Ez a cikk egy sorozat része, amelynek szentelt
A megoldás erre a párosítási problémára a Starlink. A saját műholdak összeállításával és felbocsátásával a SpaceX új piacot hozhat létre és határozhat meg a kommunikációhoz való rendkívül hatékony és demokratikus hozzáféréshez az űrben, finanszírozást generálhat egy rakéta megépítéséhez, mielőtt az elsüllyeszti a vállalatot, és gazdasági értékét billiókra növelheti. Ne becsülje alá Elon ambícióinak mértékét. Csak annyi billió dolláros iparág létezik: energia, nagy sebességű közlekedés, kommunikáció, IT, egészségügy, mezőgazdaság, kormányzat, védelem. A gyakori tévhitek ellenére,
Elon Musk először akkor fordította figyelmét az űrre, amikor 80 millió dollárt akart ingyen befektetni egy küldetésbe, hogy növényeket neveljen egy Mars-szondán. Egy város építése a Marson valószínűleg 100 000-szer többe kerülne, így a Starlink a Musk fő fogadása, hogy biztosítsa a nagyon szükséges szponzori pénzek áradatát.
Miért?
Már régóta tervezem ezt a cikket, de csak a múlt héten kaptam teljes képet. Aztán a SpaceX elnöke, Gwynne Shotwell egy lenyűgöző interjút adott Rob Baronnak, amelyet később a CNBC-nek adott meg egy nagyszerű filmben.
koncepció
Kell-e egyáltalán ilyen hatalmas csoportosítás az internethez? És miért most?
Csak az én emlékezetemben vált az Internet a tisztán akadémikus kényeztetésből az első és egyetlen forradalmi infrastruktúrává. Ez nem egy teljes cikket érdemlő téma, de azt feltételezem, hogy globális szinten az internet iránti igény és az általa generált bevétel továbbra is évente körülbelül 25%-kal fog növekedni.
Ma szinte mindannyian kisszámú, földrajzilag elszigetelt monopóliumtól szerezzük be az internetet. Az Egyesült Államokban az AT&T, a Time Warner, a Comcast és néhány kisebb szereplő felosztotta a területet, hogy elkerülje a versenyt, három skint kérjen a szolgáltatásokért, és sütkérezzen a szinte egyetemes gyűlölet sugaraiban.
Jó okuk van arra, hogy a szolgáltatók versenyképtelenek legyenek – a mindent elsöprő kapzsiságon túl. Az internet infrastruktúrájának kiépítése – mikrohullámú cellatornyok és száloptika – nagyon-nagyon költséges. Könnyű elfelejteni az internet csodálatos természetét. Nagymamám először a második világháborúban ment el dolgozni kommunikációs operátornak, de a távíró ezután postagalambokkal versengett a stratégiai vezető szerepért! A legtöbbünk számára az információs szupersztráda valami múlandó, megfoghatatlan, de a darabok a fizikai világban járnak, ahol határok, folyók, hegyek, óceánok, viharok, természeti katasztrófák és egyéb akadályok vannak. Még 1996-ban, amikor az első száloptikai vezetéket az óceán fenekén fektették le,
Valamikor egy optikai laboratóriumban dolgoztam, és (ha a memória nem csal) megdöntöttük az akkori rekordot, 500 Gb/sec multiplex átviteli sebességgel. Az elektronikai korlátok lehetővé tették, hogy az egyes szálakat az elméleti kapacitásuk 0,1%-áig terheljék. Tizenöt évvel később készen állunk a küszöb túllépésére: ha az adatátvitel túllép rajta, a szál megolvad, és már nagyon közel vagyunk ehhez.
De fel kell emelnünk az adatáramlást a bűnös föld fölé - az űrbe, ahol a műhold öt év alatt 30 000-szer kerüli meg a „labdát”. Kézenfekvő megoldásnak tűnik – akkor miért nem vállalta korábban senki?
A Motorola által az 1990-es évek elején kifejlesztett és telepített Iridium műholdkonstelláció (emlékszel még rájuk?) lett az első globális alacsony pályás kommunikációs hálózat (ahogyan csábítóan leírják
Ha az Iridiumnak 66 műholdra volt szüksége, akkor miért van szüksége a SpaceX-nek több tízezerre? Hogyan más ez?
A SpaceX az ellenkező végéről lépett be ebbe az üzletbe – az indulásokkal kezdődött. Úttörővé vált a hordozórakéta-megőrzés területén, és ezzel elfoglalta az olcsó kilövőállások piacát. Ha megpróbálja túllicitálni őket alacsonyabb áron, az nem fog sok pénzt hozni, így az egyetlen módja annak, hogy valahogy profitáljon a túlzott hatalmukból, ha ügyfelükké váljon. A SpaceX saját műholdai felbocsátásának költségei -
A Starlink világméretű lefedettsége a világ bármely pontján hozzáférést biztosít majd a kiváló minőségű internethez. Az internet elérhetősége most először nem attól függ, hogy egy ország vagy város milyen közel van egy optikai vonalhoz, hanem attól, hogy a fenti égbolt derült-e. A felhasználók szerte a világon hozzáférhetnek egy korlátlan globális internethez, függetlenül attól, hogy milyen fokú gonoszságot és/vagy aljas kormányzati monopóliumot képviselnek. A Starlink azon képessége, hogy megtörje ezeket a monopóliumokat, hihetetlen mértékű pozitív változást fog katalizálni, amely végül emberek milliárdjait egyesíti majd a jövő globális kiberközösségében.
Egy rövid lírai kitérő: mit is jelent ez?
A mindenütt jelen lévő kapcsolódás mai korában felnövő emberek számára az internet olyan, mint a levegő, amit beszívunk. Ő csak az. De ez - ha megfeledkezünk hihetetlen pozitív változást hozó erejéről - és máris ennek a középpontjában vagyunk. Az internet segítségével az emberek felelősségre vonhatják vezetőiket, kommunikálhatnak más emberekkel a világ másik felén, megoszthatják gondolataikat, és újat találhatnak ki. Az internet egyesíti az emberiséget. A modernizáció története az adatcsere-képességek fejlődésének története. Először is - beszédeken és epikus költészeten keresztül. Aztán - írásban, amely hangot ad a halottaknak, és az élőkhöz fordulnak; Az írás lehetővé teszi az adatok tárolását, és lehetővé teszi az aszinkron kommunikációt. A nyomtatott sajtó beindította a hírgyártást. Elektronikus kommunikáció – felgyorsította az adatátvitelt szerte a világon. A személyes jegyzetkészítő eszközök fokozatosan bonyolultabbá váltak, a notebookokból mobiltelefonokká fejlődtek, amelyek mindegyike egy internetre csatlakozó számítógép, tele van érzékelőkkel, és napról napra jobban előre látja az igényeinket.
Aki az írást és a számítógépet használja a megismerési folyamatban, annak nagyobb esélye van leküzdeni a tökéletlenül fejlett agy korlátait. Ami még jobb, hogy a mobiltelefonok egyszerre nagy teljesítményű tárolóeszközök és eszmecsere mechanizmusok. Míg korábban az emberek a jegyzetfüzetekbe firkantott beszédre hagyatkoztak gondolataik megosztásában, manapság az a norma, hogy a jegyzetfüzetek megosszák az emberek által generált ötleteket. A hagyományos séma megfordult. A folyamat logikus folytatása a kollektív metakogníció egy bizonyos formája, személyes eszközökön keresztül,
Hogyan?
Beszéljünk a Starlink projekt üzleti modelljéről és architektúrájáról.
Ahhoz, hogy a Starlink nyereséges vállalkozás legyen, a beáramló pénzeszközöknek meg kell haladniuk az építési és üzemeltetési költségeket. Hagyományosan a tőkebefektetés magasabb előzetes költségekkel, kifinomult speciális finanszírozási és biztosítási mechanizmusokkal jár a műhold fellövéséhez. Egy geostacionárius kommunikációs műhold 500 millió dollárba kerülhet, összeszerelése és felbocsátása pedig 5 évig tart. Ezért az ezen a területen működő cégek egyszerre építenek sugárhajtású vagy konténerhajókat. Óriási kiadások, a finanszírozási költségeket alig fedező forrásbeáramlás és viszonylag kis működési költségvetés. Ezzel szemben az eredeti Iridium bukása az volt, hogy a Motorola bénító licencdíjak megfizetésére kényszerítette az üzemeltetőt, és néhány hónapon belül csődbe vitte a vállalatot.
Az effajta üzlethez a hagyományos műholdas társaságoknak magánügyfeleket kellett kiszolgálniuk, és magas adatátviteli sebességet kellett fizetniük. A légitársaságok, a távoli előőrsök, a hajók, a háborús övezetek és a kulcsfontosságú infrastruktúra körülbelül 5 dollárt fizetnek MB-onként, ami 1-szer drágább, mint a hagyományos ADSL, a késleltetés és a viszonylag alacsony műholdas átvitel ellenére.
A Starlink versenyezni kíván a földi szolgáltatókkal, ami azt jelenti, hogy olcsóbban kell majd szolgáltatnia az adatokat, és ideális esetben jóval kevesebb, mint 1 dollárért kell fizetnie 1 MB-ért. Lehetséges ez? Vagy mivel ez lehetséges, fel kell tennünk a kérdést: hogyan lehetséges ez?
Egy új étel első összetevője az olcsó bevezetés. Ma a Falcon egy 24 tonnás indítást körülbelül 60 millió dollárért ad el, ami 2500 kg-onként 1 dollár. Kiderült azonban, hogy sokkal több a belső költség. A Starlink műholdakat újrafelhasználható hordozórakétákkal indítják majd, így egy kilövés határköltsége egy új második szakasz (kb. 4 millió dollár), a burkolatok (1 millió) és a földi támogatás (~1 millió) költsége. Összesen: kb 100 ezer dollár műholdonként, i.e. több mint 1000-szer olcsóbb, mint egy hagyományos kommunikációs műhold felbocsátása.
A legtöbb Starlink műholdat azonban a csillaghajón indítják fel. Valójában a Starlink evolúciója, amint azt az FCC frissített jelentései mutatják, nyújt némi segítséget
Miből áll a műholdak költsége? Testvéreik között a Starlink műholdak kissé szokatlanok. Ezeket laposan szerelik össze, tárolják és vízre bocsátják, ezért rendkívül könnyen tömegesen gyárthatók. A tapasztalat azt mutatja, hogy a gyártási költségnek megközelítőleg meg kell egyeznie az indítószerkezet költségével. Ha nagy az árkülönbség, az a források helytelen elosztását jelenti, hiszen a határköltségek átfogó csökkentése a költségek csökkentése mellett nem olyan nagy. Valóban lehet 100 ezer dollárt fizetni műholdonként az első több százas tételért? Más szóval, a Starlink műhold egy eszközben nem bonyolultabb, mint egy gép?
Ennek a kérdésnek a teljes megválaszolásához meg kell értenünk, hogy egy pályán keringő kommunikációs műhold költsége miért 1000-szer magasabb, még ha nem is 1000-szer bonyolultabb. Egészen leegyszerűsítve, miért olyan drága az űrhardver? Ennek számos oka van, de ebben az esetben a legnyomósabb: ha egy műhold pályára állítása (a Falcon előtt) több mint 100 millióba kerül, akkor hosszú évekig kell garantálni, hogy legalább nyereség. Az első és egyetlen termék működésében ilyen megbízhatóság biztosítása fájdalmas folyamat, és akár évekig is elhúzódhat, több száz ember erőfeszítését igényli. Adja hozzá a költségeket, és könnyen megindokolhatja a további folyamatokat, amikor már költséges az indítás.
A Starlink megtöri ezt a paradigmát azzal, hogy több száz műholdat épít, gyorsan kijavítja a korai tervezési hibákat, és tömeggyártási technikákat alkalmaz a költségek szabályozására. Én személy szerint simán el tudok képzelni egy Starlink szerelősort, ahol egy technikus valami újat beépít a dizájnba, és műanyag kötéssel (természetesen NASA-szinttel) mindent összefog egy-két óra alatt, fenntartva a szükséges 16 műhold/nap csereszintet. A Starlink műhold sok bonyolult alkatrészből áll, de nem látom okát, hogy miért ne lehetne 20 ezerre lecsökkenteni a futószalagról leszálló ezredik egység költségét. már alacsonyabb, mint az indítás költsége.
Vegyük az átlagos esetet, és elemezzük a megtérülési időt, kerekítve a számokat. Egy Starlink műhold, melynek összeszerelése és felbocsátása 100 ezerbe kerül, 5 évig bírja. Megtérül-e, és ha igen, mennyi időn belül?
5 év alatt a Starlink műhold 30 000-szer kerüli meg a Földet. Mindegyik másfél órás pályán az idő nagy részét az óceán felett tölti, és talán 100 másodpercet egy sűrűn lakott város felett. Ez alatt a rövid ablak alatt sugározza az adatokat, és rohan pénzt keresni. Feltéve, hogy az antenna 100 nyalábot támogat, és mindegyik nyaláb 100 Mbps-t ad át modern kódolási típussal
A becsült adatok mindkét irányban nagymértékben eltérhetnek. De mindenesetre, ha egy jó minőségű műholdat képes alacsony pályára állítani 100 000 - vagy akár egységenként 1 millióért -, ez komoly kérés. Még nevetségesen rövid használati idejével is, a Starlink műhold élettartama során 30 PB adatot képes szállítani – GB-onként 0,003 dollár amortizált költség mellett. Ugyanakkor nagyobb távolságra történő adás esetén a határköltségek gyakorlatilag nem nőnek.
Ahhoz, hogy megértsük ennek a modellnek a jelentőségét, gyorsan hasonlítsuk össze két másik, a fogyasztók számára adatszolgáltatásra szolgáló modellel: egy hagyományos optikai kábellel és egy olyan műhold-konstellációval, amelyet egy olyan cég kínál, amely nem szakosodott műholdak felbocsátására.
Hogyan lehetséges ez? A Starlink műhold tartalmazza az összes kifinomult elektronikus kapcsoló hardvert, amely az optikai kábelek csatlakoztatásához szükséges, de a drága, törékeny vezeték helyett vákuumot használ az adatok továbbítására. Az űrben történő átvitel csökkenti a hangulatos és haldokló monopóliumok számát, így a felhasználók még kevesebb hardveren keresztül kommunikálhatnak.
Hasonlítsuk össze a konkurens OneWeb műholdas fejlesztővel. A OneWeb egy 600 műholdból álló konstelláció létrehozását tervezi, amelyet kereskedelmi beszállítókon keresztül indít el 20 kg-onként körülbelül 000 1 dollárért. Egy műhold tömege 150 kg, azaz ideális helyzetben egy egység kilövése hozzávetőlegesen 3 millió A műhold hardver költségét műholdonként 1 millióra becsülik, i.e. 2027-re a teljes csoport költsége 2,6 milliárd lesz, a OneWeb által végzett tesztek 50 Mb/s átviteli sebességet mutattak ki. a csúcson, ideális esetben a 16 sugár mindegyikére. Ugyanazt a mintát követve, amelyet a Starlink költségének kiszámításához használtunk, azt kapjuk, hogy minden OneWeb műhold pályánként 80 dollárt termel, és mindössze 5 év alatt 2,4 millió dollárt hoz majd – ez alig fedezi a kilövési költségeket, ha a távoli régiókra irányuló adatátvitelt is számoljuk. . Összesen 1,70 dollárt kapunk 1 GB-onként.
Gwynne Shotwellt nemrég idézték, aki ezt mondta
Biztos vagyok benne, hogy vannak optimistább elemzések a OneWeb-el és más feltörekvő műhold-konstellációs fejlesztőkkel kapcsolatban, de még nem tudom, hogyan működnek náluk a dolgok.
Nemrég Morgan Stanley
Az utolsó hátralévő pont a Starlink által megtermelt 1 Watt napenergiára vetített nyereség összehasonlítása. A honlapjukon található fotók szerint minden műhold napelem-tömbje hozzávetőlegesen 60 négyzetméteres, azaz kb. átlagosan körülbelül 3 kW vagy 4,5 kWh teljesítményt termel fordulatonként. Durva becslések szerint minden pálya 1000 dollárt, minden műhold pedig körülbelül 220 dollárt termel kWh-nként. Ez 10 000-szerese a napenergia nagykereskedelmi költségének, ami ismét megerősíti:
építészet
Az előző részben nagyjából bemutattam a Starlink architektúra egy nem triviálisan jelentős részét - hogyan működik a bolygó rendkívül egyenetlen népsűrűsége mellett. A Starlink műhold fókuszált sugarakat bocsát ki, amelyek foltokat hoznak létre a bolygó felszínén. Az egy helyen lévő előfizetők egy sávszélességen osztoznak. A folt méretét az alapvető fizika határozza meg: kezdetben a szélessége (műhold magassága x mikrohullámú hossz / antenna átmérője), ami egy Starlink műholdnál a legjobb esetben is pár kilométer.
A legtöbb városban a népsűrűség megközelítőleg 1000 fő/négyzetkilométer, bár helyenként magasabb. Tokió vagy Manhattan egyes területein több mint 100 000 ember tartózkodhat egy helyen. Szerencsére minden ilyen sűrűn lakott városnak van versenyképes hazai piaca a szélessávú internetnek, nem beszélve a fejlett mobiltelefon-hálózatról. De bárhogy is legyen, ha egy adott időpillanatban több, azonos konstellációjú műhold van a város felett, az átviteli sebességet növelni lehet az antennák térbeli diverzitásával, valamint a frekvenciaelosztással. Más szóval, több tucat műhold képes a legerősebb sugarat egy pontra fókuszálni, és az adott régió felhasználói földi terminálokat fognak használni, amelyek elosztják a kérést a műholdak között.
Ha a kezdeti szakaszban a legmegfelelőbb piac a szolgáltatások értékesítésére a távoli, vidéki vagy elővárosi területek, akkor a további bevezetésekhez a források a sűrűn lakott városok jobb szolgáltatásaiból származnak. A forgatókönyv pont az ellentéte a szokásos piaci terjeszkedési mintának, amelyben a városokat megcélzó versenyképes szolgáltatások elkerülhetetlenül csökkenő profitot szenvednek el, miközben szegényebb és kevésbé lakott területekre próbálnak terjeszkedni.
Néhány évvel ezelőtt, amikor végeztem a számításokat,
Erről a képről vettem az adatokat, és elkészítettem az alábbi 3 grafikont. Az első a Föld területének gyakoriságát mutatja népsűrűség szerint. A legérdekesebb az, hogy a Föld nagy része egyáltalán nem lakott, miközben gyakorlatilag egyetlen régióban sem él 100 embernél több négyzetkilométer.
A második grafikon az emberek gyakoriságát mutatja népsűrűség szerint. És bár a bolygó nagy része lakatlan, az emberek nagy része olyan területeken él, ahol négyzetkilométerenként 100–1000 ember él. Ennek a csúcsnak a kiterjesztett jellege (egy nagyságrenddel nagyobb) a bimodalitást tükrözi az urbanizációs mintákban. 100 fő/négyzetkilométer. viszonylag gyéren lakott vidéki térség, míg az 1000 fő/nm. már jellemző a külvárosokra. A városközpontok könnyen mutatnak 10 000 fő / négyzetkilométert, de Manhattan lakossága 25 000 fő / négyzetkilométer.
A harmadik grafikon a népsűrűséget mutatja szélességi fok szerint. Látható, hogy szinte minden ember az északi szélesség 20 és 40 foka között koncentrálódik. Nagyjából ez történt földrajzilag és történelmileg is, mivel a déli félteke hatalmas részét az óceán foglalja el. Pedig egy ilyen népsűrűség ijesztő kihívás a csoport építészei számára, mert... A műholdak egyenlő időt töltenek mindkét féltekén. Ráadásul a Föld körül, mondjuk 50 fokos szögben keringő műhold több időt tölt majd közelebb a meghatározott szélességi határokhoz. Ez az oka annak, hogy a Starlink mindössze 6 pályát igényel az Egyesült Államok északi részének kiszolgálásához, míg az Egyenlítő lefedéséhez 24.
Valójában, ha a népsűrűségi grafikont kombinálja a műhold-konstelláció sűrűségi grafikonjával, nyilvánvalóvá válik a pályák kiválasztása. Mindegyik oszlopdiagram a SpaceX négy FCC-bejegyzésének egyikét ábrázolja. Személy szerint számomra úgy tűnik, hogy minden új jelentés egy kiegészítés az előzőhöz, de mindenesetre nem nehéz belátni, hogy a további műholdak hogyan növelik a kapacitást az északi félteke megfelelő régióihoz képest. Ezzel szemben jelentős kihasználatlan kapacitás maradt a déli féltekén – örülj, Ausztrália!
Mi történik a felhasználói adatokkal, amikor elérik a műholdat? Az eredeti változatban a Starlink műhold azonnal visszaküldte őket egy dedikált földi állomásra a szolgáltatási területek közelében. Ezt a konfigurációt "közvetlen relének" nevezik. A jövőben a Starlink műholdak lézeren keresztül tudnak majd kommunikálni egymással. Az adatcsere a sűrűn lakott városok felett tetőzik majd, de az adatok két dimenzióban is eloszthatók egy lézerhálózaton. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy óriási lehetőség rejlik a rejtett kommunikációs visszahordó hálózatra a műholdak hálózatában, vagyis a felhasználói adatok bármely alkalmas helyen "visszaküldhetők a Földre". A gyakorlatban számomra úgy tűnik, hogy a SpaceX földi állomásokat kombinálják majd
Kiderült, hogy a műhold-műhold kommunikáció nem triviális feladat, hacsak a műholdak nem mozognak együtt. Az FCC-nek küldött legutóbbi jelentések 11 különböző műholdak orbitális konstellációjáról számolnak be. Egy adott csoporton belül a műholdak azonos magasságban, azonos szögben és azonos excentricitással mozognak, ami azt jelenti, hogy a lézerek viszonylag könnyen megtalálják a közelben lévő műholdakat. A csoportok közötti zárási sebességet azonban km/s-ban mérik, így a csoportok közötti kommunikációt lehetőség szerint rövid, gyorsan vezérelhető mikrohullámú összeköttetéseken keresztül kell megvalósítani.
Az orbitális csoport topológia olyan, mint a fény hullám-részecske elmélete, és nem különösebben vonatkozik a példánkra, de szerintem gyönyörű, ezért beletettem a cikkbe. Ha nem érdekli ez a rész, ugorjon közvetlenül az „Alapvető fizika határai” részhez.
A tórusz – vagy fánk – két sugár által meghatározott matematikai objektum. Nagyon egyszerű köröket rajzolni a tórusz felületére: az alakjával párhuzamosan vagy merőlegesen. Érdekes lehet felfedezni, hogy a tórusz felületére két másik körcsalád is megrajzolható, és mindkettő egy lyukon halad át a közepén és a körvonal körül. Ez az ún
És bár a műholdpályák szigorúan véve inkább ellipszisek, mint körök, ugyanez vonatkozik a Starlinkre is. Egy 4500 műholdból álló konstelláció több pályasíkon, mindegyik azonos szögben, folyamatosan mozgó képződményt alkot a Föld felszíne felett. Az észak felé irányított képződmény egy adott szélességi pont felett megfordul, és visszahúzódik dél felé. Az ütközések elkerülése érdekében a pályákat enyhén megnyújtják, így az északi irányba mozgó réteg több kilométerrel a dél felé haladó felett (vagy alatta) lesz. Ez a két réteg együtt egy kifújt tóruszt alkot, amint az alábbi, erősen eltúlzott diagramon látható.
Hadd emlékeztesselek arra, hogy ezen a tóruszon belül a kommunikáció a szomszédos műholdak között zajlik. Általánosságban elmondható, hogy a különböző rétegekben lévő műholdak között nincs közvetlen és folyamatos kapcsolat, mivel a lézeres irányítás zárási sebessége túl magas. A rétegek közötti adatátviteli út pedig a tórusz felett vagy alatt halad.
Összesen 30 000 műhold található 11 egymásba ágyazott toriban, messze az ISS pályája mögött! Ez a diagram bemutatja, hogy ezek a rétegek hogyan vannak csomagolva, túlzott excentricitás nélkül.
Végül gondolja át az optimális repülési magasságot. Van egy dilemma: kis magasság, amely nagyobb áteresztőképességet biztosít kisebb nyalábmérettel, vagy nagy magasság, amely lehetővé teszi, hogy kevesebb műholddal lefedje az egész bolygót? Az idő múlásával a SpaceX FCC-nek küldött jelentései egyre alacsonyabb tengerszint feletti magasságról beszéltek, mivel a Starship fejlődésével lehetővé teszi a nagyobb csillagképek gyors telepítését.
Az alacsony magasságnak más előnyei is vannak, beleértve az űrszeméttel való ütközés kockázatának csökkenését vagy a berendezés meghibásodásának negatív következményeit. A megnövekedett légellenállás miatt az alacsonyabban fekvő Starlink műholdak (330 km) heteken belül kiégnek, miután elvesztik az irányítást. Valójában 300 km olyan magasság, amelyen műholdak alig repülnek, és a magasság fenntartásához beépített Krypton elektromos rakétamotorra, valamint áramvonalas kialakításra lesz szükség. Elméletileg egy meglehetősen hegyes, elektromos rakétahajtóművel hajtott műhold stabilan képes tartani a 160 km-es magasságot, de a SpaceX nem valószínű, hogy ilyen alacsonyan indít műholdakat, mert van még néhány trükk a hüvelyében a kapacitás növelésére.
Az alapvető fizika korlátai
Valószínűtlennek tűnik, hogy egy műhold elhelyezésének költsége valaha is jóval 35 ezer alá csökkenjen, még akkor is, ha a gyártás fejlett és teljesen automatizált, a Starship hajók pedig teljesen újrafelhasználhatók, és még nem teljesen ismert, hogy a fizika milyen korlátozásokat szab majd a műholdra. . A fenti elemzés 80 Gbps-os csúcsátviteli sebességet feltételez. (ha felkerekít 100 nyalábot, amelyek mindegyike 100 Mbps átvitelre képes).
A maximális csatornakapacitás korlátja a következőre van állítva
Praktikus a 100 gerenda? Ennek a problémának két aspektusa van: a nyalábszélesség és a fázisos tömbelem sűrűsége. A sugárszélességet a hullámhossz és az antenna átmérője osztva határozza meg. A digitális fázisú antenna még mindig speciális technológia, de a maximális hasznos méreteket a szélesség határozza meg
Akár 2500 csatorna, amelyek mindegyike 58 Gb/s-ot támogat, hatalmas mennyiségű információ – durván 145 Tb/s. Összehasonlításképpen: az összes internetes forgalom 2020-ban
Egy 330 kilométeres pályán lévő műhold esetében a 0,01 radiános sugár 10 négyzetkilométernyi területet fed le. A különösen sűrűn lakott területeken, mint például Manhattan, akár 300 000 ember él ezen a területen. Mi van, ha mindannyian egyszerre kezdik nézni a Netflixet (7 Mbps HD minőségben)? A teljes adatigénylés 2000 GB/sec, ami körülbelül 35-szöröse az FPGA soros interfész által megszabott jelenlegi szigorú határértéknek. Ebből a helyzetből két kiút van, amelyek közül csak az egyik lehetséges fizikailag.
Az első az, hogy több műholdat állítsanak pályára, hogy egy adott időpontban több mint 35 lebegjen a nagy keresletű területek felett. Ha ismét 1 szteradiánt veszünk egy elfogadható címezhető égbolt területre és egy átlagos 400 km-es pályamagasságra, akkor 0,0002 / négyzetkilométer csoportosítási sűrűséget kapunk, vagy összesen 100 000 csoportosítási sűrűséget kapunk, ha egyenletesen oszlanak el a földgömb teljes felülete. Emlékezzünk arra, hogy a SpaceX kiválasztott pályái drámaian megnövelik a lefedettséget a sűrűn lakott területeken az északi szélesség 20-40 fokán belül, és most varázslatosnak tűnik a 30 000 műhold száma.
A második ötlet sokkal menőbb, de sajnos megvalósíthatatlan. Emlékezzünk vissza, hogy a sugár szélességét a fázissoros antenna szélessége határozza meg. Mi lenne, ha több műholdon lévő több tömb egyesítené az energiát, hogy keskenyebb sugarat hozzon létre – akárcsak az ehhez hasonló rádióteleszkópok
Kiderült, hogy a szögdiverzitás általi csatornák szétválasztása – elvégre a műholdak az égbolton egymástól távol helyezkednek el – megfelelő javulást biztosít az átviteli sebességben a fizika törvényeinek megsértése nélkül.
Alkalmazás
Mi a Starlink ügyfélprofilja? Alapértelmezés szerint több száz millió felhasználóról van szó, akiknek a tetején pizzásdoboz méretű antennák vannak, de vannak más magas bevételi források is.
A távoli és vidéki területeken a földi állomásoknak nincs szükségük fázissoros antennákra a sugárszélesség maximalizálása érdekében, így kisebb előfizetői eszközök is lehetségesek, az IoT eszközkövetőktől a kézi műholdas telefonokig, vészjelzőkig vagy tudományos műszerekig az állatok nyomon követéséhez.
Sűrű városi környezetben a Starlink elsődleges és tartalék backhaul-ot biztosít a mobilhálózathoz. Mindegyik cellatorony tetején lehet egy nagy teljesítményű földi állomás, de az erősítéshez és az utolsó mérföldes átvitelhez földi tápegységeket kell használni.
Végül, még a kezdeti bevezetés során zsúfolt területeken is lehetséges az alacsony pályán járó, rendkívül alacsony késleltetésű műholdak alkalmazása. Maguk a pénzügyi vállalatok rengeteg pénzt adnak az Ön kezébe – csak azért, hogy a világ minden sarkából legalább egy kicsit gyorsabban hozzájussanak a létfontosságú adatokhoz. És annak ellenére, hogy a Starlink-en keresztüli adatátvitel a szokásosnál hosszabb utat tesz meg – az űrben –, a fény terjedési sebessége vákuumban 50%-kal nagyobb, mint a kvarcüvegben, és ez bőven kiegyenlíti a különbséget, ha nagyobb távolságra továbbítjuk.
Negatív hatások
Az utolsó rész a negatív következményekkel foglalkozik. A cikk célja, hogy megtisztítsa Önt a projekttel kapcsolatos tévhitektől, és a viták lehetséges negatív következményei a leginkább aggasztóak. A felesleges értelmezéstől tartózkodva adok néhány információt. Még mindig nem vagyok tisztánlátó, és nincsenek bennfentesek a SpaceX-től.
Véleményem szerint a legsúlyosabb következmények az internethez való fokozott hozzáférésből származnak. Még szülővárosomban, Pasadenában is, egy több mint egymillió lakosú nyüzsgő és technológiai hozzáértésű városban, ahol számos obszervatórium, egy világszínvonalú egyetem és egy jelentős NASA-létesítmény található, korlátozottak a választási lehetőségek az internetszolgáltatások terén. Az Egyesült Államokban és a világ többi részén az internet bérleti díjra törekvő közszolgáltatássá vált, és az internetszolgáltatók csak próbálják megkeresni havi 50 millió dollárjukat egy hangulatos, versenymentes környezetben. Lehetséges, hogy minden lakások és lakóépületek számára nyújtott szolgáltatás kommunális szolgáltatás, de az internetes szolgáltatások minősége kevésbé egyenlő, mint a víz, a villany vagy a gáz.
A status quóval az a probléma, hogy a vízzel, árammal vagy gázzal ellentétben az internet még mindig fiatal és gyorsan növekszik. Folyamatosan találunk rá új felhasználási módokat. A legforradalmibb dolgokat még fel kell fedezni, de a csomagtervek elfojtják a verseny és az innováció lehetőségét. Emberek milliárdjai maradtak hátra
Az internetet az égből folyamatosan terjesztő Starlink megsérti ezt a modellt. Még nem tudok jobb módot arra, hogy emberek milliárdjait csatlakoztassuk az internethez. A SpaceX jó úton halad afelé, hogy internetszolgáltatóvá váljon, és potenciálisan internetes céggé váljon, amely vetekszik a Google-lal és a Facebookkal. Fogadok, hogy nem gondoltál erre.
Nem nyilvánvaló, hogy a műholdas internet a legjobb megoldás. A SpaceX és csak a SpaceX képes gyorsan létrehozni egy kiterjedt műholdat, mert csak egy évtizedet töltött azzal, hogy megtörje a kormány és a katonai monopóliumát az űrhajók kilövésében. Még ha az Iridium tízszeresen is megelőzné a mobiltelefonokat a piacon, mégsem érné el széles körben elterjedését a hagyományos indítóállványokkal. A SpaceX és annak egyedi üzleti modellje nélkül jó esély van arra, hogy a globális műholdas internet egyszerűen soha nem jön létre.
A második nagy csapás a csillagászatot éri. Az első 60 Starlink műhold felbocsátása után kritika hullámot kapott a nemzetközi csillagásztársadalom részéről, miszerint a sokszorosára megnövekedett műholdak akadályozzák hozzáférésüket az éjszakai égboltra. Van egy mondás: a csillagászok között az a legmenőbb, akinek a legnagyobb a teleszkópja. Túlzás nélkül a modern korban a csillagászat ijesztő feladat, amely az elemzés minőségének javításáért folytatott állandó küzdelemre emlékeztet a növekvő fényszennyezés és más zajforrások hátterében.
Az utolsó dolog, amire egy csillagásznak szüksége van, az a fényes műholdak ezrei, amelyek egy távcső fókuszában villognak. Valójában az első Iridium-csillagkép a napfényt a Föld kis területeire visszaverő nagy panelek miatt vált hírhedtté. Előfordult, hogy elérték a Hold negyedének fényességét, és néha véletlenül megsérültek az érzékeny csillagászati érzékelők. Nem alaptalanok az a félelmek sem, hogy a Starlink megszállja a rádiócsillagászatban használt rádiósávokat.
Ha letölt egy műholdkövető alkalmazást, több tucat műholdat láthat az égen egy derült estén. A műholdak napnyugta után és hajnal előtt láthatók, de csak akkor, ha a napsugarak megvilágítják őket. Később az éjszaka folyamán a műholdak láthatatlanok a Föld árnyékában. Aprók, rendkívül távoliak, nagyon gyorsan mozognak. Van rá esély, hogy egy távoli csillagot kevesebb mint egy ezredmásodpercig eltakarnak, de szerintem még ennek észlelése is aranyér lesz.
Az égbolt megvilágításával kapcsolatos erős aggodalomra ad okot az a tény, hogy az első indítás műholdak rétege a Föld végpontjához közel épült, i.e. Európa éjszakáról éjszakára – nyár volt – az esti szürkületben az égen átrepülő műholdak epikus képét nézte. Ezenkívül az FCC jelentésein alapuló szimulációk azt mutatták, hogy az 1150 km-es pályán lévő műholdak még csillagászati szürkület után is láthatóak lesznek. Általában az alkonyat három szakaszon megy keresztül: polgári, tengeri és csillagászati, azaz. amikor a Nap 6, 12 és 18 fokkal van a horizont alatt. A csillagászati szürkület végén a napsugarak körülbelül 650 km-re vannak a felszíntől a zenitben, jóval túl a légkörön és az alacsony Föld körüli pályán. -tól származó adatok alapján
A harmadik probléma a pályán lévő törmelék. BAN BEN
A műholdakat 350 km magasságra indítják, majd a beépített hajtóművek segítségével elrepülnek a tervezett pályájukra. Bármely műhold, amely elpusztul az indítás során, néhány héten belül kikerül a pályáról, és nem kering máshol magasabban a következő ezer évben. Ez az elhelyezés stratégiailag magában foglalja az ingyenes belépés tesztelését. Ezenkívül a Starlink műholdak keresztmetszete lapos, ami azt jelenti, hogy amikor elveszítik a magassági kontrollt, bejutnak a légkör sűrű rétegeibe.
Kevesen tudják, hogy a SpaceX úttörővé vált az űrhajózásban azáltal, hogy a squib helyett alternatív rögzítési módokat használt. Szinte az összes kilövőhely használ squib-eket a fokozatok, műholdak, burkolatok stb. stb. telepítésekor, ezáltal növelve a törmelék potenciális mennyiségét. A SpaceX a felső fokozatokat is szándékosan távolítja el a pályáról, megakadályozva, hogy örökre az űrben lógjanak, így nem romlanak el és ne esjenek szét a zord űrkörnyezetben.
Végül az utolsó kérdés, amelyet meg szeretnék említeni, az az esély, hogy a SpaceX saját létrehozásával kiszorítja a meglévő internetes monopóliumot. A SpaceX a saját résében már monopolizálja a kilövéseket. Csak a rivális kormányok vágya, hogy garantált hozzáférést kapjanak az űrbe, akadályozza meg a drága és elavult rakéták, amelyeket gyakran nagy monopolista védelmi vállalkozók szerelnek össze, selejtezését.
Nem olyan nehéz elképzelni, hogy a SpaceX 2030-ban évente 6000 műholdat indítana fel, plusz néhány kémműholdat a régi idők kedvéért. Olcsó és megbízható műholdak A SpaceX „állványhelyet” ad el harmadik féltől származó eszközök számára. Bármely egyetem, amely képes létrehozni egy űrben használható kamerát, képes lesz pályára állítani anélkül, hogy egy teljes űrplatform felépítésének költségeit kellene viselnie. Az ilyen fejlett és korlátlan űrhozzáféréssel a Starlink már a műholdakhoz kötődik, míg a történelmi gyártók a múlté válnak.
A történelemben vannak példák olyan előrelátó vállalatokra, amelyek olyan hatalmas piaci rést foglaltak el, hogy nevükből ismertek lettek: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
A probléma akkor merülhet fel, ha egy úttörő vállalat versenyellenes gyakorlatokat folytat piaci részesedésének megőrzése érdekében, bár ez Reagan elnök óta gyakran megengedett. A SpaceX megtarthatja Starlink-monopóliumát, és arra kényszerítené a többi műhold-konstelláció-fejlesztőt, hogy régi szovjet rakétákkal indítsanak műholdakat. Hasonló intézkedések történtek
Még ennél is aggasztóbb, hogy a SpaceX több tízezer alacsony pályán járó műhold telepítését a közös eszközök koopciójaként lehetne megtervezni. Egy magáncég, amely személyes haszonszerzésre törekszik, véglegesen birtokba veszi az egyszer nyilvánosan hozzáférhető és betöltetlen orbitális pozíciókat. És bár a SpaceX innovációi lehetővé tették, hogy vákuumban ténylegesen pénzt keressenek, a SpaceX szellemi tőkéjének nagy része több milliárd dolláros kutatási költségvetésből épült fel.
Egyrészt olyan törvényekre van szükségünk, amelyek megvédik a magánbefektetéseket, a kutatási és fejlesztési alapokat. E védelem nélkül az innovátorok nem tudnak ambiciózus projekteket finanszírozni, vagy olyan helyre költöztetik vállalataikat, ahol ilyen védelmet kapnak. Mindenesetre a lakosság szenved, mert nem keletkezik profit. Másrészt olyan törvényekre van szükségünk, amelyek megvédik az embereket, a köztulajdon névleges tulajdonosait, beleértve az égboltot is, azoktól a járadékot kereső magánszervezetektől, amelyek közjavakat csatolnak hozzá. Önmagában sem az egyik, sem a másik nem igaz, sőt nem is lehetséges. A SpaceX fejlesztései lehetőséget kínálnak arra, hogy megtalálják a középutat ezen az új piacon. Meg fogjuk érteni, hogy ezt akkor találtuk meg, ha maximalizáljuk az innováció gyakoriságát és a társadalmi jólét megteremtését.
Végső gondolatok
Ezt a cikket azonnal írtam, miután befejeztem egy másikat -
A gazdagok és a katonaság már régóta használja a műholdas internetet, de a mindenütt elterjedt, általános és olcsó Starlink Starship nélkül egyszerűen lehetetlen.
Már régóta beszélnek az indulásról, de a Starship, egy nagyon olcsó és ezért érdekes platform, a Starlink nélkül lehetetlen.
Az emberes űrkutatásról már régóta beszélnek, és ha...
Forrás: will.com