See artikkel pärineb sarjast
Selle kaksikprobleemi lahendus on Starlink. Oma satelliite kokku pannes ja orbiidile tuues võiks SpaceX luua ja määratleda uue turu ülitõhusaks ja demokratiseeritud juurdepääsuks kosmosepõhisele sidele, kindlustada rahalised vahendid raketi ehitamiseks enne, kui see ettevõtte uputab, ja tõsta selle majanduslikku väärtust triljoniteni. Ärge alahinnake Eloni ambitsioonide ulatust. Kokkuvõttes pole nii palju tööstusharusid, kus keerlevad triljonid dollarid: energeetika, kiirtransport, side, IT, tervishoid, põllumajandus, valitsus, kaitse. Vaatamata levinud väärarusaamadele,
Esimest korda pööras Elon Musk pilgud kosmose poole, kui ta tahtis annetada 80 miljonit dollarit missioonile kasvatada taimi Marsi sondil. Tõenäoliselt maksaks Marsile linna ehitamine 100 000 korda rohkem, nii et Starlink on Muski peamine panus, et tagada tohutult vajalike sponsorrahade meri.
Mille eest?
Olen seda artiklit juba pikka aega plaaninud, kuid alles eelmisel nädalal sain täieliku pildi. Seejärel andis SpaceXi president Gwynne Shotwell Rob Baronile hämmastava intervjuu, mida ta hiljem CNBC-le suurepärases filmis kajastas.
Mõiste
Kas selline tohutu rühmitus on Interneti jaoks tõesti vajalik? Ja miks nüüd?
Vaid minu mälu järgi on Internet arenenud puhtakadeemilisest turgutamisest esimeseks ja ainsaks revolutsiooniliseks infrastruktuuriks. See ei ole teema, millele pikemas artiklis pühendada, kuid eeldan, et globaalselt kasvab vajadus Interneti järele ja sellest saadav tulu jätkuvalt umbes 25% aastas.
Tänapäeval saavad peaaegu kõik meist Interneti mõnest geograafiliselt eraldatud monopolist. USA-s on AT&T, Time Warner, Comcast ja käputäis väiksemaid mängijaid territooriumi jaganud, et vältida konkurentsi, võidelda kolme nahaga teenuste eest ja supelda peaaegu universaalse vihkamise kiirtes.
Lisaks kõikehõlmavale ahnusele on Interneti-teenuse pakkujatel mittekonkureerivaks käitumiseks hea põhjus. Interneti infrastruktuuri – mikrolaineahjude tornide ja fiiberoptika – ehitamine on väga-väga kallis. Interneti imelise olemuse on lihtne unustada. Minu vanaema läks algul Teise maailmasõja ajal tööle signalistiks ja seejärel võistles telegraaf postituvidega strateegilise juhtrolli eest! Enamikule meist on teabe kiirtee midagi lühiajalist, immateriaalset, kuid killud liiguvad läbi füüsilise maailma, millel on piirid, jõed, mäed, ookeanid, tormid, looduskatastroofid ja muud takistused. Aastal 1996, kui esimene fiiberoptiline liin pandi ookeanipõhja,
Korraga töötasin optilises laboris ja (kui mälu ei peta) purustasime tolleaegse rekordi, andes välja multipleksedastuskiiruse 500 Gb / s. Elektroonilised piirangud võimaldasid iga kiudu koormata 0,1% teoreetilisest ribalaiusest. Viisteist aastat hiljem oleme valmis läve ületama: kui andmeedastus sellest üle läheb, siis kiud sulab ja oleme sellele juba väga lähedal.
Kuid andmevoogu on vaja tõsta patuse maa kohale – kosmosesse, kus satelliit lendab viie aasta jooksul ümber "palli" 30 000 korda. Tundub ilmselge lahendus – miks siis keegi seda varem ei võtnud?
1990. aastate alguses Motorola poolt välja töötatud ja kasutusele võetud Iriidiumi satelliitide tähtkujust (mäletate neid ikka veel?) sai esimene ülemaailmne madala orbiidiga sidevõrk (nagu on ahvatlevalt kirjeldatud
Kui Iridiumi jaoks piisas 66 satelliidist, siis miks oli SpaceXil vaja kümneid tuhandeid? Miks ta nii erinev on?
SpaceX sisenes sellesse ärisse vastupidisest otsast – see sai alguse starditest. Temast sai teerajaja kanderakettide säilitamise alal ja vallutas seega odavate stardiplatvormide turu. Kui proovite neid madalama hinnaga üle pakkuda, ei teenita palju raha, seega on ainus viis nende liigsest võimsusest kasu saada kliendiks saamine. SpaceXi kulutused oma satelliitide käivitamiseks
Starlinki ülemaailmne leviala tagab teile juurdepääsu kvaliteetsele Internetile kõikjal maailmas. Esimest korda ei sõltu Interneti kättesaadavus mitte riigi või linna lähedusest kiudoptilisele liinile, vaid ülaltoodud taeva puhtusest. Kasutajatel üle maailma on juurdepääs ülemaailmsele köidikuteta Internetile, olenemata nende endi erinevast halvast ja/või ebaausast valitsuse monopolist. Starlinki võime need monopolid murda katalüüsib uskumatu ulatusega positiivseid muutusi, mis lõpuks ühendavad miljardeid inimesi tuleviku globaalsesse küberneetikakogukonda.
Väike lüüriline kõrvalepõige: mida see üldse tähendab?
Inimeste jaoks, kes kasvavad üles tänapäeval kõikjal leviva ühenduvuse ajastul, on internet nagu õhk, mida me hingame. Ta lihtsalt on. Aga see - kui unustate tema uskumatu jõu tuua positiivseid muutusi - ja me oleme juba nende keskmes. Interneti abil saavad inimesed oma juhte vastutusele võtta, suhelda teiste inimestega teisel pool maakera, jagada mõtteid, leiutada midagi uut. Internet ühendab inimkonda. Täienduste ajalugu on andmete jagamise võimaluste arengu ajalugu. Esiteks kõnede ja eepilise luule kaudu. Siis - kirjal, mis annab hääle surnutele ja nad pöörduvad elavate poole; kirjutamine võimaldab andmeid salvestada ja teeb võimalikuks asünkroonse suhtluse. Trükiajakirjandus on käivitanud uudiste tootmise. Elektrooniline side – on kiirendanud andmete edastamist üle maailma. Isiklikud märkmete tegemise seadmed on muutunud järk-järgult keerukamaks, arenedes sülearvutitest mobiiltelefonideks, millest igaüks on Interneti-ühendusega arvuti, mis on täis andureid ja suudab iga päevaga meie vajadusi paremini ennustada.
Inimesel, kes kasutab tunnetusprotsessis kirjutamist ja arvutit, on paremad võimalused ebatäiuslikult arenenud aju piirangutest üle saada. Veelgi julgustavam on see, et mobiiltelefonid on nii võimsad salvestusseadmed kui ka ideede vahetamise mehhanism. Kui varem toetusid inimesed mõtteid jagades vihikusse visandatud kõnele, siis tänapäeval on norm, et märkmikud ise jagavad inimeste loodud ideid. Traditsiooniline skeem on läbinud inversiooni. Protsessi loogiline jätk on mingi kollektiivse metakognitsiooni vorm isiklike seadmete kaudu,
Kuidas?
Räägime Starlinki projekti ärimudelist ja arhitektuurist.
Et Starlinkist saaks kasumlik ettevõte, peab raha sissevool ületama ehitus- ja tegevuskulusid. Traditsiooniliselt on kapitaliinvesteeringud hõlmanud suurenenud käivituskulusid, keerukate spetsialiseeritud rahastamis- ja kindlustusmehhanismide kasutamist ning kõike, mis on vajalik satelliidi orbiidile. Geostatsionaarne sidesatelliit võib maksta 500 miljonit dollarit ning selle ehitamine ja käivitamine võtab aega viis aastat. Seetõttu ehitavad selle piirkonna ettevõtted samaaegselt reaktiiv- või konteinerlaevu. Tohutud kulutused, raha sissevool, mis vaevu finantseerimiskulusid katab, ja suhteliselt väike tegevuseelarve. Seevastu algse Iridiumi ebaõnnestumine seisnes selles, et Motorola sundis operaatorit maksma tapjalitsentsitasu, mis viis ettevõtte pankrotti vaid mõne kuuga.
Sellise äri ajamiseks pidid traditsioonilised satelliidiettevõtted teenindama erakliente ja nõudma kõrgeid andmeedastuskiirusi. Lennufirmad, kaugemad eelpostid, laevad, sõjapiirkonnad ja olulised infrastruktuuri saidid maksavad umbes 5 dollarit MB kohta, mis on 1 korda suurem kui traditsioonilise ADSL-i hind, hoolimata andmete latentsusest ja suhteliselt madalast satelliidi ribalaiusest.
Starlink kavatseb konkureerida maapealsete teenusepakkujatega, mis tähendab, et ta peab andma andmeid odavamalt ja ideaaljuhul tasuma palju vähem kui 1 dollar 1 MB kohta. Kas see on võimalik? Või kuna see on võimalik, tuleks küsida: kuidas see võimalik on?
Uue roa esimene koostisosa on odav lanss. Täna müüb Falcon 24-tonnist kaatrit umbes 60 miljoni dollari eest, mis on 2500 dollarit kilogrammi kohta. Selgub aga, et sisekulusid on palju rohkem. Starlinki satelliite saadetakse korduvkasutatavatel kanderakettidel, seega on ühe stardi piirkulu uue teise etapi (kuskil 1 miljonit dollarit), katted (4 miljon) ja maapealse toe (~1 miljon) maksumus. Kokku: umbes 1 tuhat dollarit satelliidi eest, st. üle 100 korra odavam kui tavalise sidesatelliidi orbiidile saatmine.
Enamik Starlinki satelliite saadetakse siiski Starshipile. Tõepoolest, Starlinki areng, nagu näitavad ajakohastatud aruanded FCC-le, pakub mõnda
Mis on satelliitide hind? Vendade seas on Starlinki satelliidid mõnevõrra ebatavalised. Neid pannakse kokku, hoiustatakse ja lastakse vette ning seetõttu on neid erakordselt lihtne masstootmine. Nagu kogemus näitab, peaks tootmiskulud ligikaudu võrduma kanderaketi maksumusega. Kui hinnavahe on suur, tähendab see, et ressursse ei jaotata õigesti, kuna piirkulude igakülgne vähendamine kulusid vähendades ei ole nii suur. Kas see on tõesti 100 tuhat dollarit satelliidi kohta esimese mitmesajalise partiiga? Teisisõnu, kas Starlinki satelliit seadmes pole keerulisem kui masin?
Sellele küsimusele täielikuks vastamiseks peate mõistma, miks orbiidil oleva sidesatelliidi maksumus on 1000 korda kõrgem, isegi kui see pole 1000 korda keerulisem. Lihtsamalt öeldes, miks on kosmoseriistvara nii kallis? Sellel on palju põhjusi, kuid kõige mõjuvam on antud juhul järgmine: kui satelliidi orbiidile saatmine (enne Falconit) maksab üle 100 miljoni, peab selle toimimine olema garanteeritud paljudeks aastateks – selleks, et tuua vähemalt osa kasumit. Sellise töökindluse tagamine esimese ja ainsa toote töös on valus protsess ja võib venida aastaid, nõudes sadade inimeste pingutusi. Lisage sellele kulu ja lisaprotsesse on lihtne õigustada, kui selle käivitamine on juba kallis.
Starlink murrab selle paradigma, ehitades sadu satelliite, parandades kiiresti varajased disainivead ja kaasates masstootmise tehnikud kulude haldamiseks. Mul on lihtne isiklikult ette kujutada Starlinki torujuhet, kus tehnik integreerib disaini midagi uut ja kinnitab kõik plastsidemega (muidugi NASA tasemel) tunni või paariga, säilitades nõutava asenduskiiruse 16 satelliiti päevas. Starlinki satelliit koosneb paljudest keerukatest osadest, kuid ma ei näe põhjust, miks konveierilt mahatuleva tuhande ühiku maksumust ei saaks langetada 20 tuhandele. Tõepoolest, mais kirjutas Elon Twitteris, et satelliidi valmistamine on juba madalam kui stardikulud.
Võtame keskmise juhtumi ja analüüsime tasuvusaega numbreid ümardades. Üks Starlinki satelliit, mille kokkupanek ja startimine maksab 100 5, on tegutsenud XNUMX aastat. Kas see tasub ennast ära ja kui, siis kui kiiresti?
5 aasta jooksul teeb Starlinki satelliit 30 000 korda ümber Maa. Kõigil nendel pooleteisetunnistel orbiididel veedab ta suurema osa ajast ookeani kohal ja tõenäoliselt 100 sekundit tihedalt asustatud linna kohal. Selles lühikeses aknas edastab ta andmeid, kiirustades raha teenima. Eeldusel, et antenn toetab 100 kiirt ja iga kiir edastab 100 Mbps, kasutades kaasaegset kodeeringut nagu
Hinnangulised arvud võivad olla väga erinevad ja mõlemas suunas. Kuid igal juhul, kui saate kvaliteetse satelliitide konstellatsiooni madalale orbiidile viia 100 000 - või isegi miljoni eest ühiku kohta -, on see tõsine rakendus. Isegi naeruväärselt lühikese kasutusajaga suudab Starlinki satelliit oma eluea jooksul edastada 1 Pb andmemahtu – amortiseeritud kuluga 30 dollarit GB kohta. Samas pikemate vahemaade edastamisel piirkulud praktiliselt ei suurene.
Selle mudeli olulisuse mõistmiseks võrdleme seda kiiresti kahe teise tarbijatele andmete edastamise mudeliga: traditsioonilise fiiberoptilise kaabli ja satelliitide konstellatsiooniga, mida pakub ettevõte, mis ei ole satelliitide käivitamisele spetsialiseerunud.
Kuidas on see võimalik? Starlinki satelliit sisaldab kogu keerulist elektroonilist lülitusvärki, mis on vajalik fiiberoptiliste kaablite ühendamiseks, ainult et andmeedastuseks kasutatakse kalli ja hapra juhtme asemel vaakumit. Ruumiedastus vähendab hubaste ja vananenud monopolide arvu, võimaldades kasutajatel suhelda veelgi vähema riistvara kaudu.
Võrreldav konkureeriva satelliidi arendaja OneWebiga. OneWeb plaanib luua 600 satelliidist koosneva konstellatsiooni, mille ta käivitab kommertsmüüjate kaudu hinnaga umbes 20 000 dollarit 1 kg kohta. Ühe satelliidi kaal on 150 kg, s.t ideaalstsenaariumi korral tuleb ühe üksuse start ligikaudu 3 miljonit Satelliidi riistvara maksumuseks on hinnanguliselt 1 miljon satelliidi kohta, s.o. aastaks 2027 on kogu grupeeringu maksumus 2,6 miljardit OneWebi läbiviidud testid näitasid läbilaskevõimet 50 Mb / s. tipptasemel, ideaaljuhul iga 16 tala jaoks. Järgides sama skeemi, mille järgi arvutasime Starlinki maksumuse, saame: iga OneWebi satelliit genereerib orbiidi kohta 80 dollarit ja kõigest 5 aasta pärast toob see 2,4 miljonit dollarit – vaevu katab stardikulud, kui arvestada ka andmeedastust kaugjuhtimispuldile. piirkonnad . Kokku saame 1,70 GB eest 1 dollarit.
Hiljuti tsiteeriti seda Gwynn Shotwelli
Olen kindel, et OneWebi ja teiste lootustandvate tähtkujude arendajate kohta on optimistlikumaid analüüse, kuid ma ei tea veel, kuidas need töötavad.
Hiljuti Morgan Stanley
Jääb viimane punkt - võrrelda Starlinki jaoks toodetud kasumit 1 W päikeseenergia kohta. Nende veebisaidil olevate fotode järgi on iga satelliidi päikesemassiivi suurus ligikaudu 60 ruutmeetrit. toodab keskmiselt umbes 3 kW või 4,5 kWh pöörde kohta. Hinnanguliselt toodab iga orbiit 1000 dollarit ja iga satelliit umbes 220 dollarit kWh kohta. See on 10 000 korda suurem päikeseenergia hulgimüügihinnast, mis kinnitab veel kord:
arhitektuur
Eelmises lõigus tutvustasin umbkaudu Starlinki arhitektuuri mittetriviaalselt olulist osa – kuidas see toimib planeedi väga ebaühtlase asustustihedusega. Starlinki satelliit kiirgab fokuseeritud kiiri, mis moodustavad planeedi pinnale laigud. Kohapeal olevad abonendid jagavad ühte ribalaiust. Täpi mõõtmed määrab fundamentaalne füüsika: esialgu on selle laius (satelliidi kõrgus x mikrolaine pikkus / antenni läbimõõt), mis Starlinki satelliidi puhul on heal juhul paar kilomeetrit.
Enamikus linnades on asustustihedus umbes 1000 inimest/km, kuigi kohati on see suurem. Mõnes Tokyo või Manhattani piirkonnas võib ühes kohas olla üle 100 000 inimese. Õnneks on igal sellisel tihedalt asustatud linnal lairiba-interneti jaoks konkurentsivõimeline siseturg, rääkimata kõrgelt arenenud mobiiltelefonivõrgust. Aga kuidas on, kui linna kohal on igal ajahetkel palju sama tähtkuju satelliite, saab läbilaskevõimet suurendada nii antennide ruumilise mitmekesistamisega kui ka sageduste jagamisega. Teisisõnu saavad kümned satelliidid fokuseerida kõige võimsama kiire ühes punktis ja selle piirkonna kasutajad kasutavad maapealseid terminale, mis jaotavad päringu satelliitide vahel.
Kui algstaadiumis on teenuste müügiks sobivaim turg äärealad, maa- või linnalähipiirkonnad, siis edaspidiseks turuletoomiseks tulevad vahendid parematest teenustest just tihedalt asustatud linnadesse. Stsenaarium on täpselt vastupidine tavapärasele turu laienemismustrile, mille puhul konkurentsivõimeliste linnakesksete teenuste kasum väheneb paratamatult, kui nad üritavad laieneda vaesematesse ja harvemini asustatud piirkondadesse.
Kui ma paar aastat tagasi matemaatikat tegin,
Võtsin andmed sellelt pildilt ja koostasin allolevad 3 graafikut. Esimene näitab maa-ala sagedust asustustiheduse järgi. Kõige huvitavam on see, et suurem osa Maast ei ole üldse asustatud, samas kui praktiliselt üheski piirkonnas pole üle 100 inimese ruutkilomeetri kohta.
Teine graafik näitab inimeste esinemissagedust rahvastikutiheduse järgi. Ja kuigi suurem osa planeedist on asustamata, elab suurem osa inimestest piirkondades, kus on 100–1000 inimest ruutkilomeetri kohta. Selle tipu laiendatud olemus (suurusjärgu võrra suurem) peegeldab bimodaalsust linnastumise mustrites. 100 inimest/km. - see on suhteliselt hõredalt asustatud maapiirkond, samas kui arv on 1000 inimest ruutkilomeetri kohta. eeslinnadele iseloomulik. Kesklinnades on hõlpsasti näha 10 000 inimest ruutkilomeetri kohta, kuid Manhattani elanike arv on 25 000 inimest ruutkilomeetri kohta.
Kolmas graafik näitab rahvastikutihedust laiuskraadide järgi. On näha, et peaaegu kõik inimesed on koondunud vahemikku 20-40 põhjalaiust. Nii et üldiselt on see geograafiliselt ja ajalooliselt arenenud, kuna suure osa lõunapoolkerast hõivab ookean. Ometi on see asustustihedus grupi arhitektidele hirmuäratav väljakutse satelliidid veedavad mõlemal poolkeral võrdselt aega. Veelgi enam, satelliit, mis tiirleb ümber Maa, näiteks 50-kraadise nurga all, veedab rohkem aega laiuskraadil näidatud piiridele lähemal. Seetõttu vajab Starlink USA põhjaosa teenindamiseks vaid 6 orbiiti, ekvaatori katmiseks aga 24.
Tõepoolest, kui ühendada rahvastikutiheduse graafik satelliidi tähtkuju tiheduse graafikuga, muutub orbiitide valik ilmseks. Iga tulpdiagramm kujutab ühte neljast SpaceXi aruandest FCC-le. Mulle isiklikult tundub, et iga uus aruanne on justkui täiendus eelmisele, kuid igal juhul pole raske näha, kuidas täiendavad satelliidid suurendavad läbilaskevõimet üle vastavate piirkondade põhjapoolkeral. Seevastu lõunapoolkeral jääb muljetavaldav hulk kasutamata ribalaiust – rõõmustage, kallis Austraalia!
Mis juhtub kasutajaandmetega, kui need satelliidile jõuavad? Algses versioonis edastas Starlinki satelliit need kohe teeninduspiirkondade lähedal asuvasse spetsiaalsesse maapealsesse jaama. Seda konfiguratsiooni nimetatakse "otsereleeks". Edaspidi saavad Starlinki satelliidid omavahel laseri kaudu suhelda. Andmevahetus saavutab haripunkti tihedalt asustatud linnade kohal, kuid andmeid saab levitada laserite võrgu kaudu kahes mõõtmes. Praktikas tähendab see, et satelliitide võrgus on tohutu võimalus varjatud tagasiühenduseks ehk kasutajaandmeid saab "taasedastada Maale" mis tahes sobivas kohas. Praktikas tundub mulle, et SpaceX-i maapealseid jaamu kombineeritakse
Selgub, et satelliitidevaheline side pole tühine ülesanne, kui satelliidid koos ei liigu. Viimased aruanded FCC-le teatavad 11 erinevast satelliidi orbitaalrühmast. Teatud grupi piires liiguvad satelliidid samal kõrgusel, sama kaldega, sama ekstsentrilisusega, mis tähendab, et laserid suudavad suhteliselt kergesti leida läheduses olevaid satelliite. Kuid rühmadevahelise lähenemise kiirust mõõdetakse kilomeetrites sekundis, nii et rühmadevaheline suhtlus peaks võimaluse korral toimuma lühikeste, kiiresti juhitavate mikrolaineühenduste kaudu.
Orbitaalrühma topoloogia on nagu valguse laineosakeste teooria ja see ei kehti meie näite puhul, kuid minu arvates on see suurepärane, nii et lisasin selle artiklisse. Kui te ei ole sellest jaotisest huvitatud, minge otse jaotisse "Fundamentaalfüüsika piirangud".
Torus ehk sõõrik on matemaatiline objekt, mis on määratletud kahe raadiusega. Toruse pinnale on üsna lihtne joonistada ringe: selle kujuga paralleelselt või risti. Teil võib olla huvitav avastada, et on veel kaks ringide perekonda, mida saab tõmmata toruse pinnale ja mõlemad läbivad selle keskel ja kontuuri ümber oleva augu. See on nn.
Ja kuigi satelliitide orbiidid on rangelt võttes ellipsid, mitte ringid, kehtib sama konstruktsioon ka Starlinki puhul. 4500 satelliidist koosnev tähtkuju mitmel orbitaaltasandil, mis kõik on sama nurga all, moodustavad Maa pinna kohal pidevalt liikuva kihi. Põhjapoolne kiht antud laiuskraadi kohal pöördub ümber ja liigub tagasi lõunasse. Kokkupõrgete vältimiseks pikenevad orbiidid veidi, nii et põhjasuunas liikuv kiht on mitu kilomeetrit kõrgem (või madalam) lõuna poole liikuvast. Mõlemad need kihid koos moodustavad puhutud kujuga toruse, nagu on näidatud allpool tugevalt liialdatud diagrammil.
Tuletan meelde, et selle toru sees toimub side naabersatelliitide vahel. Üldiselt ei ole eri kihtides satelliitide vahel otseseid ja pikaajalisi ühendusi, kuna laserjuhtimise konvergentsimäärad on liiga suured. Andmeedastuse trajektoor kihtide vahel kulgeb omakorda torust kõrgemal või all.
Kokku 30 000 satelliiti asuvad 11 pesastatud toris, kaugel ISS-i orbiidist tagapool! See diagramm näitab, kuidas kõik need kihid on pakitud ilma liialdatud ekstsentrilisuseta.
Ja lõpuks peaksite mõtlema optimaalsele lennukõrgusele. Tekib dilemma: madal kõrgus, mis annab väiksema läbimõõduga suurema läbilaskevõime või suur kõrgus, mis võimaldab katta kogu planeedi vähemate satelliitidega? Aja jooksul on SpaceXi FCC-le saadetud aruannetes räägitud üha madalamatest kõrgustest, kuna Starship paraneb, et võimaldada suuremate tähtkujude kiiremat kasutuselevõttu.
Madal kõrgusel on ka muid eeliseid, sealhulgas vähenenud kosmoseprahi kokkupõrke oht või seadmete rikke negatiivsed tagajärjed. Suurenenud atmosfääritakistuse tõttu põlevad madalaimad Starlinki satelliidid (330 km) läbi mõne nädala jooksul pärast hoiaku kontrolli kaotamist. Tõepoolest, 300 km on kõrgus, millel satelliidid peaaegu kunagi ei lenda, ja kõrguse säilitamiseks on vaja sisseehitatud Kryptoni elektrirakettmootorit, aga ka voolujoonelist disaini. Teoreetiliselt suudab elektrirakettmootori jõul töötav üsna terava kujuga satelliit stabiilselt 160 km kõrgust hoida, kuid vaevalt SpaceX nii madalale satelliite teele viiks, sest läbilaskevõime suurendamiseks on veel paar nippi varuks.
Põhifüüsika piirangud
Tundub ebatõenäoline, et satelliitide kasutuselevõtu hinnad langevad kunagi palju alla 35 80 dollari, isegi kui tootmine on arenenud ja täielikult automatiseeritud ning Starshipi laevad on täielikult korduvkasutatavad, ja pole veel täielikult teada, millised piirangud füüsika satelliidile seab. Ülaltoodud analüüs eeldab tippvõimsust 100 Gb/s. (kui ümardada kuni 100 tala, millest igaüks on võimeline edastama XNUMX Mb / s).
Kanali ribalaiuse piirang on seatud
Kas 100 kiirt on praktiline? Sellel probleemil on kaks aspekti: kiire laius ja faasitud massiivi elementide tihedus. Kiire laius määratakse lainepikkuse jagamisel antenni läbimõõduga. Digitaalne faasmaatriksantenn on endiselt spetsiaalne tehnoloogia, kuid maksimaalsed kasutatavad mõõtmed määratakse laiuse järgi
Kokku 2500 kanalit, millest igaüks toetab 58 Gb / s, on tohutult palju teavet - kui umbkaudu, siis 145 Tb / s. Võrdluseks kogu Interneti-liiklus 2020. aastal
330 km pikkusel orbiidil oleva satelliidi puhul katab 0,01 radiaani kiirte pindala 10 ruutkilomeetrit. Eriti tihedalt asustatud piirkondades nagu Manhattan elab selles piirkonnas kuni 300 000 inimest. Mis siis, kui nad kõik istuksid maha ja vaataksid Netflixi (HD-kvaliteediga 7 Mbps) samal ajal? Andmepäringu kogukiirus on 2000 GB/s, mis on umbes 35 korda suurem kui praegune jadaväljundi FPGA kehtestatud kõvapiirang. Sellest olukorrast on kaks väljapääsu, millest ainult üks on füüsiliselt võimalik.
Esimene on viia orbiidile rohkem satelliite, nii et suurema nõudlusega piirkondade kohal ripub igal ajahetkel rohkem kui 35 tükki. Kui võtta jällegi 1 steradiaan mõistliku adresseeritava taevaala ja keskmiseks orbiidi kõrguseks 400 km, saame tähtkuju tiheduseks 0,0002/km² ehk kokku 100 000 – kui need jagunevad ühtlaselt üle kogu pinna maakerast. Tuletage meelde, et SpaceX-i valitud orbiidid suurendavad järsult katvust tihedalt asustatud aladel 20–40 põhjalaiuskraadi ulatuses ja praegu tundub 30 000 satelliidi arv maagiline.
Teine idee on palju lahedam, kuid kahjuks teostamatu. Tuletage meelde, et kiire laiuse määrab faasitud antenni massiivi laius. Mis siis, kui paljud massiivid mitmel satelliidil ühendavad võimsused, luues kitsama kiire – täpselt nagu samamoodi raadioteleskoobid
Selgub, et kanalite eraldamine nurga eraldamise teel – kuna satelliidid paiknevad üle taeva – tagab piisava läbilaskevõime paranemise ilma füüsikaseadusi rikkumata.
Taotlus
Mis on Starlinki kliendiprofiil? Vaikimisi on tegemist sadade miljonite kasutajatega, kelle katustel on pitsakarbi suurused antennid, kuid suure sissetuleku allikaid on ka teisi.
Kaug- ja maapiirkondades ei vaja maajaamad kiire laiuse maksimeerimiseks faasmaatriksiga antenne, seega saab kasutada väiksemaid kasutajaseadmeid, alates asjade Interneti varade jälgijatest kuni taskusatelliittelefonide, hädaabimajakate või teaduslike loomade jälgimisseadmeteni.
Tihedas linnakeskkonnas pakub Starlink mobiilsidevõrgu esmast ja varu tagasiühendust. Iga mobiilsidetorni peal võiks olla suure jõudlusega maapealne jaam, kuid viimase miili võimendamiseks ja edastamiseks võiks kasutada maapealseid toiteallikaid.
Ja lõpuks, isegi rahvarohketes piirkondades on esialgse kasutuselevõtu ajal võimalik kasutada madala orbiidiga satelliite erakordselt minimaalse viivitusega. Finantsettevõtted ise panevad teie kätesse palju raha – vaid veidi kiiremini, et kogu maailmast olulisi andmeid hankida. Ja kuigi Starlinki kaudu edastatavatel andmetel on tavapärasest pikem tee - läbi ruumi - on valguse levimiskiirus vaakumis 50% suurem kui kvartsklaasil ja see maksab rohkem kui pikema vahemaa edastamisel.
Negatiivsed tagajärjed
Viimane osa on pühendatud negatiivsetele tagajärgedele. Artikli eesmärk on vabastada teid projekti kohta käivatest väärarusaamadest ja kõige rohkem põhjustavad vaidluste võimalikud negatiivsed tagajärjed. Annan veidi teavet, hoidudes tarbetutest tõlgendustest. Ma ei ole ikka veel selgeltnägija ja mul pole ka SpaceX-i siseringi.
Minu arvates on kõige tõsisemad tagajärjed suurenenud juurdepääs Internetile. Isegi minu kodulinnas Pasadenas, mis on üle miljoni elanikuga elav ja tehnikarikas linn, kus asuvad mitmed vaatluskeskused, maailmatasemel ülikool ja NASA suurim rajatis, on internetiteenuste osas valik piiratud. Kogu USA-s ja mujal maailmas on Internetist saanud renti taotlev kommunaalteenus, kus Interneti-teenuse pakkujad lihtsalt pigistavad hubases konkurentsivabas keskkonnas välja oma 50 miljonit dollarit kuus. Võib-olla on iga korteritele ja elamutele osutatav teenus kommunaalkorter, kuid Interneti-teenuste kvaliteet on madalam kui vesi, elekter või gaas.
Status quo probleem seisneb selles, et erinevalt veest, elektrist või gaasist on Internet endiselt noor ja kiiresti arenev. Leiame sellele pidevalt uusi kasutusviise. Kõige revolutsioonilisem pole ikka veel avatud, kuid paketiplaanid summutavad konkurentsi ja innovatsiooni võimaluse. Miljardid inimesed jäävad maha
Seevastu Starlink, kes pidevalt taevast Internetti levitab, rikub seda mudelit. Ma ei tea veel ühtegi paremat viisi miljardite inimeste Interneti-ühenduse loomiseks. SpaceX on jõudmas Interneti-teenuse pakkujaks ja potentsiaalselt Interneti-ettevõtteks, mis konkureerib Google'i ja Facebookiga. Vean kihla, et sa ei mõelnud sellele.
See, et satelliit-internet on parim valik, pole ilmne. SpaceX ja ainult SpaceX on võimelised kiiresti looma tohutu satelliitide konstellatsiooni, mis üksi on tapnud kümme aastat, et murda valitsuse ja sõjalise monopoli kosmoselaevade käivitamisel. Isegi kui Iridium müüks mobiiltelefone kümnekordselt üle, ei saavutaks see ikkagi laialdast kasutuselevõttu, kasutades traditsioonilisi stardiplatvorme. Ilma SpaceX-i ja selle ainulaadse ärimudelita on suur tõenäosus, et globaalset satelliit-internetti lihtsalt ei teki.
Teine suurem löök saabub astronoomiale. Pärast esimese 60 Starlinki satelliidi väljasaatmist kostis rahvusvaheline astronoomiaringkond kriitikalaine, et satelliitide mitmekordselt suurenenud arv blokeerib nende juurdepääsu öötaevale. On ütlus: astronoomide seas on lahedam see, kellel on suurem teleskoop. Ilma liialduseta on astronoomiaga tegelemine kaasajal äärmiselt keeruline ülesanne, mis meenutab pidevat võitlust analüüsikvaliteedi parandamise nimel kasvava valgussaaste ja muude müraallikate taustal.
Viimane asi, mida astronoom vajab, on tuhanded eredad satelliidid, mis teleskoobi fookuses vilkuvad. Tõepoolest, esialgne Iriidiumi tähtkuju oli kurikuulus oma "õitsemise" tõttu suurte paneelide tõttu, mis peegeldasid päikesevalgust Maa väikestele aladele. Juhtus, et nad jõudsid neljandiku Kuu heleduseni ja mõnikord isegi kahjustasid kogemata tundlikke astronoomilisi andureid. Alusetu pole ka hirm, et Starlink tungib raadioastronoomias kasutatavatesse raadiosagedusaladesse.
Kui laadite alla satelliitjälgimisrakenduse, näete selgel õhtul taevas lendamas kümneid satelliite. Satelliidid on nähtavad pärast päikeseloojangut ja enne koitu, kuid ainult siis, kui neid valgustavad päikesekiired. Hiljem, öösel, on satelliidid Maa varjus nähtamatud. Pisikesed, äärmiselt kauged, liiguvad väga kiiresti. On võimalus, et nad varjavad kauget tähte vähem kui millisekundiks, kuid ma arvan, et isegi selle tuvastamine on üks hemorroidid.
Tugev mure taevasähvatuse pärast sündis sellest, et esimese stardi satelliitide kiht oli rivistatud Maa terminaatori lähedale, s.o. ööst õhtusse Euroopa – ja oli suvi – vaatas õhtuhämaruses läbi taeva lendavate satelliitide eepilist pilti. Lisaks on FCC aruannetel põhinevad simulatsioonid näidanud, et 1150 km orbiidil olevad satelliidid on nähtavad ka pärast astronoomilise hämaruse möödumist. Üldiselt läbib hämarus kolm etappi: tsiviil-, mere- ja astronoomiline, s.t. kui päike on horisondist vastavalt 6, 12 ja 18 kraadi madalamal. Astronoomilise hämaruse lõpus on päikesekiired seniidis pinnast umbes 650 km kaugusel, kaugel atmosfäärist ja suuremast osast madalast Maa orbiidist. Põhineb andmetel alates
Kolmas probleem on praht orbiidil. IN
Satelliidid saadetakse 350 km kõrgusele ja lendavad seejärel sisseehitatud mootoritega ettenähtud orbiidile. Iga satelliit, mis orbiidil välja sureb, on mõne nädala pärast orbiidilt väljas ja tuhandete aastate jooksul enam kusagil mujal ei keerle. See paigutus hõlmab strateegiliselt tasuta sisenemise testimist. Lisaks on Starlinki satelliidid ristlõikelt lamedad, mis tähendab, et kõrguse kontrolli kaotades satuvad nad atmosfääri tihedatesse kihtidesse.
Vähesed inimesed teavad, et SpaceX-ist on saanud astronautika teerajaja, hakates kasutama squibide asemel alternatiivseid kinnitusviise. Peaaegu kõik stardiplatvormid kasutavad astmete, satelliitide, radoomide jms paigutamisel squib’e, suurendades sellega prahi tekkevõimalust. SpaceX deorbeerib teadlikult ka ülemisi astmeid, takistades neil igavesti kosmoses rippumast, et need karmis kosmosekeskkonnas ei laguneks ega laguneks.
Viimaseks teemaks, mida tahaksin mainida, on võimalus, et SpaceX asendab olemasoleva Interneti-monopoli, luues oma. Oma nišis on SpaceX stardid juba monopoliseerinud. Ainult konkureerivate valitsuste soov saada garanteeritud juurdepääs kosmosele takistab kallite ja vananenud rakettide, mida sageli panevad kokku suured monopoolsed kaitsetöövõtjad, vanarauaks laskmist.
Pole raske ette kujutada, et SpaceX saadaks aastal 2030 orbiidile 6000 oma satelliiti aastas, lisaks veel mõned spioonisatelliitid. Odavad ja töökindlad SpaceX-i satelliidid müüvad "riiuliruumi" kolmandate osapoolte seadmete jaoks. Iga ülikool, kes ehitab kosmosevõimelise kaamera, võib selle orbiidile viia, ilma et peaks katma kogu kosmoseplatvormi ehitamise kulusid. Sellise täiustatud ja piiramatu juurdepääsuga kosmosele seostatakse Starlinki juba satelliitidega, samas kui ajaloolised tootjad on saamas minevikku.
Ajaloost on näiteid ettenägelikest ettevõtetest, mis on hõivanud turul nii suure niši, et nende nimedest on saanud üldtuntud nimed: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Probleem võib tekkida siis, kui teerajajaettevõte kasutab oma turuosa säilitamiseks konkurentsivastaseid tegevusi, kuigi seda on sageli lubatud alates president Reaganist. SpaceX võib säilitada Starlinki monopoli, sundides teisi tähtkujude arendajaid saatma satelliite vanade Nõukogude rakettidega. Sarnased toimingud tehtud
Veelgi murettekitavam on see, et SpaceX-i kümnete tuhandete madala orbiidiga satelliitide kasutuselevõtt võiks olla kavandatud ühisvara kaasvalikuna. Eraettevõte, mis taotleb isiklikku kasu, haarab alalise omandisse kunagised avalikud ja hõivamata orbiidipositsioonid. Ja kuigi SpaceX-i uuendused võimaldasid tegelikult vaakumis raha teenida, ehitati suur osa SpaceX-i intellektuaalsest kapitalist miljardite dollarite teaduseelarvega.
Ühest küljest vajame seadusi, mis kaitsevad erainvesteeringute, teadus- ja arendustegevuse vahendeid. Ilma selle kaitseta ei saa uuendajad rahastada ambitsioonikaid projekte või viivad oma ettevõtted sinna, kus neile selline kaitse on tagatud. Igal juhul kannatab avalikkus, sest kasumit ei teki. Teisest küljest on vaja seadusi, mis kaitseksid inimesi, avaliku omandi, sealhulgas taeva, nominaalseid omanikke renti taotlevate eraüksuste eest, kes lisavad avalikke hüvesid. Iseenesest pole kumbki tõsi ega isegi võimalik. SpaceX-i arendused annavad võimaluse leida sellel uuel turul õnnelik meedium. Saame aru, et see on leitud, kui maksime innovatsiooni ja sotsiaalse heaolu loomise sagedust.
Viimased mõtted
Kirjutasin selle artikli kohe, kui sain veel ühe valmis -
Rikkad ja sõjaväelased on satelliit-interneti kasutanud juba pikka aega, kuid üldlevinud, üldine ja odav Starlink pole ilma Starshipita lihtsalt võimalik.
Stardist on pikalt räägitud, kuid Starship, mis on üsna odav ja seetõttu huvitav platvorm, on ilma Starlinkita võimatu.
Mehitatud astronautikast on räägitud juba pikka aega ja kui sa —
Allikas: www.habr.com