Starlink — ein großes Vorhaben

Dieser Artikel gehört zu einer Reihe über die allgemeine Aufklärung im Bereich der Weltraumtechnologien.

Starlink — der Plan von SpaceX, Internet über Zehntausende von Satelliten bereitzustellen — ist das Schwerpunkt-Thema in der auf das Universum fokussierten Presse. Wöchentlich erscheinen Artikel über die neuesten Errungenschaften. Wenn das Schema im Allgemeinen klar ist, kann ein gut motivierter Mensch (sagen wir, Ihr demütiger Diener) viele Details aufdecken, indem er sich die Berichte der Federal Communications Commission, gut informierte Menschen, können viele Missverständnisse über diese neue Technologie aufklären, selbst unter den gebildeten Kommentatoren. Häufig findet man Artikel, in denen Starlink mit OneWeb und Kuiper (unter anderen) verglichen wird, als ob sie gleichwertig konkurrieren würden. Andere Autoren, die offensichtlich besorgt um das Wohl des Planeten sind, schreien über Weltraummüll, Weltraumrecht, Standards und die Sicherheit der Astronomie. Ich hoffe, dass der Leser, nachdem er diesen — ziemlich langen — Artikel gelesen hat, Starlink besser versteht und sich mit der Idee anfreunden kann.

Der vorherige Artikel berührte überraschend einen sensiblen Punkt in den Seelen meiner wenigen Leser. Darin erklärte ich, wie Starship SpaceX langfristig an die Spitze bringen wird und gleichzeitig einen Mechanismus für neue Weltraumforschung bereitstellt. Die Botschaft lautete, dass die traditionelle Satellitenindustrie nicht mit SpaceX Schritt halten kann, das beständig seine Kapazitäten ausbaut und die Kosten für die Falcon-Raketenfamilie senkt, was SpaceX in eine schwierige Lage bringt. Auf der einen Seite schuf sie einen Markt im besten Fall im Wert von mehreren Milliarden pro Jahr. Auf der anderen Seite entfachte sie einen unstillbaren Appetit auf Geld — für den Bau einer riesigen Rakete, auf der jedoch kaum jemand zum Mars geschickt werden kann, und sofortige Gewinne sind auch nicht zu erwarten.

Die Lösung dieses Doppeltproblems ist Starlink. Durch die Sammlung und den Start eigener Satelliten könnte SpaceX einen neuen Markt für hochwirksamen und demokratisierten Zugang zu Kommunikation durch den Weltraum schaffen, einen finanziellen Zustrom für den Bau von Raketen gewährleisten, solange diese das Unternehmen noch nicht in den Abgrund gestürzt haben, und ihren wirtschaftlichen Wert auf Billionen steigern. Man sollte das Ausmaß von Ilons Ambitionen nicht unterschätzen. Es gibt nicht viele Branchen, in denen Billionen Dollar im Umlauf sind: Energie, Hochgeschwindigkeitsverkehr, Kommunikation, IT, Gesundheitswesen, Landwirtschaft, Regierung, Verteidigung. Trotz weit verbreiteter Missverständnisse, Weltraumbohrung, Wassergewinnung auf dem Mond und Weltraum-Solarzellen — ist das Geschäft nicht tragfähig. Elon drang in den Energiesektor mit seinem Tesla ein, aber ein zuverlässiger und umfassender Markt für Satelliten und Raketenstarts kann nur durch Telekommunikation gewährleistet werden.

Elon Musk wandte sich erstmals dem Weltraum zu, als er ohne Gegenleistung 80 Millionen Dollar in eine Mission zur Pflanzenzucht auf einem Mars-Sonde investieren wollte. Der Bau einer Stadt auf dem Mars wird wahrscheinlich 100.000 Mal teurer sein, sodass Starlink Musk's Hauptwette ist, um einen Geldstrom sicherzustellen, der für die Finanzierung so notwendig ist einer autonomen Stadt auf dem Mars.

Wofür?

Ich habe schon lange geplant, diesen Artikel zu schreiben, aber erst letzte Woche hatte ich das vollständige Bild. Damals gab Präsidentin von SpaceX, Gwynne Shotwell, Rob Baron ein beeindruckendes Interview, das dann von CNBC in einer großartigen Twitter-Diskussion Michael Schmitz, die gewidmet wurde mehrere Artikel. Dieses Interview zeigte den enormen Unterschied in den Ansätzen von SpaceX zur Satellitenkommunikation im Vergleich zu allen anderen.

Konzept Starlink Entstand 2012, als SpaceX erkannte, dass ihre Kunden – hauptsächlich Anbieter von Satellitenkommunikation – große Geldreserven hatten. Die Startrampen verlangen hohe Preise für den Einsatz von Satelliten und lassen dabei auf irgendeine Weise einen Arbeitsschritt aus – wie kann das sein? Elon träumte davon, eine Satellitengruppe für das Internet zu schaffen, und konnte der praktisch unmöglichen Aufgabe nicht widerstehen und startete den Prozess. Die Entwicklung von Starlink war nicht ohne Schwierigkeiten, aber am Ende dieses Artikels werden Sie, mein Leser, wahrscheinlich überrascht sein, wie gering diese Schwierigkeiten tatsächlich sind – angesichts des Ausmaßes der Idee.

Ist eine so große Gruppierung für das Internet überhaupt notwendig? Und warum gerade jetzt?

Nur aus meiner Erinnerung hat sich das Internet von einem rein akademischen Zeitvertreib zur ersten und einzigen revolutionären Infrastruktur entwickelt. Das ist kein Thema, das eine ausführliche Diskussion verdient, aber ich vermute, dass die globale Nachfrage nach dem Internet und das Einkommen, das es generiert, auch weiterhin um etwa 25 % pro Jahr steigen werden.

Heute beziehen fast alle von uns das Internet von einer kleinen Anzahl geografisch isolierter Monopole. In den USA haben AT&T, Time Warner, Comcast und eine Handvoll kleinerer Akteure das Gebiet unter sich aufgeteilt, um Konkurrenz zu vermeiden, verlangen überhöhte Preise für ihre Dienste und baden im beinahe universellen Hass.

Es gibt einen triftigen Grund für das nicht wettbewerbsfähige Verhalten der Anbieter – abgesehen von ihrer überbordenden Gier. Die Infrastruktur für das Internet aufzubauen – Mikrowellen-Handymasten und Glasfaser – ist extrem teuer. Es ist leicht, die wunderbare Natur des Internets zu vergessen. Meine Großmutter begann während des Zweiten Weltkriegs als Fernmeldedame zu arbeiten, und zu jener Zeit konkurrierte der Telegraph um eine führende strategische Rolle mit Brieftauben! Für die meisten von uns ist die Informationsautobahn etwas Flüchtiges, Immaterielles, aber Daten reisen durch eine physische Welt, in der es Grenzen, Flüsse, Berge, Ozeane, Stürme, Naturkatastrophen und andere Hindernisse gibt. Schon 1996, als die erste Glasfaserleitungen über den Ozean verlegt wurden, Neil Stephenson schrieb ein umfassendes Essay über Cybertourismus. Mit seinem charakteristischen, scharfen Stil beschreibt er anschaulich die bloßen Kosten und die Komplexität des Verlegens dieser Leitungen, über die später dennoch die verdammten 'Koteletts' hinwegrasen. In den meisten der 2000er Jahre wurden Kabel verlegt, sodass die Kosten für die Bereitstellung beeindruckend waren.

Damals arbeitete ich in einem optischen Labor und (wenn ich mich recht entsinne) haben wir den Rekord jener Zeit gebrochen, indem wir eine Multiplexübertragungsrate von 500 Gb/s erreichten. Elektronische Einschränkungen erlaubten es, jede Faser bis zu 0,1 % der theoretischen Bandbreite zu belasten. Fünfzehn Jahre später sind wir bereit, die Schwelle zu überschreiten: Wenn der Datenverkehr diese überschreitet, wird die Faser schmelzen, und wir sind dem schon sehr nah.

Man muss den Datenstrom über die sündige Erde heben – ins All, wo ein Satellit in fünf Jahren problemlos 30.000 Mal die „Kugel“ umkreist. Eine scheinbar offensichtliche Lösung – warum hat sich vorher niemand damit befasst?

Die Iridium-Satellitengruppe, die in den frühen 1990er Jahren von Motorola entwickelt und eingesetzt wurde (erinnert ihr euch noch daran?), wurde zum ersten globalen Low-Orbit-Kommunikationsnetzwerk (wie verlockend in diesem Buch). Zu dem Zeitpunkt, als sie eingeführt wurde, stellte die Nischenfähigkeit, kleine Datenpakete von Asset-Trackern zu routen, ihre einzige Anwendung dar: Mobiltelefone waren so billig geworden, dass Satellitentelefone nie wirklich Fuß fassen konnten. Iridium hatte 66 Satelliten (plus ein paar Ersatzsatelliten) auf 6 Umlaufbahnen – die minimale Anzahl für die Abdeckung des gesamten Planeten.

Wenn Iridium mit 66 Satelliten auskam, warum benötigt SpaceX dann Zehntausende? Was macht sie so anders?

SpaceX trat in dieses Geschäft von der anderen Seite ein – sie begannen mit Starts. Sie wurden Pioniere im Bereich der Wiederverwendbarkeit von Trägersatelliten und beherrschten somit den Markt für kostengünstige Startplätze. Versuche, ihr Angebot mit niedrigeren Preisen zu unterbieten, bringen nicht viel Geld ein, sodass der einzige Weg, um von ihrer Überkapazität zu profitieren, darin besteht, ihr Kunde zu werden. Die Startkosten von SpaceX für eigene Satelliten sind ein Zehntel der Kosten (pro 1 kg) von Iridium, weshalb sie in der Lage sind, einen erheblich breiteren Markt zu bedienen.

Die weltweite Abdeckung von Starlink wird den Zugang zu hochwertigem Internet in jeder Ecke der Welt gewährleisten. Zum ersten Mal hängt die Verfügbarkeit von Internet nicht von der Nähe eines Landes oder einer Stadt zur Glasfaserleitung ab, sondern von der Klarheit des Himmels über unseren Köpfen. Nutzer weltweit werden Zugang zu einem frei von Fesseln globalen Internet haben, unabhängig von den teilweise schlechten und/oder korrupten monopolartigen Regierungen. Die Fähigkeit von Starlink, diese Monopole zu brechen, wird unglaubliche positive Veränderungen in einem Ausmaß katalysieren, die endlich Milliarden von Menschen in einer globalen Cybergemeinschaft der Zukunft vereinen werden.

Eine kleine lyrische Abweichung: Was bedeutet das überhaupt?

Für die heutigen Menschen, die in einer Ära universeller Vernetzung leben, ist das Internet wie die Luft, die wir atmen. Es ist einfach da. Doch wenn wir seine unglaubliche Kraft, positive Veränderungen zu bewirken, außer Acht lassen, sind wir bereits im Herzen dieser Veränderungen. Mit Hilfe des Internets können Menschen ihre Führungskräfte zur Rechenschaft ziehen, mit anderen Menschen am anderen Ende der Welt kommunizieren und Gedanken austauschen, Neues erfinden. Das Internet vereint die Menschheit. Die Geschichte der Modernisierungen ist die Geschichte der Entwicklung von Kommunikationsmöglichkeiten. Zunächst geschah dies durch Reden und epische Poesie. Dann durch Schrift, die den Toten eine Stimme gibt, sodass sie zu den Lebenden sprechen; Schrift ermöglicht es, Daten zu speichern und asynchrone Kommunikation zu führen. Der Druck hat die Nachrichtenproduktion in den Fluss gebracht. Elektronische Kommunikation hat die Datenübertragung weltweit beschleunigt. Persönliche Geräte zur Notizaufnahme wurden allmählich komplexer und entwickelten sich von Notizbüchern zu Mobiltelefonen, von denen jedes ein mit dem Internet verbundener Computer ist, vollgepackt mit Sensoren und zunehmend besser darin, unsere Bedürfnisse vorherzusagen.

Eine Person, die Schrift und Computer im Erkenntnisprozess nutzt, hat bessere Chancen, die Grenzen eines nicht ideal entwickelten Gehirns zu überwinden. Noch erfreulicher ist, dass Mobiltelefone sowohl leistungsstarke Datenspeichergeräte als auch Mechanismen zum Austausch von Ideen sind. Früher verließen sich die Menschen, wenn sie Gedanken teilten, auf die Sprache, die sie in Notizbüchern skizzierten, heute ist es die Norm, dass Notizbücher selbst die Ideen teilen, die Menschen generiert haben. Das traditionelle Modell hat eine Umkehrung erfahren. Die logische Fortsetzung dieses Prozesses ist eine Art kollektives Metawissen, vermittelt durch persönliche Geräte, die noch stärker mit unserem Gehirn integriert sind und miteinander verbunden sind. Und auch wenn wir noch nach dem verlorenen Kontakt zur Natur und der Einsamkeit sehnen, ist es wichtig zu bedenken, dass nur die Technologie einen Großteil unserer Befreiung von "natürlichen" Zyklen des Unwissens, des vorzeitigen Todes (der vermeidbar ist), von Gewalt, Hunger und Zahnverfall verantwortet.

Wie?

Lass uns über das Geschäftsmodell und die Architektur des Projekts Starlink sprechen.

Damit Starlink ein profitables Unternehmen wird, muss der Geldzufluss die Kosten für Bau und Betrieb übersteigen. Traditionell erfordert eine große Investition hohe anfängliche Ausgaben, den Einsatz ausgeklügelter spezialisierter Finanzierungsformen und Versicherungsmechanismen – alles notwendig, um einen Satelliten ins All zu bringen. Ein geostationärer Kommunikationssatellit kann bis zu 500 Millionen Dollar kosten, und der Zusammenbau sowie der Start dauern bis zu 5 Jahre. Daher bauen Unternehmen in diesem Bereich gleichzeitig auch Jets oder Containerschiffe. Riesige Ausgaben, ein Geldzufluss, der kaum die Finanzierungskosten deckt, und ein vergleichsweise kleines Betriebskostenbudget. Im Gegensatz dazu lag das Scheitern von Iridium darin, dass Motorola den Betreiber zwang, ruinöse Lizenzgebühren zu zahlen, was das Unternehmen innerhalb weniger Monate in den Bankrott trieb.

Um ein solches Geschäft zu führen, mussten traditionelle Satellitenunternehmen private Kunden bedienen und hohe Gebühren für die Datenübertragung erheben. Fluggesellschaften, abgelegene Außenposten, Schiffe, Kampfgebiete und kritische Infrastrukturen zahlen etwa 5 Dollar pro 1 MB, was 5000 Mal teurer ist als herkömmliche ADSL-Verbindungen, trotz der Verzögerungen bei der Datenübertragung und der vergleichsweise niedrigen Bandbreite von Satellitenverbindungen.

Starlink plant, mit terrestrischen Dienstanbietern zu konkurrieren, was bedeutet, dass die Daten günstiger geliefert werden müssen und idealerweise weniger als 1 Dollar pro 1 MB kosten sollten. Ist das möglich? Oder, wenn es möglich ist, sollte man fragen: Wie ist das möglich?

Die erste Zutat des neuen Gerichts ist ein günstiger Start. Derzeit verkauft Falcon den Start für 24 Tonnen für etwa 60 Millionen Dollar, also 2500 Dollar pro 1 kg. Allerdings fallen dadurch deutlich höhere interne Kosten an. Die Starlink-Satelliten werden auf wiederverwendbaren Trägerraketen gestartet, sodass die Grenzkosten eines Starts die Kosten einer neuen zweiten Stufe (etwa 4 Millionen Dollar), der Verkleidungen (1 Million) und des Bodendienstes (~1 Million) betragen. Insgesamt also etwa 100.000 Dollar pro Satellit, also mehr als 1000 Mal günstiger als der Start eines herkömmlichen Kommunikationssatelliten.

Die meisten Starlink-Satelliten werden jedoch auf Starship gestartet. In der Tat zeigt die Entwicklung von Starlink, wie die aktualisierten Berichte des FCC belegen, eine gewisse Die Vorstellung davon, wie sich die interne Architektur des Projekts mit der Umsetzung der Idee Starship entwickelt hat. Die Gesamtzahl der Satelliten in der Konstellation stieg von 1.584 auf 2.825, dann auf 7.518 und schließlich auf 30.000. Wenn man den Bruttozuwachs glaubt, ist die Zahl noch höher. Die Mindestanzahl an Satelliten für die erste Entwicklungsphase, damit das Projekt tragfähig ist, beträgt 60 Stück auf 6 Umlaufbahnen (insgesamt 360), während für eine vollständige Abdeckung innerhalb von 53 Grad vom Äquator 24 Umlaufbahnen mit 60 Satelliten erforderlich sind (insgesamt 1.440). Das sind 24 Starts für Falcon für etwa 150 Millionen Dollar interne Kosten. Starship hingegen ist darauf ausgelegt, bis zu 400 Satelliten auf einmal zu starten, ungefähr zu denselben Kosten. Die Starlink-Satelliten müssen alle 5 Jahre ersetzt werden, das bedeutet, dass 6000 Satelliten 15 Starship-Starts pro Jahr erfordern. Das würde etwa 100 Millionen Dollar/Jahr kosten, oder 15.000 Dollar/Satellit. Jeder auf Falcon transportierte Satellit wiegt 227 kg; die auf Starship transportierten Satelliten könnten 320 kg wiegen und externe Geräte tragen, etwas größer sein und dennoch die zulässige Nutzlast nicht überschreiten. Woraus setzt sich die Kosten der Satelliten zusammen? Unter seinen Artgenossen sind die Starlink-Satelliten etwas ungewöhnlich. Sie werden flach montiert, gelagert und gestartet, was sie außergewöhnlich einfach in der Massenproduktion macht. Wie die Erfahrung zeigt, sollte die Produktionskosten ungefähr den Kosten der Startrampe entsprechen. Ist der Preisunterschied groß, bedeutet das, dass die Ressourcen falsch verteilt sind, da die umfassende Senkung der Margenkosten bei der Kostenreduktion nicht besonders groß ist. Ist es wirklich realistisch, 100.000 Dollar pro Satellit bei der ersten Charge von mehreren Hundert zu bezahlen? Mit anderen Worten, ist der Starlink-Satellit in seiner Konstruktion nicht komplizierter als ein Auto?

Aus was setzt sich der Preis für Satelliten zusammen? Unter den Kollegen sind die Starlink-Satelliten etwas Besonderes. Sie werden in flacher Form versammelt, gelagert und gestartet, weshalb sie außergewöhnlich einfach in der Massenproduktion sind. Die Erfahrung zeigt, dass die Produktionskosten ungefähr den Kosten der Startrampe entsprechen sollten. Bei einer großen Preisabweichung bedeutet dies, dass die Ressourcen nicht richtig verteilt sind, da eine umfassende Senkung der margenbezogenen Kosten bei sinkenden Ausgaben nicht so erheblich ausfällt. Ist es wirklich realistisch, 100.000 Dollar pro Satellit bei der ersten Charge von mehreren Hundert zu verlangen? Mit anderen Worten, ist der Starlink-Satellit in seiner Konstruktion nicht komplizierter als ein Auto?

Um diese Frage vollständig zu beantworten, muss man verstehen, warum die Kosten eines Kommunikationssatelliten 1000-mal höher sind, obwohl er nicht 1000-mal komplizierter ist. Um es ganz einfach zu sagen: Warum kostet „Raumfahrt-Technik“ so viel? Dafür gibt es viele Gründe, aber der gewichtigste in diesem Fall ist: Wenn der Start eines Satelliten ins All (vor Falcon) mehr als 100 Millionen kostet, muss er viele Jahre zuverlässig funktionieren, um irgendeinen Gewinn zu erzielen. Solch eine Zuverlässigkeit für das erste und einzige Produkt zu gewährleisten – das ist ein schmerzhafter Prozess und kann Jahre dauern, wobei Hunderte von Menschen mobilisiert werden müssen. Rechnet man die Kosten hinzu, dann sind zusätzliche Prozesse leicht zu rechtfertigen, da der Start ohnehin teuer ist.

Starlink bricht dieses Paradigma, indem es Hunderte von Satelliten produziert, frühe Designfehler schnell behebt und Techniken der Massenproduktion nutzt, um die Kosten zu kontrollieren. Ich kann mir persönlich gut vorstellen, dass bei Starlink an einem Fließband Techniker innerhalb von ein oder zwei Stunden etwas Neues in die Struktur integrieren und alles mit einem Plastikbinder (natürlich auf NASA-Niveau) sichern, während sie das erforderliche Austauschniveau von 16 Satelliten pro Tag aufrechterhalten. Der Starlink-Satellit besteht aus vielen komplexen Teilen, aber ich sehe keinen Grund, warum die Kosten für die tausendste Einheit, die vom Fließband rollt, nicht auf 20.000 gesenkt werden könnten. Tatsächlich schrieb Elon im Mai auf Twitter, dass die Produktionskosten eines Satelliten bereits unter den Startkosten liegen.

Nehmen wir den durchschnittlichen Fall und analysieren die Amortisationszeit, wobei wir die Zahlen runden. Ein Starlink-Satellit, dessen Aufbau und Start 100.000 kostet, hat eine Lebensdauer von 5 Jahren. Wird er sich amortisieren und wenn ja, wie schnell?

In 5 Jahren wird der Starlink-Satellit die Erde 30.000 Mal umrunden. Während jeder dieser anderthalb Stunden wird er den Großteil der Zeit über dem Ozean verbringen und vielleicht 100 Sekunden über einer dicht besiedelten Stadt. In diesem kurzen Zeitfenster überträgt er Daten und versucht, Geld zu verdienen. Wenn man annimmt, dass die Antenne 100 Strahlen unterstützt und jeder Strahl 100 Mb/s überträgt, unter Verwendung einer modernen Kodierung wie 4096QAM, der Satellit generiert 1000 Dollar Gewinn pro Umlauf — bei einem Abonnementpreis von 1 Dollar pro 1 GB. Das reicht aus, um die Kosten für den Einsatz von 100.000 in einer Woche zu decken und vereinfacht die Kapitalstruktur erheblich. Die verbleibenden 29.900 Umläufe sind der Gewinn abzüglich der laufenden Kosten.

Die geschätzten Zahlen können stark variieren, und zwar in beide Richtungen. Aber in jedem Fall, wenn du in der Lage bist, eine qualitativ hochwertige Satellitengruppe für 100.000 oder sogar 1 Million / Einheit in eine niedrige Umlaufbahn zu bringen, ist das ein ernstzunehmendes Angebot. Selbst wenn man die lächerlich kurze Nutzungsdauer berücksichtigt, kann der Starlink-Satellit in seiner Betriebszeit 30 PB Daten übertragen — bei einer amortisierten Kosten von 0,003 Dollar pro 1 GB. Bei der Übertragung über größere Entfernungen steigen die Marginalkosten nahezu nicht an.

Um die Bedeutung dieses Modells zu verstehen, lassen Sie uns es kurz mit zwei anderen Modellen der Datenlieferung an Verbraucher vergleichen: dem traditionellen — Glasfaser und der Satellitengruppe, die von einem Unternehmen angeboten wird, das sich nicht auf den Start von Satelliten spezialisiert hat.

SEA-WE-ME — ein großer Unterwasser-Internetkabel, das Frankreich und Singapur verbindet, wurde 2005 in Betrieb genommen. Die Bandbreite beträgt 1,28 Tb/s, die Einsatzkosten belaufen sich auf 500 Millionen Dollar. Wenn es 10 Jahre lang mit 100 % Leistung betrieben wird und die Gemeinkosten 100 % der Investitionskosten ausmachen, beträgt der Preis für die Übertragung 0,02 Dollar pro 1 GB. Transatlantische Kabel sind kürzer und etwas günstiger, jedoch ist ein Unterwasserkabel nur eine Entität in einer langen Kette von Personen, die Geld für die Datenübertragung verlangen. Die durchschnittliche Kostenschätzung für Starlink liegt bei 8 Mal günstiger, und sie haben

Wie ist das möglich? Der Starlink-Satellit enthält all die komplizierte Technik für die elektronische Vermittlung, die benötigt wird, um Glasfaserkabel zu verbinden, nur dass für die Datenübertragung anstelle eines teuren und zerbrechlichen Kabels Vakuum verwendet wird. Die Übertragung durch den Weltraum reduziert die Anzahl der gemütlichen und ausgedienten Monopole und ermöglicht es den Nutzern, über noch weniger „Hardware“ zu kommunizieren.

Vergleichen wir mit dem konkurrierenden Satellitenentwickler OneWeb. OneWeb plant, eine Konstellation von 600 Satelliten zu erstellen, die durch kommerzielle Anbieter zu einem Preis von etwa 20.000 Dollar pro kg gestartet werden sollen. Das Gewicht eines Satelliten beträgt 150 kg, d.h. bei idealen Verhältnissen würde der Start eines Geräts ungefähr 3 Millionen kosten. Die Kosten für die Satellitentechnologie werden auf 1 Million pro Satellit geschätzt, d.h. bis 2027 werden die Gesamtkosten der Konstellation 2,6 Milliarden betragen. Tests, die OneWeb durchgeführt hat, zeigen eine maximale Bandbreite von 50 Mbit/s, idealerweise für jeden der 16 Strahlen. Wenn wir das gleiche Schema verwenden, nach dem wir die Kosten von Starlink berechnet haben, ergibt sich: Jeder OneWeb-Satellit generiert 80 Dollar pro Umlauf, und in 5 Jahren bringt er insgesamt 2,4 Millionen ein – kaum genug, um die Startkosten zu decken, wenn man auch die Datenübertragung in abgelegene Regionen berücksichtigt. Insgesamt erhalten wir 1,70 Dollar pro 1 GB.

Kürzlich wurden die Worte von Gwynne Shotwell zitiert, dass Starlink angeblich 17 Mal günstiger und schneller als OneWeb sei, was einen Wettbewerbspreis von 0,10 Dollar pro 1 GB impliziert. Und das sogar bei der ursprünglichen Konfiguration von Starlink: mit weniger optimierter Produktion, Start auf Falcon und Einschränkungen bei der Datenübertragung – und nur mit Abdeckung im Norden der USA. Es stellt sich heraus, dass SpaceX einen unbestreitbaren Vorteil hat: Sie können bereits heute einen weitaus fähigeren Satelliten zu einem Preis (pro Einheit) starten, der 15 Mal niedriger ist als bei den Wettbewerbern. Starship wird den Abstand um das 100-Fache vergrößern, wenn nicht mehr, sodass es nicht schwer vorstellbar ist, wie SpaceX bis 2027 30.000 Satelliten für weniger als 1 Milliarde Dollar starten kann, wobei ein Großteil davon aus der eigenen Tasche kommt.

Ich bin mir sicher, dass es auch optimistischere Analysen zu OneWeb und anderen vielversprechenden Satellitenentwicklern gibt, aber ich weiß bisher nicht, wie es bei ihnen aussieht.

Kürzlich hat Morgan Stanley berechnet, dass die Satelliten von Starlink 1 Million Dollar für die Montage und 830.000 Dollar für den Start kosten werden. Gwynne Shotwell antwortete: Er habe angeblich "sooooo ein großes Missverständnis". Interessanterweise sind die Zahlen ähnlich wie unsere Berechnungen zu den Kosten von OneWeb und grob 10 Mal höher als die Schätzung der ursprünglichen Version von Starlink. Die Verwendung von Starship und die industrielle Produktion von Satelliten könnten die Kosten für den Einsatz von Satelliten auf etwa 35.000 Dollar pro Einheit senken. Das ist eine erstaunlich niedrige Zahl.

Der letzte Punkt bleibt — den Gewinn pro Watt Solarenergie zu vergleichen, der für Starlink erzeugt wird. Laut den Fotos auf ihrer Website hat jedes Satellitensolarpanel eine Fläche von etwa 60 m², d.h. es erzeugt durchschnittlich etwa 3 kW oder 4,5 kWh pro Umlauf. Schätzungen zufolge wird jeder Umlauf etwa 1000 Dollar einbringen, und jeder Satellit erzeugt etwa 220 Dollar pro kWh. Das ist 10.000 Mal mehr als der Großhandelspreis für Sonnenenergie, was einmal mehr bestätigt: die Gewinnung von Solarenergie im Weltraum ist ein aussichtsloses Unterfangen. Und die Modulation von Mikrowellen zur Datenübertragung ist ein unverhältnismäßig hoher Mehrwert.

Architektur

Im vorherigen Abschnitt habe ich einen nicht trivialisierbaren, wesentlichen Teil der Architektur von Starlink grob skizziert — wie sie mit der extrem ungleichmäßigen Bevölkerungsdichte des Planeten umgeht. Der Starlink-Satellit strahlt fokussierte Strahlen aus, die Flecken auf der Erdoberfläche bilden. Abonnenten innerhalb eines Flecks teilen sich eine Bandbreite. Die Größe des Flecks wird durch die grundlegende Physik bestimmt: Seine Breite ist ursprünglich (Höhe des Satelliten x Länge der Mikrowelle / Durchmesser der Antenne), was für den Starlink-Satelliten bestenfalls ein paar Kilometer beträgt.

In den meisten Städten liegt die Bevölkerungsdichte bei etwa 1000 Personen/km², wobei sie an einigen Orten auch höher ist. In bestimmten Gebieten von Tokio oder auf Manhattan kann auf einen Fleck mehr als 100.000 Menschen kommen. Glücklicherweise gibt es in jeder dicht besiedelten Stadt einen wettbewerbsfähigen Binnenmarkt für Breitbandinternet, ganz zu schweigen von einem hochentwickelten Mobilfunknetz. Doch wie dem auch sei, wenn zu einem beliebigen Zeitpunkt viele Satelliten desselben Verbundes über der Stadt sind, kann die Bandbreite durch räumliche Verteilung der Antennen sowie durch Verteilung der Frequenzen erhöht werden. Mit anderen Worten, Dutzende von Satelliten können den stärksten Strahl an einem Punkt konzentrieren, und die Nutzer in dieser Region verwenden Erdtterminals, die die Anfragen zwischen den Satelliten verteilen.

Wenn in den frühen Phasen der geeignetste Markt für Dienstleistungen abgelegene, ländliche oder vorstädtische Gebiete ist, werden die Mittel für künftige Anläufe aus qualitativ hochwertigeren Dienstleistungen an stark besiedelte Städte fließen. Das Szenario ist genau das Gegenteil des Standardmarkterweiterungsschemas, bei dem konkurrierende, städtische Dienstleistungen unvermeidlich einen Gewinnrückgang erleiden, wenn sie versuchen, sich in Richtung ärmerer und schwächer besiedelter Gebiete auszubreiten.

Vor einigen Jahren, als ich die Berechnungen durchgeführt habe, war das die beste Bevölkerungsdichtekarte.

Ich habe die Daten aus diesem Bild genommen und drei Grafiken erstellt, die weiter unten dargestellt sind. Die erste zeigt die Häufigkeit der Landfläche nach Bevölkerungsdichte. Am interessantesten ist, dass der größte Teil der Erde überhaupt nicht besiedelt ist, während in praktisch keiner Region mehr als 100 Menschen/qm leben.

Die zweite Grafik zeigt die Frequenz der Menschen nach Bevölkerungsdichte. Und obwohl der größte Teil des Planeten unbesiedelt ist, lebt der Hauptteil der Menschen in Gebieten mit 100–1000 Menschen pro qm. Die ausgeweitete Natur dieses Peaks (um den Faktor höher) spiegelt die Bimodalität in den Urbanisierungsmustern wider. 100 Menschen/qm sind relativ schwach besiedelte ländliche Gebiete, während 1000 Menschen/qm bereits für Vororte charakteristisch sind. Stadtzentren zeigen problemlos Werte von 10.000 Menschen/qm, während die Bevölkerung Manhattans bei 25.000 Menschen/qm liegt.

Die dritte Grafik zeigt die Bevölkerungsdichte nach Breite. Es ist deutlich zu erkennen, dass fast alle Menschen in einem Bereich von 20–40 Grad nördlicher Breite konzentriert sind. So hat sich das geografisch und historisch entwickelt, da ein großer Teil der südlichen Hemisphäre vom Ozean eingenommen wird. Dennoch stellt eine solche Bevölkerungsdichte eine beängstigende Herausforderung für Architekten dar, da Satelliten in beiden Hemisphären eine gleiche Zeitspanne verbringen. Darüber hinaus wird ein Satellit, der sich in einem Winkel von sagen wir 50 Grad um die Erde bewegt, über einen längeren Zeitraum näher an die angegebenen Breitengrenzen sein. Aus diesem Grund benötigt Starlink für die Abdeckung des Nordens der USA nur 6 Umlaufbahnen, während für die Abdeckung des Äquators 24 erforderlich sind.

Es stimmt, dass die Kombination von Bevölkerungsdichte mit der Dichte der Satellitengruppe die Wahl der Orbits offensichtlich macht. Jedes Histogramm repräsentiert einen der vier Berichte von SpaceX im FCC. Persönlich denke ich, dass jeder neue Bericht wie eine Ergänzung des vorherigen ist, aber dennoch ist es nicht schwer zu bemerken, wie zusätzliche Satelliten die Bandbreite über den entsprechenden Regionen in der nördlichen Hemisphäre erhöhen. Im Gegensatz dazu bleibt eine beeindruckende ungenutzte Bandbreite über der südlichen Hemisphäre erhalten – freue dich, liebe Australien!

Was geschieht mit den Benutzerdaten, wenn sie den Satelliten erreichen? In der ursprünglichen Version übertrug der Starlink-Satellit sie sofort zurück an die dedizierte Bodenstation in der Nähe der Bedienzonen. Diese Konfiguration wird als "Direktübertragung" bezeichnet. In Zukunft werden Starlink-Satelliten die Möglichkeit haben, durch Laser miteinander zu kommunizieren. Der Datenaustausch wird insbesondere über dicht besiedelten Städten seinen Höhepunkt erreichen, aber die Daten können in zwei Dimensionen über das Netzwerk von Lasern verteilt werden. In der Praxis bedeutet das, dass es enorm viele Möglichkeiten für ein verborgenes Kommunikationsnetzwerk im Satellitennetz gibt, d.h. Benutzerdaten können "sekundär zur Erde übertragen" werden, wo immer es nötig ist. In der Praxis denke ich, dass die Bodenstationen von SpaceX kombiniert werden können mit Traffic Exchange Nodes außerhalb der Städte.

Es stellt sich heraus, dass die Satelliten-Satelliten-Kommunikation eine komplexe Aufgabe ist, wenn die Satelliten sich nicht gemeinsam bewegen. Die aktuellsten Berichte im FCC berichten von 11 ausgeprägten orbitalen Gruppen von Satelliten. Innerhalb einer bestimmten Gruppe bewegen sich die Satelliten auf derselben Höhe, unter demselben Winkel, mit gleichem Exzentrizität, was bedeutet, dass die Laser die Satelliten relativ einfach in unmittelbarer Nähe finden können. Aber die Annäherungsgeschwindigkeiten zwischen den Gruppen werden in km/s gemessen, daher muss die Kommunikation zwischen den Gruppen, wenn sie überhaupt möglich ist, durch kurze, schnell gesteuerte Mikrowellenverbindungen erfolgen.

Die Topologie orbitaler Gruppen ähnelt der korpuskular-wellenartigen Theorie des Lichts und hat nicht wirklich etwas mit unserem Beispiel zu tun. Aber meiner Meinung nach ist sie hervorragend, weshalb ich sie in den Artikel aufgenommen habe. Wenn Sie sich für diesen Abschnitt nicht interessieren, können Sie direkt zu "Die Einschränkungen der fundamentalistischen Physik" übergehen.

Der Torus – oder Donut – ist ein mathematisches Objekt, das durch zwei Radien definiert ist. Es ist recht einfach, auf der Oberfläche eines Torus Kreise zu zeichnen: entweder parallel zur oder senkrecht zur Form. Für Sie könnte die Entdeckung interessant sein – es gibt zwei andere Familien von Kreisen, die Sie auf der Oberfläche eines Torus darstellen können. Beide verlaufen durch die Öffnung in seiner Mitte und um den Umfang. Das sind die. "Vallarso-Kreise", und ich verwendete diese Konstruktion, als ich 2015 einen Toroid für die Tesla-Spule "Der brennende Mann" entwarf.

Und obwohl die Bahnen der Satelliten streng genommen Ellipsen sind und keine Kreise, ist dieselbe Konstruktion auch im Fall von Starlink anwendbar. Eine Gruppierung von 4500 Satelliten auf mehreren orbitalen Ebenen, alle unter einem einheitlichen Winkel, bildet eine kontinuierlich bewegte Schicht über der Erdoberfläche. Die nach Norden gerichtete Schicht über einem bestimmten Breitengrad dreht sich und bewegt sich wieder nach Süden. Um Kollisionen zu vermeiden, werden die Bahnen leicht gedehnt, sodass die nach Norden bewegte Schicht einige Kilometer höher (oder niedriger) ist als die nach Süden bewegte. Zusammen bilden diese beiden Schichten einen torusförmigen Körper, wie unten auf dem stark übertriebenen Diagramm dargestellt.

Ich erinnere daran, dass innerhalb dieses Torus die Kommunikation zwischen benachbarten Satelliten stattfindet. Im Großen und Ganzen gibt es zwischen Satelliten in verschiedenen Schichten keine direkten und dauerhaften Verbindungen, da die Annäherungsgeschwindigkeiten für die Laserleitungsführung zu hoch sind. Der Datenübertragungsweg zwischen den Schichten verläuft wiederum über oder unter dem Torus.

Insgesamt werden 30.000 Satelliten in 11 ineinander geschachtelten Torussen platziert, weit entfernt von der Umlaufbahn der ISS! In diesem Diagramm ist dargestellt, wie all diese Schichten gepackt sind, ohne übertriebenen Exzentrizität.

Und schließlich sollte man über die optimale Flughöhe nachdenken. Es gibt ein Dilemma: eine niedrige Höhe, die eine höhere Durchsatzrate bei kleineren Strahlen ermöglicht, oder eine höhere, die es ermöglicht, den gesamten Planeten mit weniger Satelliten abzudecken? Im Laufe der Zeit wurde in den Berichten der FCC von SpaceX über immer niedrigere Höhen gesprochen, denn mit der Weiterentwicklung macht es Starship möglich, größere Konstellationen schnell einzusetzen.

Eine niedrige Höhe hat auch andere Vorteile, einschließlich des reduzierten Risikos von Kollisionen mit Weltraummüll oder negativen Folgen im Falle eines Geräteausfalls. Aufgrund des erhöhten atmosphärischen Widerstands werden Satelliten von Starlink, die niedriger als andere positioniert sind (330 km), innerhalb weniger Wochen nach dem Verlust der Verfahrensteuerung verglühen. Tatsächlich fliegen Satelliten kaum in 300 km Höhe, und das Halten dieser Höhe erfordert einen integrierten Elektrostrahltriebwerks-Krypton, genauso wie eine aerodynamische Bauweise. Theoretisch könnte ein Satellit in einer ausreichend spitzen Form mit einem Elektrostrahltriebwerk stabil eine Höhe von 160 km halten, aber es ist unwahrscheinlich, dass SpaceX Satelliten so niedrig starten wird, denn es gibt noch einige Tricks, um die Durchsatzrate zu erhöhen.

Einschränkungen der grundlegenden Physik

Es scheint unwahrscheinlich, dass die Preise für die Platzierung eines Satelliten jemals deutlich unter 35.000 fallen werden, selbst wenn die Produktion fortschrittlich und vollständig automatisiert ist und die Starship-Raumschiffe vollständig wiederverwendbar sind. Zudem ist noch unklar, welche Einschränkungen die Physik dem Satelliten auferlegen wird. Die obige Analyse geht von einer maximalen Durchsatzrate von 80 Gbit/s aus (gerundet auf 100 Strahlen, die jeweils 100 Mbit/s übertragen können).

Die obere Grenze der Kanaldurchsatzrate ist festgelegt in der Shannon-Hartley-Theorem und wird in der Statistik zur Bandbreite (1+SNR) angegeben. Die Bandbreite ist häufig beschränkt durch das verfügbare Spektrum, während SNR die verfügbare Energie des Satelliten, das Hintergrundrauschen und Störungen im Kanal aufgrund von nicht idealen Antennen. Ein weiteres bedeutendes Hindernis ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit. Die neuesten FPGA Xilinx Ultrascale+ haben eine GTM-Serie-Durchsatzrate von bis zu 58 Gbit/s., was gut ist unter den derzeitigen Einschränkungen der Informationskapazität des Kanals ohne die Entwicklung benutzerdefinierter ASICs. Aber selbst dann werden 58 Gb/s eine umfassende Frequenzverteilung erfordern, wahrscheinlich in den Ka- oder V-Bändern. V (40–75 GHz) hat zugänglichere Zyklen, ist aber anfälliger für atmosphärische Absorption, insbesondere in Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Sind 100 Strahlen praktikabel? Dieses Problem hat zwei Aspekte: die Strahlbreite und die Dichte des Elements der phasengesteuerten Antennenanordnung. Die Strahlbreite wird durch die Wellenlänge geteilt durch den Durchmesser der Antenne bestimmt. Digitale phasengesteuerte Antennenanordnungen sind nach wie vor eine spezialisierte Technologie, aber die maximalen nützlichen Abmessungen werden durch die Breite bestimmt. Der Schmelzofen (ca. 1 m), und die Nutzung von Hochfrequenzkommunikationen wäre teurer. Die Wellenlänge im Ka-Bereich beträgt etwa 1 cm, wobei die Strahlbreite 0,01 Radianten betragen muss – bei einer Bandbreite auf einem Niveau von 50 % Amplitude. Angenommen, der Raumwinkel des Strahls beträgt 1 Steradiant (ähnlich dem Sichtfeld eines 50-mm-Objektivs), dann wären in diesem Bereich 2500 separate Strahlen ausreichend. Die Linearität impliziert, dass 2500 Strahlen mindestens 2500 Antennenelemente innerhalb der Anordnung erfordern, was prinzipiell realisierbar, aber schwierig ist. Außerdem wird alles stark erhitzt!

Insgesamt 2500 Kanäle, von denen jeder 58 Gb/s unterstützt, sind eine riesige Informationsmenge – grob geschätzt 145 Tb/s. Zum Vergleich: Der gesamte Internetverkehr im Jahr 2020 wird im Durchschnitt bei etwa 640 Tb/s erwartet.Gute Nachrichten für diejenigen, die sich über die prinzipiell geringe Bandbreite des Satelliteninternets Sorgen machen. Wenn die Konstellation aus 30.000 Satelliten bis 2026 in Betrieb geht, könnte der globale Internetverkehr potenziell 800 Tb/s erreichen. Wenn die Hälfte dieses Volumens von etwa 500 Satelliten über dicht besiedelte Gebiete zu jedem Zeitpunkt geliefert wird, würde die Spitzenkapazität jedes Satelliten etwa 800 Gb/s betragen, was zehnmal höher ist als unsere ursprünglichen Hauptschätzungen, d. h. die Finanzmittel könnten potenziell um das Zehnfache steigen.

Für einen Satelliten in einer Höhe von 330 Kilometern deckt der Strahl in 0,01 Radiant eine Fläche von 10 km² ab. In besonders dicht besiedelten Gebieten wie Manhattan leben auf so einer Fläche bis zu 300.000 Menschen. Und was passiert, wenn sie alle gleichzeitig Netflix schauen (7 MB/s in HD-Qualität)? Der gesamte Datenbedarf würde 2000 GB/s betragen, was ungefähr 35 Mal höhere als das derzeit strenge Limit ist, das durch das FPGA-Interface für die serielle Ausgabe auferlegt wird. Es gibt zwei Lösungen für dieses Problem, aber physisch möglich ist nur eine davon.

Die erste besteht darin, mehr Satelliten in den Orbit zu bringen, sodass zu jedem beliebigen Zeitpunkt über den Gebieten mit hohem Bedarf mehr als 35 Stück hängen. Wenn wir erneut 1 Steradiant für einen akzeptablen adressierbaren Abschnitt des Himmels und eine mittlere Orbithöhe von 400 km betrachten, ergibt sich eine Dichte von 0,0002 km², oder insgesamt 100.000 — wenn man sie gleichmäßig über die gesamte Erdoberfläche verteilt. Lassen Sie uns daran erinnern, dass die gewählten Orbits von SpaceX die Abdeckungsdichte über dicht besiedelten Gebieten im Bereich von 20–40 Grad nördlicher Breite erheblich erhöhen, und da erscheint die Zahl von 30.000 Satelliten fast magisch.

Die zweite Idee ist viel cooler, aber leider nicht umsetzbar. Wir erinnern uns, dass die Breite des Strahls durch die Breite des phasengesteuerten Antennen-Arrays definiert wird. Was wäre, wenn viele Arrays auf mehreren Satelliten ihre Leistungen bündeln und einen schmaleren Strahl erzeugen würden – genau wie Radioteleskope wie das VLA (Very Large Array)? Diese Methode ist mit einer Schwierigkeit verbunden: Die Basis zwischen den Satelliten muss genau berechnet werden – mit einer Genauigkeit bis zu einem Submillimeter – um die Phase des Strahls zu stabilisieren. Und selbst wenn dies möglich wäre, würde der daraus resultierende Strahl kaum seitliche Lappen zurückhalten, aufgrund der geringen Dichte der Satellitengruppierungen am Himmel. Auf der Erde würde die Breite des Strahls auf einige Millimeter verringert (ausreichend, um eine Mobilfunkantenne zu verfolgen), aber es wären Millionen – aufgrund der schwachen Zwischenentkopplung. Danke dem Fluch des durchdringenden Antennen-Arrays..

Es stellt sich heraus, dass die Trennung der Kanäle durch Winkelversatz – denn die Satelliten sind über den Himmel verteilt – angemessene Verbesserungen der Bandbreite bietet, ohne die Gesetze der Physik zu verletzen.

Anwendung

Wie sieht das Kundenprofil von Starlink aus? Standardmäßig handelt es sich um Hunderte Millionen von Nutzern, die Antennen in der Größe einer Pizzaschachtel auf ihren Dächern installiert haben, doch es gibt auch andere einkommensstarke Quellen.

In abgelegenen und ländlichen Gebieten sind für die Bodenstationen keine phasengesteuerten Antennenarrays erforderlich, um die Strahlbreite zu maximieren, sodass die Verwendung kleinerer Endgeräte möglich ist: von IoT-Asset-Trackern über tragbare Satellitentelefone, Notfallbojen bis hin zu wissenschaftlichen Geräten zur Tierverfolgung.

In dicht besiedelten städtischen Umgebungen wird Starlink ein primäres und Backup-Transportsystem für das Mobilfunknetz bereitstellen. Auf jede Mobilfunkstation kann eine leistungsstarke Bodenstation installiert werden, die jedoch die Bodenstromquellen zur Verstärkung und Übertragung über die letzte Meile nutzt.

Und schließlich gibt es selbst in überfüllten Gebieten während des primären Rollouts die Möglichkeit, niederorbitale Satelliten mit außergewöhnlich minimaler Latenz zu verwenden. Finanzunternehmen drängen Ihnen beträchtliche Geldsummen auf, nur um schnellere lebenswichtige Daten aus allen Teilen der Welt zu erhalten. Auch wenn der Weg der Daten über Starlink länger als gewöhnlich ist – durch den Weltraum – ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum um 50 % höher als im Quarzglas, was die Differenz bei der Übertragung über größere Distanzen mehr als ausgleicht.

Negative Auswirkungen

Der letzte Abschnitt ist den negativen Auswirkungen gewidmet. Ziel des Artikels ist es, Sie von Missverständnissen bezüglich des Projekts zu befreien, und die potenziellen negativen Auswirkungen von Kontroversen stehen dabei im Vordergrund. Ich werde einige Informationen bereitstellen, ohne übermäßige Interpretationen vorzunehmen. Ich bin schließlich kein Hellseher und habe keine Insiderinformationen von SpaceX.

Meiner Meinung nach hat der erhöhte Zugang zum Internet die gravierendsten Folgen. Selbst in meiner Heimatstadt Pasadena, einer lebhaften und technisch fortgeschrittenen Millionenstadt mit mehreren Observatorien, einer Universität von Weltrang und dem größten NASA-Zentrum, ist die Auswahl an Internetdiensten äußerst begrenzt. Überall in den USA und der restlichen Welt hat sich das Internet zu einem mieterorientierten Versorgungsdienst entwickelt, während die Anbieter nur darauf aus sind, ihre 50 Millionen Dollar pro Monat in einer behaglichen, wettbewerbsfreien Umgebung zu kassieren. Wahrscheinlich ist jeder Dienst, der in Wohnungen und Wohnhäuser geliefert wird, ein Versorgungsdienst, aber die Qualität der Internetdienste ist ungleichmäßiger als die von Wasser, Strom oder Gas.

Das Problem mit dem Status quo ist, dass das Internet im Gegensatz zu Wasser, Elektrizität oder Gas noch jung und in rapider Entwicklung ist. Wir finden ständig neue Anwendungen dafür. Die revolutionärste Innovation wurde bisher nicht entdeckt, aber Paketangebote ersticken die Möglichkeit zu Wettbewerb und Innovation. Milliarden von Menschen bleiben außen vor. digitale Revolution aufgrund von Geburtsumständen oder weil ihr Land zu weit von der Untersee-Kabel-Autobahn entfernt ist. In große Regionen des Planeten wird das Internet immer noch von geostationären Satelliten zu hohen Preisen geliefert.

Starlink, das kontinuierlich Internet aus dem Himmel bereitstellt, bricht dieses Modell. Mir ist bisher kein besserer Weg bekannt, um Milliarden von Menschen mit dem Internet zu verbinden. SpaceX ist auf dem besten Weg, zum Internetanbieter und potenziell zu einem Internetunternehmen zu werden, das mit Google und Facebook konkurriert. Ich wette, darüber haben Sie noch nie nachgedacht.

Dass Satelliteninternet die beste Option ist, ist nicht offensichtlich. Nur SpaceX ist in der Lage, schnell eine umfassende Konstellation von Satelliten aufzubauen, da nur sie ein Jahrzehnt damit verbracht hat, das Monopol von Regierung und Militär auf den Start von Raumfahrzeugen zu brechen. Selbst wenn Iridium den Markt für Mobiltelefone zehnfach übertroffen hätte, hätte es ohne traditionelle Startplätze nicht zu einer breiten Anwendung kommen können. Ohne SpaceX und ihr einzigartiges Geschäftsmodell ist es sehr wahrscheinlich, dass das globale Satelliteninternet einfach nie zustande kommt.

Der zweite große Schlag trifft die Astronomie. Nach dem Start der ersten 60 Starlink-Satelliten gab es eine Welle der Kritik von der internationalen astronomischen Gemeinschaft, die befürchtete, dass die erheblich erhöhte Anzahl an Satelliten den Zugang zum Nachthimmel einschränken würde. Es gibt ein Sprichwort: unter Astronomen ist der, der das größere Teleskop hat, der angesehene. Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass Astronomie in der modernen Zeit eine äußerst schwierige Aufgabe ist, die an einen unaufhörlichen Kampf erinnert, die Qualität der Analyse angesichts zunehmender Lichtverschmutzung und anderer Störquellen zu verbessern.

Ein Astronom benötigt am wenigsten tausende von hellen Satelliten, die im Fokus des Teleskops vorbeiziehen. Tatsächlich hat die erste Iridium-Konstellation sich einen schlechten Ruf erarbeitet, weil sie "Helligkeiten" verursachte, da große Paneele das Sonnenlicht auf kleine Bereiche der Erde reflektierten. Es kam vor, dass sie eine Helligkeit erreichten, die einem Viertel des Mondes entsprach, und manchmal sogar zufällig empfindliche astronomische Sensoren beschädigten. Auch die Befürchtungen, dass Starlink in die Frequenzbänder eindringen könnte, die in der Radioastronomie verwendet werden, sind nicht unbegründet.

Wenn man eine App zur Verfolgung von Satelliten herunterlädt, kann man Dutzende von Satelliten sehen, die an einem klaren Abend am Himmel fliegen. Satelliten sind nach Sonnenuntergang und vor Sonnenaufgang sichtbar, aber nur, wenn sie von Sonnenstrahlen beleuchtet werden. Später, während der Nacht, sind die Satelliten im Schatten der Erde unsichtbar. Winzig und extrem weit entfernt bewegen sie sich sehr schnell. Es besteht die Möglichkeit, dass sie für weniger als eine Millisekunde einen weit entfernten Stern verdecken, aber ich denke, es ist schon eine große Herausforderung, das zu erfassen.

Die große Besorgnis über die Aufhellung des Himmels entstand dadurch, dass das erste Satellitenbündel nah am Terminator der Erde platziert wurde, d.h. Nacht für Nacht beobachtete Europa – es war Sommer – das epische Bild, wie Satelliten in der Abenddämmerung am Himmel vorbeiziehen. Darüber hinaus zeigten Simulationen auf der Grundlage von Berichten der FСC, dass Satelliten in einer Höhe von 1150 km sogar nach dem Durchlaufen der astronomischen Dämmerung sichtbar sein würden. Im Allgemeinen verläuft die Dämmerung über drei Phasen: zivil, maritim und astronomisch – d.h. wenn die Sonne 6, 12 und 18 Grad unter dem Horizont steht. Am Ende der astronomischen Dämmerung befinden sich die Sonnenstrahlen etwa 650 km über der Oberfläche in Zenith, weit über der Atmosphäre und dem größten Teil der niedrigen erdnahen Umlaufbahn. Basierend auf den Daten von der Starlink-Website, halte ich es für wahrscheinlich, dass alle Satelliten in Höhen unterhalb von 600 km platziert werden. In diesem Fall wären sie in der Dämmerung sichtbar, jedoch nicht nach Einbruch der Nacht, was die potenziellen Auswirkungen auf die Astronomie erheblich verringern würde.

Das dritte Problem ist der Müll im Orbit. In im vorherigen Beitrag habe ich darauf hingewiesen, dass Satelliten und Müll unter 600 km in den nächsten Jahren aufgrund des atmosphärischen Widerstands aus der Umlaufbahn fallen werden, was die Möglichkeit eines Kessler-Syndroms erheblich verringert. SpaceX scheint mit Dreck zu arbeiten, als ob sie überhaupt nicht an Weltraummüll denken würden. Ich schaue mir die Einzelheiten der Umsetzung von Starlink an, und es fällt mir schwer, mir eine bessere Möglichkeit vorzustellen, die Menge an Müll im Orbit zu verringern.

Die Satelliten werden auf eine Höhe von 350 km gebracht und fliegen dann mit ihren eingebauten Triebwerken in ihre vorgesehene Umlaufbahn. Jeder Satellit, der beim Start verloren geht, wird in wenigen Wochen aus der Orbit fallen und wird in den nächsten tausend Jahren nicht woanders herumirren. Diese Platzierung sieht strategisch einen Test für den freien Eintritt vor. Darüber hinaus sind die Starlink-Satelliten im Querschnitt flach, was bedeutet, dass sie, sobald sie die Höhenkontrolle verlieren, in die dichten Schichten der Atmosphäre eintreten.

Wenig bekannt ist, dass SpaceX ein Pionier in der Raumfahrt wurde, indem es alternative Befestigungsarten anstelle von Pyropatronen verwendete. Fast alle Startplätze nutzen Pyropatronen beim Anordnen von Stufen, Satelliten, Verkleidungen usw., wodurch die potenzielle Menge an Weltraummüll erhöht wird. Zudem bringt SpaceX absichtlich die oberen Stufen von der Umlaufbahn zurück, um zu verhindern, dass sie ewig im Weltraum umherirren und dort verfallen oder sich in der rauen Weltraumumgebung zersetzen.

Und schließlich das letzte Problem, das ich erwähnen möchte, ist die Möglichkeit, dass SpaceX die bestehende Monopolstellung im Internet verdrängt, indem es ein eigenes schafft. In seiner Nische hat SpaceX bereits die Starts monopolisiert. Nur das Bestreben konkurrierender Regierungen, garantierten Zugang zum Weltraum zu erhalten, hindert daran, kostspielige und veraltete Raketen, die oft von großen monopolartigen Rüstungsauftragnehmern gebaut werden, auszumustern.

Es ist nicht schwer vorstellbar, dass SpaceX im Jahr 2030 jährlich 6000 seiner Satelliten starten wird, plus einige Spionagesatelliten - aus alter Gewohnheit. Die kostengünstigen und zuverlässigen Satelliten von SpaceX werden "Platz für externe Geräte" verkaufen. Jede Universität, die eine für den Einsatz im Weltraum geeignete Kamera entwickelt hat, kann sie ins All bringen, ohne die Kosten für den Bau einer gesamten Weltraumplattform tragen zu müssen. Mit solch einem fortschrittlichen und unbegrenzten Zugang zum Weltraum wird Starlink bereits mit Satelliten assoziiert, während historische Hersteller der Vergangenheit angehören.

In der Geschichte gibt es Beispiele von vorausschauenden Unternehmen, die eine so große Nische auf dem Markt besetzten, dass ihre Namen zu Gattungsbegriffen wurden: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.

Ein Problem kann entstehen, wenn ein Pionierunternehmen gegen wettbewerbswidrige Praktiken greift, um seinen Marktanteil zu sichern, obwohl dies seit der Präsidentschaft von Reagan oft nicht verboten ist. SpaceX könnte das Monopol von Starlink aufrechterhalten, indem es andere Entwickler von Satellitengruppen zwingt, Satelliten mit veralteten sowjetischen Raketen zu starten. Ähnliche Maßnahmen wurden ergriffen United Aircraft and Transportation company, zusammen mit der Festlegung von Preisen für den Versand von Post, führte sie 1934 zu ihrem Zusammenbruch. Glücklicherweise wird SpaceX wohl kaum für immer ein absolutes Monopol auf wiederverwendbare Raketen haben.

Noch mehr Bedenken werfen auf, dass die Bereitstellung von Zehntausenden von Satelliten durch SpaceX in niedrigen Orbits als Aneignung des gemeinsamen Erbes entworfen sein könnte. Ein privates Unternehmen, das auf eigenen Vorteil aus ist, wird einst öffentlich zugängliche und ungenutzte orbitalen Plätze in dauerhaften Besitz bringen. Und obwohl die Innovationen von SpaceX es ermöglicht haben, tatsächlich Geld im Vakuum zu verdienen, basiert ein Großteil des intellektuellen Kapitals von SpaceX auf Milliarden von Dollar, die aus dem Forschungshaushalt bereitgestellt wurden.

Einerseits braucht es Gesetze, die private Investitionen, Forschung und Entwicklung schützen. Ohne diesen Schutz können Innovatoren ihre ehrgeizigen Projekte nicht finanzieren oder verlagern ihre Unternehmen an Orte, wo ihnen solcher Schutz gewährt wird. In jedem Fall leidet die Öffentlichkeit, da kein Gewinn geschaffen wird. Andererseits braucht es Gesetze, die die Menschen, nominelle Besitzer des gemeinsamen Erbes, einschließlich des Himmels, vor mieterorientierten privaten Einheiten schützen, die öffentliche Güter annektieren. Weder das eine noch das andere ist an sich richtig oder sogar möglich. Die Entwicklungen von SpaceX bieten die Chance, einen Mittelweg auf diesem neuen Markt zu finden. Wir werden verstehen, dass er gefunden ist, wenn wir die Innovationsfrequenz und die Schaffung von öffentlichem Wohl maximieren.

Gedanken zum Schluss

Ich habe diesen Artikel sofort geschrieben, nachdem ich einen anderen abgeschlossen hatte — über Starship. Die letzte Woche war sehr aufregend. Sowohl Starship als auch Starlink sind revolutionäre Technologien, die direkt vor unseren Augen und in unserem Leben entwickelt werden. Wenn ich sehe, wie meine Enkel aufwachsen, werden sie mehr erstaunt sein, dass ich älter als Starlink bin, als dass es in meiner Kindheit kein Mobiltelefon (Museumsstück) oder das Internet als solches gab.

Reiche und Militärs nutzen schon lange Satelliteninternet, aber flächendeckendes, öffentliches und günstiges Starlink wäre ohne Starship einfach unmöglich.

Von einem Start wird schon lange gesprochen, jedoch ist Starship, eine durchaus kostengünstige und somit interessante Plattform, ohne Starlink nicht möglich.

Die bemannte Raumfahrt wird schon lange thematisiert, und wenn Sie — ein Jetpilot sind und gleichzeitig Neurochirurg, dann steht Ihnen nichts im Wege. Mit Starship und Starlink ist die Erforschung des Weltraums durch den Menschen - eine erreichbare, nahe Zukunft, in der ein orbitaler Außenposten nur einen Steinwurf von industrialisierten Städten im tiefen Weltraum entfernt ist.

Quelle: habr.com