Ovaj je članak dio serije posvećene .
— SpaceX-ov plan za distribuciju interneta putem desetaka tisuća satelita glavna je tema u tisku vezanom uz svemir. Članci o najnovijim dostignućima objavljuju se tjedno. Ako je općenito shema jasna, a nakon čitanja , dobro motivirana osoba (recimo, vaša) može iskopati mnogo detalja. Međutim, još uvijek postoje mnoge zablude povezane s ovom novom tehnologijom, čak i među prosvijećenim promatračima. Nije neuobičajeno vidjeti članke koji uspoređuju Starlink s OneWebom i Kuiperom (između ostalih) kao da se natječu pod jednakim uvjetima. Drugi autori, očito zabrinuti za dobrobit planeta, vape o svemirskom otpadu, svemirskom pravu, standardima i sigurnosti astronomije. Nadam se da će nakon čitanja ovog prilično dugačkog članka čitatelj bolje razumjeti i biti inspiriran idejom Starlinka.
neočekivano dirnuo osjetljivu žicu u dušama mojih malobrojnih čitatelja. U njemu sam objasnio kako će Starship staviti SpaceX na čelo dugo vremena, dok će u isto vrijeme osigurati vozilo za nova istraživanja svemira. Implikacija je da tradicionalna satelitska industrija nije u stanju držati korak sa SpaceX-om, koji je stalno povećavao kapacitet i smanjivao troškove svoje obitelji raketa Falcon, stavljajući SpaceX u težak položaj. S jedne strane formirala je tržište vrijedno u najboljem slučaju nekoliko milijardi godišnje. S druge strane, potaknula je nezajažljiv apetit za novcem - za gradnjom goleme rakete, na kojoj, međutim, gotovo da nema koga poslati na Mars, a nema ni neposredne zarade.
Rješenje za ovaj problem uparivanja je Starlink. Sastavljanjem i lansiranjem vlastitih satelita, SpaceX bi mogao stvoriti i definirati novo tržište za visoko učinkovit i demokratiziran pristup komunikacijama u svemiru, generirati sredstva za izgradnju rakete prije nego što potopi tvrtku i povećati njezinu ekonomsku vrijednost na bilijune. Ne podcjenjujte razmjere Elonovih ambicija. Postoji samo toliko industrija vrijednih trilijune dolara: energija, brzi transport, komunikacije, IT, zdravstvo, poljoprivreda, vlada, obrana. Unatoč uobičajenim zabludama, , и - posao nije održiv. Elon je svojom Teslom ušao u energetski prostor, ali jedino će telekomunikacije pružiti pouzdano i prostrano tržište za lansiranje satelita i raketa.
Elon Musk je prvi put skrenuo pažnju na svemir kada je htio besplatno uložiti 80 milijuna dolara u misiju uzgoja biljaka na sondi za Mars. Izgradnja grada na Marsu vjerojatno bi koštala 100 puta više, tako da je Starlink Muskova glavna oklada da osigura bujicu prijeko potrebnog sponzorskog novca .
Za što?
Dugo sam planirao ovaj članak, ali tek sam prošli tjedan dobio potpunu sliku. Tada je predsjednica SpaceX-a Gwynne Shotwell dala Robu Baronu zadivljujući intervju, koji je kasnije popratio za CNBC u velikom Michaelu Sheetzu, a kojemu je i posvećena . Ovaj intervju pokazao je veliku razliku u pristupu satelitskoj komunikaciji između SpaceX-a i svih ostalih.
koncept rođen je 2012., kada je SpaceX shvatio da njegovi kupci - uglavnom satelitski pružatelji usluga - imaju ogromne rezerve novca. Mjesta za lansiranje podižu cijene za postavljanje satelita i nekako propuštaju jedan korak posla - kako je to moguće? Elon je sanjao o stvaranju satelitske konstelacije za Internet i, ne mogavši odoljeti gotovo nemogućem zadatku, započeo je taj proces. Starlink razvoj , ali do kraja ovog članka ti, moj čitatelju, vjerojatno ćeš se iznenaditi koliko su te poteškoće zapravo male - s obzirom na opseg ideje.
Je li toliko velika grupacija uopće potrebna Internetu? I zašto sada?
Samo u mom sjećanju Internet se od čisto akademske razmaženosti pretvorio u prvu i jedinu revolucionarnu infrastrukturu. Ovo nije tema koja zaslužuje cijeli članak, ali pretpostavljam da će globalno potreba za internetom i prihod koji on stvara nastaviti rasti za oko 25% godišnje.
Danas gotovo svi dobivamo internet od malog broja geografski izoliranih monopola. U SAD-u su AT&T, Time Warner, Comcast i nekolicina manjih igrača podijelili teritorij kako bi izbjegli konkurenciju, naplaćivali tri skina za usluge i uživali u zrakama gotovo univerzalne mržnje.
Postoji dobar razlog zašto su pružatelji usluga nekonkurentni - osim sveopće pohlepe. Izgradnja infrastrukture za internet - mikrovalni ćelijski tornjevi i optička vlakna - vrlo je, vrlo skupa. Lako je zaboraviti prekrasnu prirodu Interneta. Moja baka je prvi put otišla raditi u Drugom svjetskom ratu kao operaterka veza, ali telegraf se tada za vodeću stratešku ulogu natjecao s golubovima pismonošama! Za većinu nas informacijska superautocesta je nešto efemerno, nematerijalno, ali bitovi putuju kroz fizički svijet koji ima granice, rijeke, planine, oceane, oluje, prirodne katastrofe i druge prepreke. Davne 1996. godine, kada je prvi optički vod postavljen duž dna oceana, . Svojim prepoznatljivim britkim stilom slikovito opisuje skupoću i složenost postavljanja ovih linija po kojima prokleti “kotegi” tada još jure. Tijekom većeg dijela 2000-ih izvučeno je toliko kabela da je trošak postavljanja bio nevjerojatan.
Jedno vrijeme sam radio u optičkom laboratoriju i (ako me sjećanje ne vara) oborili smo tadašnji rekord, isporučujući brzinu multipleksnog prijenosa od 500 Gb/s. Ograničenja elektronike dopuštala su da se svako vlakno optereti do 0,1% njegovog teorijskog kapaciteta. Petnaest godina kasnije spremni smo premašiti prag: ako ga prijenos podataka prijeđe, vlakno će se rastopiti, a tome smo već vrlo blizu.
Ali moramo podići protok podataka iznad grešne zemlje - u svemir, gdje satelit nesmetano kruži oko "lopte" 30 puta u pet godina. Čini se kao očito rješenje - pa zašto ga nitko prije nije prihvatio?
Satelitska konstelacija Iridium, koju je ranih 1990-ih razvila i postavila Motorola (sjećate li ih se?), postala je prva globalna komunikacijska mreža u niskoj orbiti (kao što je primamljivo opisano u ). U vrijeme kada je postavljen, pokazalo se da je jedina mogućnost usmjeravanja malih paketa podataka iz alata za praćenje imovine njegova jedina upotreba: mobiteli su postali toliko jeftini da satelitski telefoni nikada nisu zaživjeli. Iridium je imao 66 satelita (plus nekoliko rezervnih) u 6 orbita - minimalno postavljen za pokrivanje cijelog planeta.
Ako je Iridiju trebalo 66 satelita, zašto onda SpaceX treba desetke tisuća? Kako je tako drugačije?
SpaceX je u ovaj posao ušao s suprotnog kraja – počelo je s lansiranjima. Postao je pionir u području očuvanja lansirnih vozila i tako osvojio tržište jeftinih lansirnih rampi. Pokušaj nadmašiti ih s nižom cijenom neće vam donijeti puno novca, tako da je jedini način da nekako profitirate od njihove viška moći da postanete njihov kupac. Troškovi SpaceX-a za lansiranje vlastitih satelita - (po 1 kg) Iridium, te su stoga u mogućnosti izaći na znatno šire tržište.
Starlinkova pokrivenost diljem svijeta omogućit će pristup visokokvalitetnom internetu bilo gdje u svijetu. Po prvi put dostupnost interneta neće ovisiti o blizini neke zemlje ili grada optičkoj liniji, već o čistoći neba iznad. Korisnici diljem svijeta imat će pristup nesputanom globalnom Internetu bez obzira na vlastite različite stupnjeve zla i/ili zločestih vladinih monopola. Sposobnost Starlinka da razbije te monopole katalizirat će pozitivne promjene nevjerojatnih razmjera koje će konačno ujediniti milijarde ljudi u globalnoj cyber zajednici budućnosti.
Kratka lirska digresija: što to uopće znači?
Za ljude koji odrastaju u današnjoj eri sveprisutne povezanosti, internet je poput zraka koji udišemo. On jednostavno jest. Ali ovo – zaboravimo li na njegovu nevjerojatnu moć da donese pozitivne promjene – a mi smo već u samom središtu. Uz pomoć interneta ljudi mogu pozvati svoje vođe na odgovornost, komunicirati s drugim ljudima na drugom kraju svijeta, dijeliti mišljenja i izmisliti nešto novo. Internet ujedinjuje čovječanstvo. Povijest modernizacije je povijest razvoja mogućnosti razmjene podataka. Prvo – kroz govore i epsku poeziju. Zatim - pismeno, što daje glas mrtvima, a oni se obraćaju živima; pisanje omogućuje pohranu podataka i omogućuje asinkronu komunikaciju. Tisak je pokrenuo proizvodnju vijesti. Elektronička komunikacija – ubrzala je prijenos podataka diljem svijeta. Osobni uređaji za bilježenje postupno su postali složeniji, evoluirajući od prijenosnih računala do mobitela, od kojih je svaki računalo povezano s internetom, prepuno senzora i svakim danom sve bolje predviđa naše potrebe.
Osoba koja se u procesu spoznaje služi pisanjem i računalom ima veće šanse prevladati ograničenja nesavršeno razvijenog mozga. Ono što je još bolje jest da su mobiteli i moćni uređaji za pohranu podataka i mehanizam za razmjenu ideja. Dok su se ljudi prije oslanjali na govor upisan u bilježnice kako bi podijelili svoje misli, danas je norma da bilježnice dijele ideje koje su ljudi stvorili. Tradicionalna shema doživjela je inverziju. Logičan nastavak procesa je određeni oblik kolektivne metakognicije, putem osobnih uređaja, i povezani jedni s drugima. I dok smo možda još uvijek nostalgični za našom izgubljenom vezom s prirodom i samoćom, važno je zapamtiti da je tehnologija i sama tehnologija odgovorna za lavovski udio u našem oslobađanju od “prirodnih” ciklusa neznanja, prerane smrti (koja može biti izbjegavati), nasilje, glad i karijes.
Kako?
Razgovarajmo o poslovnom modelu i arhitekturi projekta Starlink.
Da bi Starlink postao profitabilno poduzeće, priljev sredstava mora premašiti troškove izgradnje i rada. Tradicionalno, kapitalna ulaganja uključuju veće početne troškove, sofisticirano specijalizirano financiranje i mehanizme osiguranja za lansiranje satelita. Geostacionarni komunikacijski satelit može stajati 500 milijuna dolara, a sastavljanje i lansiranje može trajati 5 godina. Stoga tvrtke u ovom području istovremeno grade mlazne brodove ili kontejnerske brodove. Enormni troškovi, priljev sredstava koji jedva pokriva troškove financiranja i relativno mali proračun poslovanja. Nasuprot tome, pad izvornog Iridiuma bio je u tome što je Motorola prisilila operatera da plaća paralizirajuće naknade za licenciranje, što je poduzeće dovelo do bankrota u roku od samo nekoliko mjeseci.
Da bi obavljale ovu vrstu poslovanja, tradicionalne satelitske tvrtke morale su opsluživati privatne korisnike i naplaćivati visoke podatkovne stope. Zrakoplovne tvrtke, udaljene ispostave, brodovi, ratne zone i ključna infrastruktura plaćaju oko 5 USD po MB, što je 1 puta skuplje od tradicionalnog ADSL-a, unatoč kašnjenju i relativno niskoj satelitskoj propusnosti.
Starlink se planira natjecati s pružateljima zemaljskih usluga, što znači da će morati isporučivati podatke jeftinije i, idealno, naplaćivati puno manje od 1 USD za 1 MB. Je li to moguće? Ili, budući da je to moguće, trebali bismo se zapitati: kako je to moguće?
Prvi sastojak novog jela je jeftino lansiranje. Danas Falcon prodaje lansiranje od 24 tone za oko 60 milijuna dolara, što je 2500 dolara po 1 kg. Ispostavilo se, međutim, da je puno više internih troškova. Sateliti Starlink lansirat će se na lansirnim vozilima za višekratnu upotrebu, tako da je granični trošak jednog lansiranja trošak novog drugog stupnja (oko 4 milijuna dolara), obloga (1 milijun) i zemaljske podrške (~1 milijun). Ukupno: oko 100 tisuća dolara po satelitu, tj. više od 1000 puta jeftinije od lansiranja konvencionalnog komunikacijskog satelita.
Međutim, većina Starlink satelita bit će lansirana na Starshipu. Doista, evolucija Starlinka, kao što pokazuju ažurirana izvješća FCC-u, pruža neke unutarnju arhitekturu projekta. Ukupan broj satelita u konstelaciji narastao je s 1 na 584, potom na 2 i na kraju na 825 7. Ako je vjerovati bruto akumulacijama, brojka je i veća. Minimalan broj satelita za prvu fazu razvoja da bi projekt bio održiv je 518 u 30 orbita (ukupno 000), dok puna pokrivenost unutar 60 stupnja od ekvatora zahtijeva 6 orbite od 360 satelita (ukupno 53). To su 24 lansiranja za Falcon za samo 60 milijuna dolara internih troškova. Starship je, s druge strane, dizajniran za lansiranje do 1440 satelita odjednom, za otprilike istu cijenu. Starlink satelite trebat će mijenjati svakih 24 godina, tako da bi 150 satelita zahtijevalo 400 lansiranja Starshipa godišnje. Koštat će nekih 5 milijuna godišnje, odnosno 6000 tisuća po satelitu. Svaki satelit lansiran na Falconu teži 15 kg; sateliti podignuti na Starship mogli bi težiti 100 kg i nositi instrumente trećih strana, biti nešto veći i još uvijek ne premašiti dopušteno opterećenje.
Od čega se sastoji cijena satelita? Među svojom braćom, Starlink sateliti su pomalo neobični. Sastavljaju se, skladište i lansiraju u ravnom položaju i stoga su iznimno jednostavni za masovnu proizvodnju. Iskustvo pokazuje da bi trošak proizvodnje trebao biti približno jednak trošku lansera. Ako je razlika u cijeni velika, to znači da su resursi pogrešno raspoređeni, jer sveobuhvatno smanjenje graničnih troškova uz smanjenje troškova nije tako veliko. Je li stvarno moguće platiti 100 tisuća dolara po satelitu za prvu seriju od nekoliko stotina? Drugim riječima, nije li satelit Starlink u uređaju ništa složeniji od stroja?
Da bismo u potpunosti odgovorili na ovo pitanje, moramo razumjeti zašto je cijena komunikacijskog satelita u orbiti 1000 puta veća, čak i ako nije 1000 puta složeniji. Jednostavno rečeno, zašto je svemirski hardver tako skup? Mnogo je razloga za to, ali najuvjerljiviji u ovom slučaju je ovaj: ako lansiranje satelita u orbitu (prije Falcona) košta više od 100 milijuna, mora biti zajamčeno da će raditi mnogo godina kako bi se donijelo barem nešto dobit. Osiguravanje takve pouzdanosti u radu prvog i jedinog proizvoda je bolan proces i može se razvući godinama, zahtijevajući napore stotina ljudi. Dodajte troškove i lako je opravdati dodatne procese kada je već skupo za pokretanje.
Starlink razbija ovu paradigmu izgradnjom stotina satelita, brzim ispravljanjem ranih grešaka u dizajnu i korištenjem tehnika masovne proizvodnje za kontrolu troškova. Ja osobno mogu lako zamisliti Starlinkovu traku za sklapanje gdje tehničar integrira nešto novo u dizajn i drži sve zajedno plastičnom vezicom (NASA-ina razina, naravno) u sat ili dva, održavajući potrebnu razinu zamjene od 16 satelita dnevno. Satelit Starlink sastoji se od mnogo zamršenih dijelova, ali ne vidim razloga zašto se cijena tisućite jedinice koja silazi s proizvodne trake ne može spustiti na 20 tisuća. Dapače, u svibnju je Elon na Twitteru napisao da je cijena proizvodnje satelita već niži od cijene lansiranja .
Uzmimo prosječan slučaj i analizirajmo vrijeme povrata, zaokružujući brojeve. Jedan Starlink satelit čija montaža i lansiranje košta 100 tisuća kuna traje 5 godina. Hoće li se isplatiti, i ako hoće, koliko brzo?
Za 5 godina satelit Starlink obići će Zemlju 30 puta. Na svakoj od tih jednoipolsatnih orbita, većinu će vremena provesti iznad oceana i možda 000 sekundi iznad gusto naseljenog grada. Tijekom ovog kratkog prozora, on emitira podatke, žureći zaraditi novac. Pod pretpostavkom da antena podržava 100 zraka i da svaka zraka odašilje 100 Mbps koristeći modernu vrstu kodiranja , tada satelit generira 1000 USD dobiti po orbiti—s cijenom pretplate od 1 USD za 1 GB. To je dovoljno da se nadoknadi trošak implementacije od 100 tisuća u tjedan dana i uvelike pojednostavljuje strukturu kapitala. Preostalih 29 okretaja su dobit minus fiksni troškovi.
Procijenjene brojke mogu jako varirati, u oba smjera. Ali u svakom slučaju, ako ste u mogućnosti lansirati kvalitetnu konstelaciju satelita u nisku orbitu za 100 - ili čak za milijun po jedinici - to je ozbiljan zahtjev. Čak i sa svojim smiješno kratkim vremenom korištenja, satelit Starlink može isporučiti 000 PB podataka tijekom svog životnog vijeka - po amortiziranom trošku od 1 USD po GB. Istodobno, kod prijenosa na veće udaljenosti granični troškovi praktički ne rastu.
Kako bismo razumjeli značaj ovog modela, na brzinu ga usporedimo s dva druga modela za dostavu podataka potrošačima: tradicionalnim optičkim kabelom i satelitskom konstelacijom koju nudi tvrtka koja nije specijalizirana za lansiranje satelita.
, koji povezuje Francusku i Singapur, pušten je u rad 2005. godine. Propusnost - 1,28 Tb/s, trošak implementacije - 500 milijuna dolara. Ako radi sa 10% kapaciteta 100 godina, a režijski troškovi iznose 100% kapitalnih troškova, tada će cijena prijenosa biti 0,02 USD po 1 GB. Transatlantski kabeli su kraći i nešto jeftiniji, ali podmorski kabel je samo jedna cjelina u dugom lancu ljudi koji žele novac za podatke. Prosječna procjena za Starlink ispada 8 puta jeftinija, a istovremeno su sveobuhvatne.
Kako je ovo moguće? Satelit Starlink uključuje sav sofisticirani elektronički komutacijski hardver potreban za spajanje optičkih kabela, ali za prijenos podataka koristi vakuum umjesto skupe, krhke žice. Prijenos kroz svemir smanjuje broj ugodnih i umirućih monopola, dopuštajući korisnicima da komuniciraju kroz još manje hardvera.
Usporedimo se s konkurentskim satelitskim programerom OneWeb. OneWeb planira stvoriti konstelaciju od 600 satelita koje će lansirati preko komercijalnih dobavljača po cijeni od približno 20 USD po 000 kg. Težina jednog satelita je 1 kg, tj. u idealnoj situaciji lansiranje jedne jedinice će biti otprilike 150 milijuna Trošak satelitskog hardvera procjenjuje se na 3 milijun po satelitu, tj. do 1. trošak cijele grupe bit će 2027 milijardi Testovi koje je proveo OneWeb pokazali su protok od 2,6 Mb/sek. na vrhuncu, idealno, za svaku od 50 zraka. Slijedeći isti obrazac koji smo koristili za izračun cijene Starlinka, dobivamo: svaki OneWeb satelit generira 16 USD po orbiti, a za samo 80 godina donijet će 5 milijuna USD - jedva pokrivajući troškove lansiranja, ako računate i prijenos podataka u udaljene regije . Ukupno dobivamo 2,4 dolara po 1,70 GB.
Nedavno je to citirana Gwynne Shotwell , što podrazumijeva konkurentnu cijenu od 0,10 USD za 1 GB. I to je još uvijek s izvornom konfiguracijom Starlinka: s manje optimiziranom proizvodnjom, lansiranjem na Falconu i ograničenjima u prijenosu podataka - i samo s pokrivenošću sjevernog SAD-a. Ispostavilo se da SpaceX ima neporecivu prednost: danas mogu lansirati puno prikladniji satelit po cijeni (po jedinici) 15 puta nižoj od svojih konkurenata. Starship će povećati vodstvo za 100 puta, ako ne i više, tako da nije teško zamisliti da SpaceX do 2027. lansira 30 satelita za manje od milijardu dolara, od čega će većinu osigurati iz vlastitog novčanika.
Siguran sam da postoje optimističnije analize vezane uz OneWeb i druge nadolazeće programere satelitskih konstelacija, ali još ne znam kako stvari funkcioniraju za njih.
Nedavno Morgan Stanley da će Starlink sateliti koštati 1 milijun za montažu i 830 tisuća za lansiranje. . Zanimljivo, brojke su slične našim procjenama za troškove OneWeba i otprilike su 10 puta veće od izvorne Starlinkove procjene. Korištenje Starshipa i komercijalne proizvodnje satelita moglo bi smanjiti troškove postavljanja satelita na oko 35K/jedinici. A ovo je zapanjujuće niska brojka.
Posljednja preostala točka je usporediti profit po 1 Wattu solarne energije proizvedene za Starlink. Prema fotografijama na njihovoj web stranici, solarni niz svakog satelita ima površinu od otprilike 60 četvornih metara, tj. u prosjeku stvara približno 3 kW ili 4,5 kWh po okretaju. Kao gruba procjena, svaka orbita će generirati 1000 dolara, a svaki satelit približno 220 dolara po kWh. To je 10 000 puta više od veleprodajne cijene solarne energije, što još jednom potvrđuje: . A modulacija mikrovalova za prijenos podataka je pretjeran dodatni trošak.
arhitektura
U prethodnom odjeljku prilično sam grubo predstavio ne-trivijalno značajan dio Starlink arhitekture - kako funkcionira s iznimno neravnomjernom gustoćom naseljenosti planeta. Satelit Starlink emitira fokusirane zrake koje stvaraju mrlje na površini planeta. Pretplatnici unutar točke dijele jednu propusnost. Veličinu točke određuje temeljna fizika: početna širina je (visina satelita x mikrovalna duljina / promjer antene), što je za Starlink satelit u najboljem slučaju nekoliko kilometara.
U većini gradova gustoća naseljenosti je oko 1000 ljudi/km100, iako je ponegdje i veća. U nekim područjima Tokija ili Manhattana može biti više od 000 XNUMX ljudi po mjestu. Srećom, svaki tako gusto naseljen grad ima konkurentno domaće tržište za širokopojasni internet, a da ne spominjemo visoko razvijenu mrežu mobilne telefonije. No, kako god bilo, ako u bilo kojem trenutku nad gradom postoji mnogo satelita iste konstelacije, propusnost se može povećati prostornom raznolikošću antena, kao i raspodjelom frekvencija. Drugim riječima, deseci satelita mogu fokusirati najjači snop na jednu točku, a korisnici u toj regiji će koristiti zemaljske terminale koji distribuiraju zahtjev među satelitima.
Ako su u početnim fazama najprikladnije tržište za prodaju usluga udaljena, ruralna ili prigradska područja, tada će sredstva za daljnja lansiranja dolaziti iz boljih usluga u gusto naseljenim gradovima. Scenarij je upravo suprotan standardnom obrascu širenja tržišta, u kojem konkurentne usluge usmjerene na gradove neizbježno trpe pad profita dok se pokušavaju proširiti na siromašnija i manje naseljena područja.
Prije nekoliko godina, kad sam radio proračune, .
Uzeo sam podatke s ove slike i napravio 3 grafikona u nastavku. Prvi pokazuje učestalost površine Zemlje prema gustoći naseljenosti. Najzanimljivije je to što većina Zemlje uopće nije naseljen, a praktički nijedna regija nema više od 100 ljudi po četvornom kilometru.
Drugi grafikon prikazuje učestalost ljudi prema gustoći naseljenosti. Iako je većina planeta nenaseljena, većina ljudi živi u područjima gdje ima 100-1000 ljudi po četvornom kilometru. Proširena priroda ovog vrha (red veličine veći) odražava bimodalnost u obrascima urbanizacije. 100 ljudi/km1000. relativno je rijetko naseljeno ruralno područje, dok brojka od 10 st./km000. već karakterističan za predgrađe. Gradski centri lako pokazuju 25 ljudi/km000, ali stanovništvo Manhattana je XNUMX ljudi/kmXNUMX.
Treći grafikon prikazuje gustoću naseljenosti prema zemljopisnoj širini. Može se vidjeti da su gotovo svi ljudi koncentrirani između 20 i 40 stupnjeva sjeverne geografske širine. To je, uglavnom, ono što se dogodilo zemljopisno i povijesno, budući da veliki dio južne hemisfere zauzima ocean. Pa ipak, takva gustoća naseljenosti zastrašujući je izazov za arhitekte grupe, jer... Sateliti provode jednaku količinu vremena u obje hemisfere. Štoviše, satelit koji kruži oko Zemlje pod kutom od, recimo, 50 stupnjeva provest će više vremena bliže određenim granicama geografske širine. To je razlog zašto je Starlinku potrebno samo 6 orbita za opsluživanje sjevernog SAD-a, u usporedbi s 24 za pokrivanje ekvatora.
Doista, ako kombinirate grafikon gustoće naseljenosti s grafikonom gustoće konstelacije satelita, izbor orbita postaje očit. Svaki stupčasti grafikon predstavlja jednu od četiri SpaceX-ove FCC prijave. Osobno mi se čini da je svaki novi izvještaj kao dodatak prethodnom, ali u svakom slučaju nije teško vidjeti kako dodatni sateliti povećavaju kapacitet nad odgovarajućim regijama na sjevernoj hemisferi. Nasuprot tome, značajan neiskorišteni kapacitet ostaje iznad južne hemisfere - raduj se, Australijo!
Što se događa s korisničkim podacima kada stignu do satelita? U izvornoj verziji, satelit Starlink odmah ih je poslao natrag do namjenske zemaljske postaje u blizini servisnih područja. Ova konfiguracija se naziva "izravni relej". U budućnosti će Starlink sateliti moći međusobno komunicirati putem lasera. Razmjena podataka dosegnut će vrhunac u gusto naseljenim gradovima, ali podaci se mogu distribuirati preko mreže lasera u dvije dimenzije. U praksi to znači da postoji ogromna prilika za tajnu komunikacijsku backhaul mrežu u mreži satelita, što znači da se korisnički podaci mogu "retransmitirati na Zemlju" na bilo kojoj prikladnoj lokaciji. U praksi, čini mi se da će se SpaceX zemaljske stanice kombinirati s izvan gradova.
Ispostavilo se da komunikacija satelit-satelit nije trivijalan zadatak osim ako se sateliti ne kreću zajedno. Najnovija izvješća FCC-u izvješćuju o 11 različitih orbitalnih konstelacija satelita. Unutar određene skupine, sateliti se kreću na istoj visini, pod istim kutom i s jednakim ekscentričnostima, što znači da laseri mogu pronaći satelite u neposrednoj blizini s relativnom lakoćom. No, brzine približavanja između skupina mjere se u km/s, tako da se komunikacija između skupina, ako je moguće, mora odvijati preko kratkih, brzo kontroliranih mikrovalnih veza.
Topologija orbitalne grupe je poput valno-čestične teorije svjetlosti i nije posebno primjenjiva na naš primjer, ali mislim da je prekrasna, pa sam je uključio u članak. Ako vas ovaj odjeljak ne zanima, prijeđite ravno na "Granice temeljne fizike".
Torus ili krafna je matematički objekt definiran s dva radijusa. Prilično je jednostavno nacrtati krugove na površini torusa: paralelne ili okomite na njegov oblik. Možda će vam biti zanimljivo otkriti da postoje dvije druge obitelji krugova koji se mogu nacrtati na površini torusa, a obje prolaze kroz rupu u središtu i oko obrisa. Ovo je tzv , a koristio sam ovaj dizajn kada sam dizajnirao toroid za Burning Man Tesla zavojnicu 2015.
I dok su orbite satelita, strogo govoreći, elipse, a ne krugovi, isti dizajn vrijedi za Starlink. Konstelacija od 4500 satelita na višestrukim orbitalnim ravninama, svi pod istim kutom, čine formaciju koja se neprestano kreće iznad Zemljine površine. Formacija usmjerena prema sjeveru iznad određene geografske širine okreće se i pomiče natrag prema jugu. Kako bi se izbjegli sudari, orbite će biti malo izdužene, tako da će sloj koji se kreće prema sjeveru biti nekoliko kilometara iznad (ili ispod) sloja koji se kreće prema jugu. Zajedno, oba ova sloja tvore ispuhani torus, kao što je prikazano dolje na vrlo preuveličanom dijagramu.
Dopustite mi da vas podsjetim da se unutar ovog torusa odvija komunikacija između susjednih satelita. Općenito, ne postoje izravne i kontinuirane veze između satelita u različitim slojevima, budući da su brzine približavanja za lasersko navođenje previsoke. Put prijenosa podataka između slojeva, pak, prolazi iznad ili ispod torusa.
Ukupno 30 satelita bit će smješteno u 000 ugniježđenih torusa, daleko iza orbite ISS-a! Ovaj dijagram pokazuje kako su svi ti slojevi pakirani, bez pretjerane ekscentričnosti.
Na kraju, razmislite o optimalnoj visini leta. Postoji dilema: niska nadmorska visina, koja daje veću propusnost s manjim veličinama snopa, ili velika nadmorska visina, koja vam omogućuje da pokrijete cijeli planet s manje satelita? S vremenom su izvješća SpaceX-a FCC-u govorila o sve nižim visinama jer, kako se Starship poboljšava, omogućuje brzo postavljanje većih konstelacija.
Mala nadmorska visina ima i druge prednosti, uključujući smanjeni rizik od sudara sa svemirskim otpadom ili negativne posljedice kvara opreme. Zbog povećanog atmosferskog otpora, niže ležeći Starlink sateliti (330 km) izgorjet će u roku od nekoliko tjedana nakon gubitka kontrole položaja. Doista, 300 km je visina na kojoj sateliti jedva lete, a održavanje visine zahtijevat će ugrađeni električni raketni motor Krypton, kao i aerodinamični dizajn. Teoretski, prilično zašiljen satelit pokretan električnim raketnim motorom može stabilno održavati visinu od 160 km, ali SpaceX vjerojatno neće lansirati satelite tako nisko, jer ima još nekoliko trikova u rukavu za povećanje kapaciteta.
Ograničenja fundamentalne fizike
Čini se malo vjerojatnim da će trošak smještaja satelita ikada pasti puno ispod 35 tisuća, čak i ako je proizvodnja napredna i potpuno automatizirana, a Starship brodovi potpuno višekratni, a još nije u potpunosti poznato koja će ograničenja fizika nametnuti satelitu . Gornja analiza pretpostavlja vršnu propusnost od 80 Gbps. (ako zaokružite na 100 zraka, od kojih je svaki sposoban prenositi 100 Mbps).
Ograničenje maksimalnog kapaciteta kanala postavljeno je na i dan je u statistici propusnosti (1+SNR). Propusnost je često ograničena , dok je SNR raspoloživa energija satelita, pozadinski šum i smetnje na kanalu zbog . Još jedna značajna prepreka je brzina obrade. Najnoviji Xilinx Ultrascale+ FPGA imaju , što je dobro s obzirom na trenutna ograničenja informacijskog kapaciteta kanala bez razvoja prilagođenih ASIC-ova. Ali čak i tada 58 Gb/sec. će zahtijevati impresivnu distribuciju frekvencija, najvjerojatnije u pojasima Ka ili V. V (40–75 GHz) ima pristupačnije cikluse, ali je podložan većoj apsorpciji od strane atmosfere, posebno u vlažnim područjima.
Jesu li 100 greda praktični? Postoje dva aspekta ovog problema: širina snopa i gustoća elemenata faznog niza. Širina snopa određena je valnom duljinom podijeljenom s promjerom antene. Digitalni fazni antenski niz je još uvijek specijalizirana tehnologija, ali maksimalne korisne dimenzije određene su širinom (cca. 1m), a korištenje radiofrekvencijske komunikacije je skuplje. Širina vala u Ka-pojasu je oko 1 cm, dok bi širina snopa trebala biti 0,01 radijan - sa širinom spektra na 50% amplitude. Pod pretpostavkom solidnog kuta snopa od 1 steradijana (slično pokrivenosti objektiva kamere od 50 mm), tada bi 2500 pojedinačnih snopova bilo dovoljno u ovom području. Linearnost implicira da bi 2500 snopova zahtijevalo minimalno 2500 antenskih elemenata unutar niza, što je u principu moguće, iako je teško postići. I sve će to postati jako vruće!
Čak 2500 kanala, od kojih svaki podržava 58 Gb/s, ogromna je količina informacija - grubo rečeno, onda 145 Tb/s. Za usporedbu, sav internetski promet u 2020 . Dobre vijesti za one koji su zabrinuti zbog fundamentalno niske propusnosti satelitskog interneta. Ako konstelacija od 30 satelita postane operativna do 000. godine, globalni internetski promet potencijalno će iznositi 2026 Tb/sec. Ako bi polovicu ovog kapaciteta isporučilo ~800 satelita iznad gusto naseljenih područja u bilo kojem trenutku, tada bi vršna propusnost po satelitu bila približno 500 Gbps, što je 800 puta više od naših izvornih osnovnih izračuna, tj. priljev financijskih sredstava potencijalno se povećava 10 puta.
Za satelit u orbiti od 330 kilometara, snop od 0,01 radijana pokriva područje od 10 kvadratnih kilometara. U posebno gusto naseljenim područjima poput Manhattana, na ovom području živi do 300 ljudi. Što ako svi počnu gledati Netflix odjednom (000 Mbps u HD kvaliteti)? Ukupni zahtjev za podacima bit će 7 GB/s, što je otprilike 2000 puta više od trenutnog strogog ograničenja koje nameće FPGA serijsko sučelje. Postoje dva izlaza iz ove situacije, od kojih je samo jedan fizički moguć.
Prvi je staviti više satelita u orbitu tako da u bilo kojem trenutku više od 35 visi nad područjima velike potražnje. Ako ponovno uzmemo 1 steradijan za prihvatljivo adresabilno područje neba i prosječnu orbitalnu visinu od 400 km, dobivamo gustoću grupiranja od 0,0002 / km100, odnosno 000 20 ukupno - ako su ravnomjerno raspoređeni cijeloj površini kugle zemaljske. Prisjetimo se da odabrane orbite SpaceX-a dramatično povećavaju pokrivenost gusto naseljenih područja unutar 40-30 stupnjeva sjeverne geografske širine, a sada se brojka od 000 satelita čini magičnom.
Druga ideja je puno cool, ali nažalost neostvariva. Podsjetimo se da je širina snopa određena širinom faznog antenskog niza. Što ako višestruki nizovi na više satelita kombiniraju snagu kako bi stvorili uži snop - baš kao radioteleskop poput ovog (vrlo velik antenski sustav)? Ova metoda dolazi s jednom komplikacijom: bazu između satelita morat će se pažljivo izračunati - s submilimetarskom točnošću - kako bi se stabilizirala faza zrake. A čak i da je to moguće, rezultirajuća zraka vjerojatno ne bi sadržavala bočne režnjeve, zbog niske gustoće konstelacije satelita na nebu. Na tlu bi se širina snopa suzila na nekoliko milimetara (dovoljno za praćenje antene mobitela), ali bi ih zbog slabog međunuliranja bilo na milijune. Hvala vam .
Ispostavilo se da odvajanje kanala pomoću kutne raznolikosti - uostalom, sateliti su raspoređeni po nebu - osigurava odgovarajuća poboljšanja u propusnosti bez kršenja zakona fizike.
Primjena
Što je Starlink korisnički profil? Prema zadanim postavkama, to su stotine milijuna korisnika s antenama veličine kutija za pizzu na svojim krovovima, ali postoje i drugi izvori visokih prihoda.
U udaljenim i ruralnim područjima zemaljske stanice ne trebaju fazne antenske rešetke za maksimiziranje širine snopa, tako da su mogući manji pretplatnički uređaji, od IoT uređaja za praćenje imovine do ručnih satelitskih telefona, svjetionika za hitne slučajeve ili znanstvenih instrumenata za praćenje životinja.
U gustim urbanim sredinama, Starlink će osigurati primarni i rezervni backhaul mobilnoj mreži. Svaki ćelijski toranj može imati zemaljsku stanicu visokih performansi na vrhu, ali koristiti zemaljske izvore napajanja za pojačanje i prijenos zadnje milje.
Konačno, čak iu zagušenim područjima tijekom početnog uvođenja, moguće su aplikacije za satelite u niskoj orbiti s iznimno malim kašnjenjem. I same financijske tvrtke stavljaju vam mnogo novca u ruke - samo da barem malo brže dobijete vitalne podatke iz svih krajeva svijeta. I iako podaci putem Starlinka putuju duže nego inače — kroz svemir — brzina širenja svjetlosti u vakuumu je 50% veća nego u kvarcnom staklu, a to više nego nadoknađuje razliku pri prijenosu na veće udaljenosti.
Negativne posljedice
Posljednji odjeljak bavi se negativnim posljedicama. Svrha je članka razjasniti vas od svih pogrešnih predodžbi o projektu, a potencijalne negativne posljedice kontroverzi najviše zabrinjavaju. Dat ću neke informacije, suzdržavši se od nepotrebnog tumačenja. Još uvijek nisam vidovnjak i nemam insajdere iz SpaceX-a.
Po mom mišljenju, najteže posljedice ima povećani pristup internetu. Čak iu mom rodnom gradu Pasadeni, živahnom i tehnološki potkovanom gradu s više od milijun ljudi koji je dom nekoliko zvjezdarnica, sveučilišta svjetske klase i velike NASA-ine ustanove, izbori kada su u pitanju internetske usluge ograničeni su. Diljem SAD-a i ostatka svijeta, internet je postao javna usluga koja traži rentu, a ISP-ovi samo pokušavaju zaraditi svojih 50 milijuna dolara mjesečno u ugodnom, nekonkurentnom okruženju. Možda je svaka usluga koja se isporučuje stanovima i stambenim zgradama komunalna usluga, ali kvaliteta internetskih usluga je manje jednaka od vode, struje ili plina.
Problem sa statusom quo je taj što je, za razliku od vode, struje ili plina, Internet još mlad i brzo raste. Stalno mu pronalazimo nove namjene. Najrevolucionarnije stvari tek treba otkriti, ali paket planovi guše mogućnost natjecanja i inovacija. Milijarde ljudi su ostavljene zbog okolnosti rođenja ili zato što je njihova zemlja predaleko od trase podmorskog kabla. Internet se još uvijek isporučuje u velika područja planeta pomoću geostacionarnih satelita, po iznuđivačkim cijenama.
Starlink, koji kontinuirano distribuira internet s neba, krši ovaj model. Još ne znam za bolji način povezivanja milijardi ljudi s internetom. SpaceX je na putu da postane pružatelj internetskih usluga i, potencijalno, internetska tvrtka koja će biti konkurent Googleu i Facebooku. Kladim se da nisi razmišljao o ovome.
Nije očito da je satelitski internet najbolja opcija. SpaceX i samo SpaceX je u poziciji brzo stvoriti opsežnu konstelaciju satelita, jer je samo on proveo desetljeće razbijajući vladino-vojni monopol na lansiranje svemirskih letjelica. Čak i kad bi Iridium deseterostruko nadmašio mobilne telefone na tržištu, još uvijek ne bi postigao široku primjenu korištenjem tradicionalnih lansirnih ploča. Bez SpaceX-a i njegovog jedinstvenog poslovnog modela, velika je vjerojatnost da se globalni satelitski internet jednostavno nikada ne bi dogodio.
Drugi veliki udarac bit će za astronomiju. Nakon lansiranja prvih 60 Starlinkovih satelita uslijedio je val kritika međunarodne astronomske zajednice da će im višestruko veći broj satelita onemogućiti pristup noćnom nebu. Postoji izreka: među astronomima je najcool onaj s najvećim teleskopom. Bez pretjerivanja, bavljenje astronomijom u modernom dobu je zastrašujući zadatak, koji podsjeća na stalnu borbu za poboljšanjem kvalitete analize u pozadini rastućeg svjetlosnog onečišćenja i drugih izvora buke.
Posljednje što astronomu treba su tisuće svijetlih satelita koji bljeskaju u fokusu teleskopa. Doista, prvo zviježđe Iridija postalo je poznato po stvaranju "bljeska" zahvaljujući velikim pločama koje su reflektirale sunčevu svjetlost na male površine Zemlje. Dešavalo se da dosegnu sjaj četvrtine Mjeseca i ponekad čak slučajno oštete osjetljive astronomske senzore. Strahovi da će Starlink napasti radiopojase koji se koriste u radioastronomiji također nisu neutemeljeni.
Ako preuzmete aplikaciju za satelitsko praćenje, možete vidjeti desetke satelita kako lete nebom za vedre večeri. Sateliti su vidljivi nakon zalaska sunca i prije zore, ali samo kada su obasjani sunčevim zrakama. Kasnije tijekom noći, sateliti su nevidljivi u Zemljinoj sjeni. Sićušni, izuzetno udaljeni, kreću se vrlo brzo. Postoji šansa da će zakloniti daleku zvijezdu na manje od milisekunde, ali mislim da će čak i otkrivanje ovoga biti hemoroid.
Snažna zabrinutost oko osvjetljenja neba proizašla je iz činjenice da je sloj satelita prvog lansiranja izgrađen blizu Zemljinog terminatora, tj. Iz noći u noć Europa je - a bilo je ljeto - gledala epsku sliku satelita koji su letjeli nebom u večernjem sumraku. Nadalje, simulacije temeljene na FCC izvješćima pokazale su da će sateliti u orbiti od 1150 km biti vidljivi čak i nakon što prođe astronomski sumrak. Općenito, sumrak prolazi kroz tri faze: civilnu, pomorsku i astronomsku, tj. kada je sunce 6, 12 odnosno 18 stupnjeva ispod horizonta. Na kraju astronomskog sumraka, sunčeve zrake su približno 650 km od površine u zenitu, daleko izvan atmosfere i većeg dijela niske Zemljine orbite. Na temelju podataka iz , vjerujem da će svi sateliti biti postavljeni na visinu ispod 600 km. U ovom bi slučaju bili vidljivi u sumrak, ali ne i nakon što padne noć, čime bi se uvelike smanjio potencijalni utjecaj na astronomiju.
Treći problem su krhotine u orbiti. U Istaknuo sam da će sateliti i krhotine ispod 600 km ispasti iz orbite u roku od nekoliko godina - zbog atmosferskog otpora, uvelike smanjujući mogućnost Kesslerovog sindroma. SpaceX se petlja po prljavštini kao da ih uopće nije briga za svemirsko smeće. Ovdje gledam detalje implementacije Starlinka i teško mi je zamisliti bolji način za smanjenje količine otpada u orbiti.
Sateliti se lansiraju na visinu od 350 km, a zatim pomoću ugrađenih motora odlijeću u svoju predviđenu orbitu. Svaki satelit koji umre tijekom lansiranja bit će izvan orbite u roku od nekoliko tjedana i neće kružiti negdje drugdje više sljedećih tisuću godina. Ovaj plasman strateški uključuje testiranje za besplatan ulaz. Nadalje, Starlink sateliti su ravnog presjeka, što znači da kada izgube kontrolu nad visinom, ulaze u guste slojeve atmosfere.
Malo ljudi zna da je SpaceX postao pionir u astronautici korištenjem alternativnih vrsta nosača umjesto skviba. Gotovo sva mjesta za lansiranje koriste mjerne instrumente pri postavljanju stupnjeva, satelita, obloga itd., itd., čime se povećava potencijalna količina otpada. SpaceX također namjerno uklanja gornje stupnjeve iz orbite, sprječavajući ih da zauvijek vise u svemiru, kako se ne bi pokvarili i raspali u surovom svemirskom okruženju.
Konačno, posljednje pitanje koje bih želio spomenuti je šansa da će SpaceX istisnuti postojeći internetski monopol stvaranjem vlastitog. U svojoj niši SpaceX već monopolizira lansiranja. Samo želja suparničkih vlada da dobiju zajamčen pristup svemiru sprječava odbacivanje skupih i zastarjelih projektila, koje često sastavljaju veliki monopolistički izvođači obrambenih radova.
Nije tako teško zamisliti da SpaceX lansira 2030 svojih satelita godišnje 6000., plus nekoliko špijunskih satelita za stara vremena. Jeftini i pouzdani sateliti SpaceX će prodavati "prostor u stalku" za uređaje trećih strana. Svako sveučilište koje može stvoriti kameru upotrebljivu u svemiru moći će je lansirati u orbitu bez snošenja troškova izgradnje cijele svemirske platforme. Uz tako napredan i neograničen pristup svemiru, Starlink se već povezuje sa satelitima, dok povijesni proizvođači postaju stvar prošlosti.
Povijest sadrži primjere naprednih kompanija koje su zauzele tako veliku nišu na tržištu da su njihova imena postala poznata: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Problem može nastati kada se pionirska tvrtka uključi u postupke protiv tržišnog natjecanja kako bi zadržala svoj tržišni udio, iako je to često dopušteno od predsjednika Reagana. SpaceX bi mogao zadržati svoj monopol nad Starlinkom, prisiljavajući druge programere satelitskih konstelacija da lansiraju satelite na starim sovjetskim raketama. Poduzete slične radnje , zajedno s fiksiranjem cijena prijevoza pošte, doveli su ga do kolapsa 1934. Srećom, SpaceX vjerojatno neće zauvijek zadržati apsolutni monopol na višekratne rakete.
Još više zabrinjava to što bi SpaceX-ovo postavljanje desetaka tisuća satelita u niskoj orbiti moglo biti osmišljeno kao kooptacija zajedničkog dobra. Privatna tvrtka, u potrazi za osobnim probitkom, preuzima trajno vlasništvo nad nekoć javno dostupnim i nenaseljenim orbitalnim pozicijama. I dok su SpaceX-ove inovacije omogućile zapravo zarađivanje novca u vakuumu, velik dio SpaceX-ovog intelektualnog kapitala izgrađen je s milijardama dolara proračuna za istraživanje.
S jedne strane, potrebni su nam zakoni koji će štititi privatna ulaganja, fondove za istraživanje i razvoj. Bez te zaštite inovatori neće moći financirati ambiciozne projekte ili će preseliti svoje tvrtke tamo gdje će im takva zaštita biti pružena. U svakom slučaju, javnost trpi jer se ne stvaraju profiti. S druge strane, potrebni su nam zakoni koji će štititi ljude, nominalne vlasnike zajedničkog dobra uključujući i nebo, od rent-seeking privatnih subjekata koji prisvajaju javna dobra. Samo po sebi, ni jedno ni drugo nije istinito niti moguće. Razvoj SpaceX-a nudi priliku za pronalaženje sredine na ovom novom tržištu. Shvatit ćemo da je to pronađeno kada maksimiziramo učestalost inovacija i stvaranje društvenog blagostanja.
Završne misli
Napisao sam ovaj članak odmah nakon što sam završio drugi - . Bio je to vruć tjedan. I Starship i Starlink su revolucionarne tehnologije koje nastaju pred našim očima, tijekom naših života. Ako gledam svoje unuke kako odrastaju, više će se čuditi što sam stariji od Starlinka, nego činjenici da kad sam bio dijete nije bilo mobitela (muzejski eksponati) niti samog javnog interneta.
Bogataši i vojska već dugo koriste satelitski internet, ali sveprisutni, uobičajeni i jeftini Starlink bez Starshipa jednostavno je nemoguć.
O lansiranju se priča već duže vrijeme, ali Starship, vrlo jeftina, a samim time i zanimljiva platforma, ne može bez Starlinka.
O istraživanju svemira s ljudskom posadom priča se već dugo, a ako... , onda imate zeleno svjetlo. Uz Starship i Starlink, ljudsko istraživanje svemira je ostvarivo, bliska budućnost, samo nekoliko koraka od orbitalne ispostave do industrijaliziranih gradova u dubokom svemiru.
Izvor: www.habr.com