Оваа статија е дел од серијата посветена на .
- Планот на SpaceX да го дистрибуира Интернетот преку десетици илјади сателити е главната тема во печатот поврзан со вселената. Написите за најновите достигнувања се објавуваат неделно. Ако воопшто шемата е јасна, и по читањето , добро мотивирана личност (да речеме, навистина твое) може да ископа многу детали. Сепак, сè уште има многу заблуди поврзани со оваа нова технологија, дури и меѓу просветените набљудувачи. Не е невообичаено да се видат написи кои ги споредуваат Starlink со OneWeb и Kuiper (меѓу другите) како да се натпреваруваат под еднакви услови. Други автори, јасно загрижени за доброто на планетата, викаат за вселенскиот отпад, вселенскиот закон, стандардите и безбедноста на астрономијата. Се надевам дека по читањето на оваа прилично долга статија, читателот подобро ќе ја разбере и ќе биде инспириран од идејата на Starlink.
неочекувано допре чувствителен акорд во душите на моите неколку читатели. Во него, објаснив како Starship ќе го стави SpaceX во првите редови долго време, а во исто време ќе обезбеди возило за ново истражување на вселената. Импликацијата е дека традиционалната сателитска индустрија не е во состојба да остане во чекор со SpaceX, кој постојано го зголемува капацитетот и ги намалува трошоците на семејството на ракети Фалкон, ставајќи го SpaceX во тешка позиција. Од една страна, формираше пазар вреден, во најдобар случај, неколку милијарди годишно. Од друга страна, таа го подгреа ненаситниот апетит за пари - за изградба на огромна ракета, на која, сепак, речиси и да нема кој да испрати на Марс, а не може да се очекува ни веднаш профит.
Решението за овој проблем со спарување е Starlink. Со составување и лансирање на сопствени сателити, SpaceX може да создаде и дефинира нов пазар за високо ефикасен и демократизиран пристап до комуникации низ вселената, да генерира средства за изградба на ракета пред да ја потопи компанијата и да ја зголеми нејзината економска вредност на трилиони. Не го потценувајте обемот на амбициите на Илон. Има само толку многу индустрии од трилиони долари: енергија, брз транспорт, комуникации, ИТ, здравство, земјоделство, влада, одбрана. И покрај вообичаените заблуди, , и - бизнисот не е остварлив. Илон влезе во енергетскиот простор со својата Тесла, но само телекомуникациите ќе обезбедат сигурен и обемен пазар за сателити и лансирање ракети.
Илон Маск првпат го сврте вниманието кон вселената кога сакаше да инвестира 80 милиони долари бесплатно во мисија за одгледување растенија на сонда на Марс. Изградбата на град на Марс веројатно би чинела 100 пати повеќе, така што Старлинк е главниот облог на Маск да обезбеди поплава од многу потребни спонзорски пари. .
За што?
Оваа статија ја планирав долго време, но дури минатата недела добив целосна слика. Потоа, претседателот на SpaceX, Гвин Шотвел, му даде на Роб Барон неверојатно интервју, кое подоцна го покрива за CNBC во одлично Мајкл Шиц, и кому му беше посветен . Ова интервју покажа огромна разлика во пристапите за сателитски комуникации помеѓу SpaceX и сите останати.
Концепт е роден во 2012 година, кога SpaceX сфати дека неговите клиенти - главно сателитски провајдери - имаат огромни резерви на пари. Сајтовите за лансирање ги зголемуваат цените за распоредување сателити и некако пропуштаат еден чекор од работата - како може тоа да биде? Илон сонувал да создаде сателитско соѕвездие за Интернет и, не можејќи да се спротивстави на речиси невозможната задача, го прекинал процесот. Развој на Starlink , но до крајот на оваа статија вие, мој читател, веројатно ќе бидете изненадени колку всушност се мали овие тешкотии - со оглед на опсегот на идејата.
Дали воопшто е потребна таква огромна групација за Интернет? И зошто сега?
Само во моето сеќавање интернетот се претвори од чисто академско разгалување во првата и единствена револуционерна инфраструктура. Ова не е тема која заслужува целосна статија, но би претпоставил дека на глобално ниво, потребата за интернет и приходите што ги создава ќе продолжи да расте за околу 25% годишно.
Денес, речиси сите од нас го добиваме својот интернет од мал број географски изолирани монополи. Во САД, AT&T, Time Warner, Comcast и неколку помали играчи ја поделија територијата за да ја избегнат конкуренцијата, наплатија три скини за услугите и уживаат во зраците на речиси универзална омраза.
Има добра причина за провајдерите да бидат неконкурентни - надвор од сеопфатната алчност. Изградбата на инфраструктура за Интернет - кули со микробранови ќелии и оптички влакна - е многу, многу скапо. Лесно е да се заборави прекрасната природа на Интернетот. Баба ми прво отиде да работи во Втората светска војна како оператор за комуникации, но телеграфот потоа се натпреваруваше за водечка стратешка улога со гулаби превозници! За повеќето од нас, информативниот автопат е нешто ефемерно, нематеријално, но деловите патуваат низ физичкиот свет, кој има граници, реки, планини, океани, бури, природни катастрофи и други пречки. Уште во 1996 година, кога беше поставена првата линија со оптички влакна по дното на океанот, . Во неговиот препознатлив остар стил, тој сликовито ја опишува огромната цена и сложеноста на поставувањето на овие линии, по кои тогаш сè уште брзаат проклетите „котеги“. Во поголемиот дел од 2000-тите, толку многу кабли беа повлечени што трошоците за распоредување беа неверојатни.
Своевремено работев во оптичка лабораторија и (ако служи меморијата) го срушивме тогашниот рекорд, испорачувајќи мултиплекс брзина на пренос од 500 Gb/sec. Електронските ограничувања дозволија секое влакно да се вчита до 0,1% од неговиот теоретски капацитет. Петнаесет години подоцна, ние сме подготвени да го надминеме прагот: ако преносот на податоци оди подалеку од него, влакното ќе се стопи, а ние веќе сме многу блиску до ова.
Но, ние треба да го подигнеме протокот на податоци над грешната земја - во вселената, каде што сателитот непречено кружи околу „топката“ 30 пати за пет години. Тоа би изгледало како очигледно решение - па зошто никој не го презел претходно?
Соѕвездието на сателитот Иридиум, развиено и распоредено во раните 1990-ти од Моторола (се сеќавате на нив?), стана првата глобална комуникациска мрежа со ниска орбита (како што е примамливо опишано во ). До моментот кога беше имплементиран, се покажа дека единствената употреба за насочување на мали пакети со податоци од трагачи на средства е ниската: мобилните телефони станаа толку евтини што сателитите никогаш не полетаа. Иридиум имаше 66 сателити (плус неколку резервни) во 6 орбити - минимумот поставен за покривање на целата планета.
Ако на Иридиум му требаат 66 сателити, тогаш зошто на SpaceX му требаат десетици илјади? Како е толку различно?
SpaceX влезе во овој бизнис од спротивниот крај - започна со лансирање. Стана пионер во областа на зачувување на лансери и на тој начин го освои пазарот на евтини лансирни рампи. Обидот да ги наддавате со пониска цена нема да ви донесе многу пари, па единствениот начин некако да профитирате од нивната вишок моќ е да станете нивни клиенти. Трошоците на SpaceX за лансирање сопствени сателити - (на 1 кг) Иридиум, и затоа се способни да влезат на значително поширок пазар.
Светската покриеност на Starlink ќе обезбеди пристап до висококвалитетен интернет каде било во светот. За прв пат, достапноста на Интернет нема да зависи од близината на земја или град до линијата со оптички влакна, туку од чистината на небото горе. Корисниците ширум светот ќе имаат пристап до неограничен глобален интернет без оглед на нивните различни степени на злобни и/или злобни владини монополи. Способноста на Starlink да ги разбие овие монополи ќе катализира позитивни промени во неверојатни размери кои конечно ќе обединат милијарди луѓе во глобалната сајбер заедница на иднината.
Кратка лирска дигресија: што воопшто значи ова?
За луѓето кои растат во денешната ера на сеприсутна поврзаност, Интернетот е како воздухот што го дишеме. Тој едноставно е. Но, ова - ако заборавиме на неговата неверојатна моќ да донесе позитивни промени - и ние веќе сме во самиот центар на тоа. Со помош на Интернет, луѓето можат да бараат одговорност од нивните лидери, да комуницираат со други луѓе од другата страна на светот, да споделуваат мисли и да измислуваат нешто ново. Интернетот го обединува човештвото. Историјата на модернизацијата е историја на развојот на способностите за размена на податоци. Прво - преку говори и епска поезија. Потоа - писмено, кое им дава глас на мртвите, а тие се обраќаат кон живите; пишувањето овозможува складирање на податоци и овозможува асинхрона комуникација. Печатениот печат ја пушти во тек продукцијата на вести. Електронска комуникација - го забрза преносот на податоци низ светот. Уредите за земање лични белешки постепено станаа посложени, еволуирајќи од тетратки до мобилни телефони, од кои секој е компјутер поврзан на Интернет, исполнет со сензори и станува подобар во предвидувањето на нашите потреби секој ден.
Личноста која користи пишување и компјутер во процесот на сознавање има поголеми шанси да ги надмине ограничувањата на несовршено развиениот мозок. Она што е уште подобро е што мобилните телефони се моќни уреди за складирање и механизам за размена на идеи. Додека луѓето порано се потпираа на говорот испишан во тетратките за да ги споделат своите мисли, денес нормата е тетратките да споделуваат идеи што луѓето ги создале. Традиционалната шема претрпе инверзија. Логично продолжување на процесот е одредена форма на колективно метакогниција, преку лични уреди, и поврзани едни со други. И додека можеби сè уште сме носталгични за нашата изгубена врска со природата и осаменоста, важно е да се запамети дека само технологијата и технологијата се одговорни за лавовскиот дел од нашето ослободување од „природните“ циклуси на незнаење, прераната смрт (што може да биде избегнувано), насилство, глад и расипување на забите.
Како?
Ајде да зборуваме за бизнис моделот и архитектурата на проектот Starlink.
За Starlink да стане профитабилно претпријатие, приливот на средства мора да ги надмине трошоците за изградба и работа. Традиционално, капиталните инвестиции вклучуваат повисоки однапред трошоци, софистицирани специјализирани механизми за финансирање и осигурување за лансирање на сателит. Еден геостационарен комуникациски сателит може да чини 500 милиони долари и да трае 5 години за да се состави и лансира. Затоа, компаниите од оваа област истовремено градат млазни бродови или контејнерски бродови. Огромни трошоци, прилив на средства кои едвај ги покриваат финансиските трошоци и релативно мал оперативен буџет. Спротивно на тоа, падот на оригиналниот Иридиум беше тоа што Моторола го принуди операторот да плати осакатени давачки за лиценцирање, банкротирајќи го претпријатието во рок од само неколку месеци.
За да се направи ваков бизнис, традиционалните сателитски компании мораа да им служат на приватни клиенти и да наплатуваат високи стапки на податоци. Авиокомпаниите, оддалечените пунктови, бродовите, воените зони и клучната инфраструктура плаќаат околу 5 долари за MB, што е 1 пати поскапо од традиционалниот ADSL, и покрај латентноста и релативно ниската сателитска пропусност.
Starlink планира да се натпреварува со давателите на копнени услуги, што значи дека ќе мора да испорачува податоци поевтино и, идеално, да наплатува многу помалку од 1 долар за 1 MB. Дали е ова можно? Или, бидејќи тоа е можно, треба да се запрашаме: како е тоа можно?
Првата состојка во новото јадење е евтин лансирање. Денес, Falcon продава лансирање од 24 тони за околу 60 милиони долари, што е 2500 долари за 1 кг. Сепак, излегува дека има многу повеќе внатрешни трошоци. Сателитите Starlink ќе бидат лансирани на лансирни возила за повеќекратна употреба, така што маргиналните трошоци за едно лансирање се трошоците за нова втора фаза (околу 4 милиони долари), феринг (1 милион) и копнена поддршка (~ 1 милион). Вкупно: околу 100 илјади долари по сателит, т.е. повеќе од 1000 пати поевтино од лансирање на конвенционален комуникациски сателит.
Повеќето сателити Starlink, сепак, ќе бидат лансирани на Starship. Навистина, еволуцијата на Starlink, како што покажуваат ажурираните извештаи до FCC, обезбедува некои внатрешна архитектура на проектот. Вкупниот број на сателити во соѕвездието порасна од 1 на 584, потоа на 2 и на крајот на 825. Ако се верува на бруто акумулации, бројката е уште поголема. Минималниот број сателити за првата фаза од развојот за проектот да биде остварлив е 7 во 518 орбити (вкупно 30), додека за целосна покриеност во рамките на 000 степени од екваторот потребни се 60 орбити од 6 сателити (вкупно 360). Тоа се 53 лансирања за Falcon за само 24 милиони долари внатрешни трошоци. Starship, од друга страна, е дизајниран да лансира до 60 сателити истовремено, за приближно иста цена. Сателитите Starlink ќе треба да се заменуваат на секои 1440 години, така што за 24 сателити ќе бидат потребни 150 лансирање на Starship годишно. Ќе чини околу 400 милиони/годишно или 5 илјади/сателит. Секој сателит лансиран на Фалкон тежи 6000 кг; сателитите подигнати на Starship би можеле да тежат 15 kg и да носат инструменти од трети страни, да бидат нешто поголеми и сепак да не го надминуваат дозволеното оптоварување.
Од што се состои цената на сателитите? Меѓу нивните браќа, сателитите Starlink се нешто необични. Тие се склопуваат, складираат и лансираат рамно и затоа се исклучително лесни за масовно производство. Искуството покажува дека цената на производството треба да биде приближно еднаква на цената на фрлачот. Ако разликата во цената е голема, тоа значи дека ресурсите се распределуваат неправилно, бидејќи сеопфатното намалување на маргиналните трошоци додека се намалуваат трошоците не е толку големо. Дали е навистина можно да се платат 100 илјади долари по сателит за прва серија од неколку стотици? Со други зборови, дали сателитот Starlink во уред не е покомплексен од машина?
За целосно да одговориме на ова прашање, треба да разбереме зошто цената на орбиталниот комуникациски сателит е 1000 пати поголема, дури и ако не е 1000 пати посложена. Сосема едноставно кажано, зошто вселенскиот хардвер е толку скап? Има многу причини за ова, но најубедливата во овој случај е оваа: ако лансирањето сателит во орбитата (пред Фалкон) чини повеќе од 100 милиони, мора да се гарантира дека ќе работи многу години за да се донесе барем малку профит. Обезбедувањето таква сигурност во работењето на првиот и единствен производ е болен процес и може да се одолговлекува со години, барајќи напори од стотици луѓе. Додадете ги трошоците и лесно е да се оправдаат дополнителните процеси кога веќе е скапо да се стартува.
Starlink ја разбива оваа парадигма со изградба на стотици сателити, брзо коригирање на раните недостатоци во дизајнот и користење на техники за масовно производство за контрола на трошоците. Јас лично можам лесно да замислам линија за склопување Starlink каде техничар интегрира нешто ново во дизајнот и држи сè заедно со пластична вратоврска (ниво на НАСА, се разбира) за час или два, одржувајќи го потребното ниво на замена од 16 сателити/ден. Сателитот Starlink се состои од многу сложени делови, но не гледам причина зошто цената на илјадата единица што излегува од производната лента не може да се намали на 20 илјади. Навистина, во мај, Илон напиша на Твитер дека трошоците за производство на сателит се веќе пониска од цената на лансирањето.
Да го земеме просечниот случај и да го анализираме времето на созревање, заокружувајќи ги бројките. Еден сателит Старлинк, кој чини 100 илјади за склопување и лансирање, трае 5 години. Дали ќе се исплати, и ако е така, колку брзо?
За 5 години сателитот Starlink ќе ја обиколи Земјата 30 пати. На секоја од овие орбити од еден и пол час, тој ќе го помине поголемиот дел од времето над океанот, а можеби и 000 секунди над густо населен град. За време на овој краток прозорец, тој ги емитува податоците, брзајќи да заработи пари. Под претпоставка дека антената поддржува 100 зраци и секој зрак пренесува 100 Mbps користејќи модерен тип на кодирање , тогаш сателитот генерира 1000 долари профит по орбита - со цена на претплата од 1 $ за 1 GB. Ова е доволно за да се повратат трошоците за распоредување од 100 илјади за една недела и во голема мера ја поедноставува структурата на капиталот. Останатите 29 вртења се профит минус фиксните трошоци.
Проценетите бројки може многу да се разликуваат, во двете насоки. Но, во секој случај, ако сте во можност да лансирате висококвалитетна констелација на сателити во ниска орбита за 100 - па дури и за 000 милион по единица - ова е сериозно барање. Дури и со неговото смешно кратко време на користење, сателитот Starlink е способен да испорачува 1 PB податоци во текот на својот животен век - по амортизирана цена од 30 долари по GB. Во исто време, при пренос на подолги растојанија, маргиналните трошоци практично не се зголемуваат.
За да го разбереме значењето на овој модел, ајде брзо да го споредиме со два други модели за доставување податоци до потрошувачите: традиционален кабел со оптички влакна и сателитска констелација понудена од компанија која не е специјализирана за лансирање сателити.
, кој ги поврзува Франција и Сингапур, беше пуштен во употреба во 2005 година. Пропусен опсег - 1,28 Tb/s, трошоци за распоредување - 500 милиони долари. Ако работи со 10% капацитет 100 години, а режиските трошоци изнесуваат 100% од капиталните трошоци, тогаш трансферната цена ќе биде 0,02 долари за 1 GB. Трансатлантските кабли се пократки и малку поевтини, но подморскиот кабел е само еден ентитет во долгиот синџир на луѓе кои сакаат пари за податоци. Просечната проценка за Starlink излегува дека е 8 пати поевтина, а во исто време тие се и сеопфатни.
Како е можно ова? Сателитот Starlink го вклучува целиот софистициран електронски преклопен хардвер потребен за поврзување на кабли со оптички влакна, но користи вакуум наместо скапа, кревка жица за пренос на податоци. Преносот низ просторот го намалува бројот на пријатни и умрени монополи, овозможувајќи им на корисниците да комуницираат преку уште помалку хардвер.
Ајде да се споредиме со конкурентниот сателитски програмер OneWeb. OneWeb планира да создаде констелација од 600 сателити, кои ќе ги лансира преку комерцијални добавувачи по цена од приближно 20 долари за 000 кг. Тежината на еден сателит е 1 kg, т.е., во идеална ситуација, лансирањето на една единица ќе биде приближно 150 милиони Цената на сателитски хардвер се проценува на 3 милион по сателит, т.е. до 1 година, цената на целата групација ќе биде 2027 милијарди.Тестовите спроведени од OneWeb покажаа пропусност од 2,6 Mb/s. на врвот, идеално, за секој од 50-те зраци. Следејќи ја истата шема што ја користевме за да ја пресметаме цената на Starlink, добиваме: секој сателит OneWeb генерира 16 долари по орбита, а за само 80 години ќе донесе 5 милиони долари - едвај покривајќи ги трошоците за лансирање, ако се пресмета и преносот на податоци во оддалечените региони . Вкупно добиваме 2,4 долари за 1,70 GB.
Тоа неодамна беше цитирано од Гвин Шотвел , што подразбира конкурентна цена од 0,10 долари за 1 GB. И ова е сè уште со оригиналната конфигурација на Starlink: со помалку оптимизирано производство, лансирање на Falcon и ограничувања во преносот на податоци - и само со покривање на северот на САД. Излегува дека SpaceX има непобитна предност: денес тие можат да лансираат многу посоодветен сателит по цена (по единица) 15 пати пониска од нивните конкуренти. Starship ќе го зголеми водството за 100 пати, ако не и повеќе, така што не е тешко да се замисли дека SpaceX лансира 2027 сателити до 30 година за помалку од 000 милијарда долари, од кои повеќето ќе ги обезбеди од сопствениот паричник.
Сигурен сум дека има пооптимистички анализи во врска со OneWeb и другите нови и претстојни развивачи на сателитски констелации, но сè уште не знам како функционираат работите за нив.
Неодамна Морган Стенли дека сателитите Starlink ќе чинат 1 милион за склопување и 830 илјади за лансирање. . Интересно, бројките се слични на нашите проценки за трошоците на OneWeb и се приближно 10 пати повисоки од првичната проценка на Starlink. Користењето на Starship и комерцијалното производство на сателити може да ги намали трошоците за распоредување на сателити на околу 35K/единица. И ова е неверојатно ниска бројка.
Последната точка што останува е да се спореди профитот по 1 ват сончева енергија генерирана за Starlink. Според фотографиите на нивната веб-страница, сончевата низа на секој сателит има површина од приближно 60 квадратни метри, т.е. во просек генерира приближно 3 kW или 4,5 kWh по вртење. Како груба проценка, секоја орбита ќе генерира 1000 долари, а секој сателит ќе генерира приближно 220 долари по kWh. Ова е 10 пати повеќе од големопродажната цена на сончевата енергија, што уште еднаш потврдува: . А модулирањето на микробрановите за пренос на податоци е преголема дополнителна цена.
архитектура
Во претходниот дел, јас прилично грубо воведов нетривијално значаен дел од архитектурата Starlink - како функционира со екстремно нерамномерната густина на населението на планетата. Сателитот Starlink емитува фокусирани зраци кои создаваат точки на површината на планетата. Претплатниците на едно место делат еден пропусен опсег. Големината на дамката е одредена од фундаменталната физика: првично нејзината ширина е (висина на сателит x должина на микробранова / дијаметар на антена), што за сателитот Starlink е, во најдобар случај, неколку километри.
Во повеќето градови, густината на населеност е приближно 1000 луѓе/км100, иако на некои места е поголема. Во некои области на Токио или Менхетен може да има повеќе од 000 луѓе по место. За среќа, секој таков густо населен град има конкурентен домашен пазар за широкопојасен интернет, а да не зборуваме за високо развиена мобилна телефонска мрежа. Но, како и да е, ако во даден момент во времето има многу сателити од иста констелација над градот, пропусната моќ може да се зголеми со просторна разновидност на антените, како и со дистрибуција на фреквенција. Со други зборови, десетици сателити можат да го фокусираат најмоќниот зрак на една точка, а корисниците во тој регион ќе користат приземни терминали кои го дистрибуираат барањето меѓу сателитите.
Ако во почетните фази најпогоден пазар за продажба на услуги се оддалечените, руралните или приградските области, тогаш средствата за понатамошно лансирање ќе доаѓаат од подобри услуги за густо населените градови. Сценариото е сосема спротивно од стандардната шема на проширување на пазарот, во која конкурентните услуги насочени кон градовите неизбежно трпат опаѓачки профит додека се обидуваат да се прошират во посиромашни и помалку населени области.
Пред неколку години, кога ги правев пресметките, .
Ги зедов податоците од оваа слика и ги создадов 3-те графикони подолу. Првиот ја покажува фреквенцијата на површината на земјата според густината на населеност. Најинтересно е што поголемиот дел од Земјата воопшто не е населен, додека практично ниту еден регион нема повеќе од 100 луѓе на км квадратни.
Вториот графикон ја прикажува фреквенцијата на луѓе според густината на населението. И иако поголемиот дел од планетата е ненаселен, најголемиот дел од луѓето живеат во области каде што има 100-1000 луѓе на км квадратен. Проширената природа на овој врв (за редослед на големина поголема) ја одразува бимодалноста во шемите на урбанизација. 100 луѓе/кв.км. е релативно ретко населена рурална област, додека бројката од 1000 луѓе/кв.км. веќе карактеристични за предградијата. Центрите на градовите лесно покажуваат 10 луѓе/кв.км., но населението на Менхетен е 000 луѓе/кв.км.
Третиот графикон ја прикажува густината на населеност по географска ширина. Може да се види дека скоро сите луѓе се концентрирани помеѓу 20 и 40 степени северна географска ширина. Ова е, во голема мера, она што се случило географски и историски, бидејќи огромен дел од јужната хемисфера е окупиран од океанот. А сепак, таквата густина на население е застрашувачки предизвик за архитектите на групата, бидејќи ... Сателитите поминуваат подеднакво време на двете хемисфери. Покрај тоа, сателит кој орбитира околу Земјата под агол од, да речеме, 50 степени ќе помине повеќе време поблиску до наведените граници на географската ширина. Ова е причината зошто Starlink бара само 6 орбити за да опслужува северниот дел на САД, во споредба со 24 за покривање на екваторот.
Навистина, ако го комбинирате графикот за густина на населеност со графиконот за густина на сателитското соѕвездие, изборот на орбити станува очигледен. Секој графикон со столбови претставува еден од четирите FCC поднесоци на SpaceX. Лично, ми се чини дека секој нов извештај е како додаток на претходниот, но во секој случај, не е тешко да се види како дополнителните сателити го зголемуваат капацитетот над соодветните региони на северната хемисфера. Спротивно на тоа, значителен неискористен капацитет останува над јужната хемисфера - радувај се Австралија!
Што се случува со корисничките податоци кога ќе стигнат до сателитот? Во оригиналната верзија, сателитот Starlink веднаш ги пренесе назад до посебна земна станица во близина на сервисните области. Оваа конфигурација се нарекува "директно реле". Во иднина сателитите Starlink ќе можат да комуницираат меѓу себе преку ласер. Размената на податоци ќе достигне врв над густо населените градови, но податоците може да се дистрибуираат преку мрежа од ласери во две димензии. Во пракса, ова значи дека постои огромна можност за тајна комуникациска бекхаул мрежа во мрежа од сателити, што значи дека податоците од корисниците може да се „репренесат на Земјата“ на која било соодветна локација. Во пракса, ми се чини дека ќе се комбинираат копнените станици на SpaceX надвор од градовите.
Излегува дека комуникацијата сателит со сателит не е тривијална задача освен ако сателитите не се движат заедно. Најновите извештаи до FCC известуваат за 11 различни орбитални соѕвездија на сателити. Во рамките на одредена група, сателитите се движат на иста висина, под ист агол и со еднаква ексцентричност, што значи дека ласерите можат релативно лесно да најдат сателити во непосредна близина. Но, брзините на затворање помеѓу групите се мерат во км/сек, така што комуникацијата помеѓу групите, доколку е можно, мора да се врши преку кратки, брзо контролирани микробранови врски.
Топологијата на орбиталната група е како теоријата на светлината на бранови честички и не се однесува особено на нашиот пример, но мислам дека е убава, па ја вклучив во статијата. Ако не сте заинтересирани за овој дел, прескокнете директно на „Граници на фундаменталната физика“.
Торус — или крофна — е математички објект дефиниран со два радиуси. Сосема е едноставно да се нацртаат кругови на површината на торусот: паралелно или нормално на неговата форма. Можеби ќе ви биде интересно да откриете дека постојат две други фамилии на кругови кои можат да се нацртаат на површината на торусот, од кои и двете минуваат низ дупка во неговиот центар и околу контурата. Ова е т.н , и го користев овој дизајн кога го дизајнирав тороидот за серпентина Burning Man Tesla во 2015 година.
И додека сателитските орбити се, строго кажано, елипсови наместо кругови, истиот дизајн важи и за Starlink. Соѕвездието од 4500 сателити на повеќе орбитални рамнини, сите под ист агол, формираат формација која постојано се движи над површината на Земјата. Формацијата насочена кон север над дадена точка на географска ширина се врти наоколу и се движи назад кон југ. За да се избегнат судири, орбитите ќе бидат малку издолжени, така што слојот што се движи кон север ќе биде неколку километри над (или под) слојот што се движи кон југ. Заедно, двата од овие слоеви формираат издуван торус, како што е прикажано подолу во многу претераниот дијаграм.
Да ве потсетам дека во рамките на овој торус се врши комуникација помеѓу соседните сателити. Општо земено, нема директни и континуирани врски помеѓу сателитите во различни слоеви, бидејќи брзините на затворање за ласерско водење се превисоки. Патеката за пренос на податоци помеѓу слоевите, пак, поминува над или под торусот.
Вкупно 30 сателити ќе бидат лоцирани во 000 вгнездени тори, далеку зад орбитата на ISS! Овој дијаграм покажува како сите овие слоеви се спакувани, без претерана ексцентричност.
Конечно, треба да размислите за оптималната висина на летот. Постои дилема: мала надморска височина, која дава поголема пропусност со помали димензии на зраците, или голема надморска височина, која ви овозможува да ја покриете целата планета со помалку сателити? Со текот на времето, извештаите до FCC од SpaceX зборуваа за сè пониски височини, бидејќи, како што се подобрува Starship, тоа овозможува брзо распоредување на поголеми соѕвездија.
Ниската надморска височина има и други придобивки, вклучително и намален ризик од судир со вселенски отпад или негативни последици од дефект на опремата. Поради зголеменото отпорност на атмосферата, пониските сателити Starlink (330 km) ќе изгорат во рок од неколку недели откако ќе ја изгубат контролата на ставот. Навистина, 300 километри е височина на која сателитите речиси не летаат, а за одржување на висината ќе биде потребен вграден електричен ракетен мотор Криптон, како и рационализиран дизајн. Теоретски, прилично зашилен сателит напојуван од електричен ракетен мотор може стабилно да одржува височина од 160 km, но SpaceX најверојатно нема да лансира сателити толку ниско, бидејќи има уште неколку трикови во ракавот за зголемување на капацитетот.
Ограничувања на фундаменталната физика
Се чини малку веројатно дека трошоците за хостирање на сателит некогаш ќе паднат многу под 35 илјади, дури и ако производството е напредно и целосно автоматизирано, а бродовите Starship се целосно повторно употребливи, а сè уште не е целосно познато какви ограничувања ќе наметне физиката на сателитот. . Горенаведената анализа претпоставува врвна пропусност од 80 Gbps. (ако заокружите до 100 зраци, од кои секоја е способна да пренесува 100 Mbps).
Максималното ограничување на капацитетот на каналот е поставено на и е дадена во статистиката за пропусниот опсег (1+SNR). Пропусниот опсег е често ограничен , додека SNR е достапната енергија на сателитот, позадинскиот шум и пречки на каналот поради . Друга забележителна пречка е брзината на обработка. Најновите Xilinx Ultrascale+ FPGA имаат , што е добро со оглед на тековните ограничувања на информативниот капацитет на каналот без развивање прилагодени ASIC. Но и тогаш 58 Gb/sec. ќе бара импресивна дистрибуција на фреквенции, најверојатно во бендовите Ка- или V-бенд. V (40–75 GHz) има попристапни циклуси, но подлежи на поголема апсорпција од атмосферата, особено во влажни области.
Дали 100 греди се практични? Постојат два аспекти на овој проблем: ширина на зрак и густина на елементот на фазна низа. Ширината на зракот се одредува со брановата должина поделена со дијаметарот на антената. Антената со дигитална фазна низа е сè уште специјализирана технологија, но максималните корисни димензии се одредуваат според ширината (приближно 1м), а користењето на радиофреквенциските комуникации е поскапо. Ширината на бранот во Ка-бендот е околу 1 cm, додека ширината на зракот треба да биде 0,01 радијан - со ширина на спектарот на 50% од амплитудата. Претпоставувајќи цврст агол на зракот од 1 стерадиан (слично на покривањето на објективот на камерата од 50 mm), тогаш 2500 поединечни зраци би биле доволни во оваа област. Линеарноста имплицира дека 2500 зраци би барале минимум 2500 антени елементи во низата, што е, во принцип, можно, иако тешко да се постигне. И сето ова ќе стане многу жешко!
Дури 2500 канали, од кои секој поддржува 58 Gb/s, е огромна количина на информации - грубо кажано, тогаш 145 Tb/s. За споредба, целиот интернет сообраќај во 2020 година . Добри вести за оние кои се загрижени за фундаментално нискиот пропусен опсег на сателитски интернет. Ако констелација од 30 сателити стане оперативна до 000 година, глобалниот интернет сообраќај потенцијално ќе изнесува 2026 Tb/sec. Ако половина од овој капацитет би бил испорачан од ~ 800 сателити преку густо населени области во кое било дадено време, тогаш максималната пропусност по сателит би била приближно 500 Gbps, што е 800 пати повисока од нашите оригинални основни пресметки, т.е. приливот на финансии потенцијално се зголемува 10 пати.
За сателит во орбита од 330 километри, зрак од 0,01 радијани покрива површина од 10 квадратни километри. Во особено густо населените области како Менхетен, во оваа област живеат до 300 луѓе. Што ако сите почнат да гледаат Netflix одеднаш (000 Mbps во HD квалитет)? Вкупното барање за податоци ќе биде 7 GB/сек, што е приближно 2000 пати повеќе од сегашната строга граница наметната од серискиот интерфејс FPGA. Постојат два начина за излез од оваа ситуација, од кои само еден е физички возможен.
Првиот е да се стават повеќе сателити во орбитата, така што во секое време има повеќе од 35 кои висат над областите со голема побарувачка. Ако повторно земеме 1 стерадиан за прифатлива адресирачка област на небото и просечна орбитална надморска височина од 400 km, ќе добиеме густина на групирање од 0,0002 / км квадратен или вкупно 100 - ако тие се рамномерно распоредени по целата површина на земјината топка. Да се потсетиме дека избраните орбити на SpaceX драматично ја зголемуваат покриеноста на густо населените области во рамките на 000-20 степени северна географска ширина, а сега бројот од 40 сателити изгледа магичен.
Втората идеја е многу поладна, но, за жал, неостварлива. Потсетиме дека ширината на зракот се одредува според ширината на антената со фазна низа. Што ако повеќе низи на повеќе сателити комбинираа моќ за да создадат потесен зрак - исто како радио телескопите како овој (многу голем антенски систем)? Овој метод доаѓа со една компликација: основата помеѓу сателитите ќе треба внимателно да се пресмета - со прецизност од субмилиметар - за да се стабилизира фазата на зракот. И дури и ако тоа беше можно, добиениот зрак веројатно нема да ги содржи страничните лобуси, поради малата густина на сателитското соѕвездие на небото. На теренот, ширината на зракот би се намалила на неколку милиметри (доволно за следење на антената на мобилниот телефон), но ќе ги има милиони поради слабото средно поништување. Ви благодарам .
Излегува дека поделбата на каналите со аголна разновидност - на крајот на краиштата, сателитите се распоредени низ небото - обезбедува соодветни подобрувања во пропусната моќ без да ги прекршува законите на физиката.
Апликација
Кој е профилот на клиентите на Starlink? Стандардно, ова се стотици милиони корисници со антени со големина на кутии за пица на нивните покриви, но има и други извори на високи приходи.
Во оддалечените и руралните области, на земните станици не им се потребни антени со фазна низа за да се максимизира ширината на зраците, така што се можни помали претплатнички уреди, од трагачи на средства на IoT до рачни сателитски телефони, светилници за итни случаи или научни инструменти за следење на животните.
Во густи урбани средини, Starlink ќе обезбеди примарен и резервен резервен погон на мобилната мрежа. Секоја клеточна кула може да има земјена станица со високи перформанси на врвот, но користи копнени напојувања за засилување и пренос на последната милја.
Конечно, дури и во пренатрупани области за време на првичното пуштање во употреба, можни се апликации за сателити со ниска орбита со исклучително мала латентност. Самите финансиски компании ставаат многу пари во вашите раце - само за да добиете витални податоци од сите страни на светот барем малку побрзо. И иако податоците преку Starlink имаат подолго патување од вообичаеното - низ вселената - брзината на ширење на светлината во вакуум е 50% поголема отколку во кварцното стакло, и тоа повеќе од ја надополнува разликата кога се пренесува на подолги растојанија.
Негативни последици
Последниот дел се занимава со негативните последици. Целта на статијата е да ве исчисти од сите заблуди за проектот, а потенцијалните негативни последици од контроверзноста се најзагрижувачки. Ќе дадам некои информации, воздржувајќи се од непотребно толкување. Сè уште не сум јасновидец и немам инсајдери од SpaceX.
Според мене, најсериозните последици доаѓаат од зголемениот пристап до Интернет. Дури и во мојот роден град Пасадена, енергичен и технолошки град со повеќе од милион луѓе, кој е дом на неколку опсерватории, универзитет од светска класа и голем објект на НАСА, изборот кога станува збор за услугите на Интернет се ограничени. Низ САД и остатокот од светот, Интернетот стана јавен сервис кој бара кирија, а интернет провајдерите само се обидуваат да заработат 50 милиони долари месечно во пријатна, неконкурентна средина. Можеби, секоја услуга што се обезбедува на станови и станбени згради е комунална услуга, но квалитетот на Интернет услугите е помалку еднаков од водата, струјата или гасот.
Проблемот со статус кво е тоа што, за разлика од водата, струјата или гасот, Интернетот е сè уште млад и рапидно расте. Постојано наоѓаме нови употреби за него. Најреволуционерните работи допрва треба да се откријат, но пакет-плановите ја задушуваат можноста за конкуренција и иновации. Милијарди луѓе се оставени зад себе поради околностите на раѓање или поради тоа што нивната земја е предалеку од подморскиот кабелски пат. Интернетот сè уште се доставува до големи региони на планетата со геостационарни сателити, по изнудувачки цени.
Starlink, кој континуирано дистрибуира Интернет од небото, го прекршува овој модел. Сè уште не знам за подобар начин да поврзам милијарди луѓе на Интернет. SpaceX е на пат да стане давател на интернет услуги и, потенцијално, интернет компанија која ќе им конкурира на Google и Facebook. Се обложувам дека не сте размислувале за ова.
Не е очигледно дека сателитски интернет е најдобрата опција. SpaceX и само SpaceX е во позиција брзо да создаде широка констелација на сателити, бидејќи само тој помина една деценија разбивајќи го владино-воениот монопол за лансирање на вселенски летала. Дури и ако Иридиум десеткратно ги надмине мобилните телефони на пазарот, сепак нема да постигне широко усвојување со користење на традиционални лансирни подлоги. Без SpaceX и неговиот уникатен бизнис модел, постојат добри шанси дека глобалниот сателитски интернет едноставно никогаш нема да се случи.
Вториот голем удар ќе биде за астрономијата. По лансирањето на првите 60 сателити Starlink, имаше бран критики од меѓународната астрономска заедница, велејќи дека многукратно зголемениот број на сателити ќе го блокира нивниот пристап до ноќното небо. Има една изрека: меѓу астрономите, оној со најголем телескоп е најкул. Без претерување, правењето астрономија во модерната ера е застрашувачка задача, која потсетува на постојана борба за подобрување на квалитетот на анализата наспроти позадината на растечкото светлосно загадување и други извори на бучава.
Последното нешто што му треба на астроном се илјадници светли сателити кои трепкаат во фокусот на телескопот. Навистина, првото соѕвездие Иридиум се здоби со озлогласеност за производство на „одблесок“ поради големите панели што ја рефлектираа сончевата светлина на мали области на Земјата. Се случило да достигнат осветленост од четвртина од Месечината, а понекогаш дури и случајно да ги оштетат чувствителните астрономски сензори. Стравувањата дека Starlink ќе ги нападне радио бендовите што се користат во радио астрономијата исто така не се неосновани.
Ако преземете апликација за сателитско следење, можете да видите десетици сателити како летаат на небото во ведра вечер. Сателитите се видливи по зајдисонце и пред зори, но само кога се осветлени од сончевите зраци. Подоцна во текот на ноќта, сателитите се невидливи во сенката на Земјата. Ситни, екстремно далечни, се движат многу брзо. Постои шанса да заматат далечна ѕвезда за помалку од милисекунда, но мислам дека дури и откривањето на ова ќе биде хемороиди.
Силната загриженост за осветлувањето на небото произлезе од фактот што слојот од сателити на првото лансирање беше изграден блиску до терминаторот на Земјата, т.е. Ноќ по ноќ, Европа - и беше лето - ја гледаше епската слика на сателити кои летаат низ небото во вечерниот самрак. Понатаму, симулациите засновани на извештаите на FCC покажаа дека сателитите во орбита од 1150 km ќе бидат видливи дури и откако ќе помине астрономскиот самрак. Општо земено, самракот поминува низ три фази: цивилна, поморска и астрономска, т.е. кога сонцето е 6, 12 и 18 степени под хоризонтот, соодветно. На крајот на астрономскиот самрак, сончевите зраци се на приближно 650 km од површината во зенитот, многу подалеку од атмосферата и поголемиот дел од ниската орбита на Земјата. Врз основа на податоците од , верувам дека сите сателити ќе бидат поставени на надморска височина под 600 км. Во овој случај, тие би биле видливи во самрак, но не и по паѓањето на ноќта, што значително го намалува потенцијалното влијание врз астрономијата.
Третиот проблем е отпадот во орбитата. ВО Истакнав дека сателитите и остатоците под 600 км ќе испаднат од орбитата во рок од неколку години - поради атмосферскиот отпор, што значително ја намалува можноста за Кеслеровиот синдром. SpaceX се плетка со нечистотијата како воопшто да не им е грижа за вселенското ѓубре. Овде ги разгледувам деталите за имплементацијата на Starlink и ми е тешко да замислам подобар начин да го намалам количеството отпад во орбитата.
Сателитите се лансираат на надморска височина од 350 km, а потоа, со помош на вградени мотори, летаат во нивната предвидена орбита. Секој сателит што ќе умре за време на лансирањето ќе биде надвор од орбитата во рок од неколку недели и нема да орбитира на друго место повисоко во следните илјада години. Оваа поставеност стратешки вклучува тестирање за слободен влез. Понатаму, сателитите Starlink се рамни по пресек, што значи дека кога ќе ја изгубат контролата над надморската височина, тие влегуваат во густите слоеви на атмосферата.
Малкумина знаат дека SpaceX стана пионер во астронаутиката користејќи алтернативни типови на монтирање наместо squips. Речиси сите локации за лансирање користат squips при распоредување фази, сателити, облоги, итн., итн., со што се зголемува потенцијалната количина на отпад. SpaceX, исто така, намерно ги отстранува горните стадиуми од орбитата, спречувајќи ги засекогаш да висат во вселената, за да не се влошат и распаѓаат во суровата вселенска средина.
Конечно, последното прашање што би сакал да го спомнам е шансата SpaceX да го помести постоечкиот интернет монопол создавајќи свој. Во својата ниша, SpaceX веќе го монополизира лансирањето. Само желбата на ривалските влади да добијат загарантиран пристап до вселената спречува скапите и застарени проектили, кои често ги склопуваат големите монополски одбранбени изведувачи, да бидат укинати.
Не е толку тешко да се замисли дека SpaceX лансира 2030 од своите сателити годишно во 6000 година, плус неколку шпионски сателити за старо време. Евтини и сигурни сателити SpaceX ќе продава „регал простор“ за уреди од трети страни. Секој универзитет кој може да создаде камера што може да се користи во вселената ќе може да ја лансира во орбитата без да мора да ги сноси трошоците за изградба на цела вселенска платформа. Со таков напреден и неограничен пристап до вселената, Starlink веќе е поврзан со сателити, додека историските производители стануваат минато.
Историјата содржи примери на напредни компании кои заземаа толку огромна ниша на пазарот што нивните имиња станаа познати имиња: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Проблемот може да се појави кога пионерска компанија се впушта во анти-конкурентни практики со цел да го задржи својот удел на пазарот, иако тоа често е дозволено уште од претседателот Реган. SpaceX би можел да го задржи својот монопол Starlink, принудувајќи ги другите развивачи на сателитски констелации да лансираат сателити на стари советски ракети. Преземени слични активности , заедно со одредување на цените за транспорт на пошта, доведе до колапс во 1934 година. За среќа, SpaceX веројатно нема засекогаш да одржи апсолутен монопол на ракетите за повеќекратна употреба.
Уште позагрижувачки е тоа што распоредувањето на SpaceX на десетици илјади сателити во ниска орбита може да биде дизајнирано како коопција на заедничките. Приватна компанија, стремејќи се кон лична корист, презема трајна сопственост на некогаш јавно достапни и незафатени орбитални позиции. И додека иновациите на SpaceX овозможија всушност да се заработат пари во вакуум, голем дел од интелектуалниот капитал на SpaceX беше изграден со милијарди долари во буџети за истражување.
Од една страна, потребни ни се закони кои ќе ги заштитат приватните инвестиции, фондовите за истражување и развој. Без оваа заштита, иноваторите нема да можат да финансираат амбициозни проекти или ќе ги преселат своите компании на места каде што ќе им се обезбеди таква заштита. Во секој случај, јавноста трпи затоа што не се генерира профит. Од друга страна, ни требаат закони кои ќе ги заштитат луѓето, номиналните сопственици на заедничките работи, вклучително и небото, од приватни субјекти кои бараат рента кои ги припојуваат јавните добра. Само по себе, ниту едното ниту другото не се вистинити, па дури и можни. Развојот на SpaceX нуди шанса да се најде средина на овој нов пазар. Ќе разбереме дека е пронајдено кога ќе ја максимизираме фреквенцијата на иновациите и создавањето социјална благосостојба.
Завршни мисли
Ја напишав оваа статија веднаш откако завршив друга - . Беше топла недела. И Starship и Starlink се револуционерни технологии кои се создаваат пред нашите очи, во нашите животи. Ако ги гледам моите внуци како растат, повеќе ќе се чудат што сум постар од Старлинк, отколку фактот што кога бев дете немаше мобилни телефони (музејски експонати) или самиот јавен интернет.
Богатите и војската користат сателитски интернет долго време, но сеприсутниот, вообичаен и евтин Starlink без Starship е едноставно невозможен.
За лансирањето зборуваат долго време, но Starship, многу евтина и затоа интересна платформа, е невозможна без Starlink.
Долго време се зборува за истражување на вселената со екипаж, а доколку... , тогаш имате зелено светло. Со Starship и Starlink, човечкото истражување на вселената е достижна, блиска иднина, на само фрлање камен од орбитална станица до индустријализираните градови во длабоката вселена.
Извор: www.habr.com