخدام هذا النظام نفسه لإنشاء شبكة على المريخ". وأضاف: “سيحتاج المريخ أيضًا إلى نظام اتصالات عالمي، ولا توجد خطوط ألياف بصرية أو أسلاك أو أي شيء”.
بعض الاعلانات 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتوى المثير للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم المبتدئة ، والتي اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com