Tento článok je súčasťou série venovanej
Riešením tohto problému s párovaním je Starlink. Zostavením a vypustením vlastných satelitov by SpaceX mohla vytvoriť a definovať nový trh pre vysoko efektívny a demokratizovaný prístup ku komunikácii v celom vesmíre, vygenerovať financie na stavbu rakety skôr, ako potopí spoločnosť, a zvýšiť jej ekonomickú hodnotu na bilióny. Nepodceňujte rozsah Elonových ambícií. Existuje len toľko biliónových odvetví: energetika, vysokorýchlostná doprava, komunikácie, IT, zdravotníctvo, poľnohospodárstvo, vláda, obrana. Napriek bežným mylným predstavám,
Elon Musk prvýkrát obrátil svoju pozornosť na vesmír, keď chcel zadarmo investovať 80 miliónov dolárov do misie na pestovanie rastlín na sonde Mars. Vybudovanie mesta na Marse by pravdepodobne stálo 100 000-krát viac, takže Starlink je hlavnou Muskovou stávkou na poskytnutie záplavy veľmi potrebných sponzorských peňazí.
Za čo?
Tento článok som plánovala už dlhšie, no až minulý týždeň som si urobila ucelený obraz. Potom prezidentka SpaceX Gwynne Shotwell poskytla Robovi Baronovi úžasný rozhovor, ktorý neskôr poskytol pre CNBC v skvelom
Pojem
Je vôbec takéto obrovské zoskupenie potrebné pre internet? A prečo teraz?
Len v mojej pamäti sa internet zmenil z čisto akademického rozmaznávania na prvú a jedinú revolučnú infraštruktúru. Nie je to téma, ktorá by si zaslúžila celý článok, ale tipol by som si, že celosvetovo bude potreba internetu a príjmy, ktoré generuje, naďalej rásť približne o 25 % ročne.
Dnes takmer každý z nás získava internet od malého počtu geograficky izolovaných monopolov. V USA si AT&T, Time Warner, Comcast a hŕstka menších hráčov rozdelili územia, aby sa vyhli konkurencii, účtujú si tri skiny za služby a vyhrievajú sa v lúčoch takmer univerzálnej nenávisti.
Existuje dobrý dôvod na to, aby poskytovatelia neboli konkurencieschopní – okrem všetkej chamtivosti. Budovanie infraštruktúry pre internet – mikrovlnné veže buniek a optické vlákna – je veľmi, veľmi drahé. Je ľahké zabudnúť na úžasnú povahu internetu. Moja stará mama išla najskôr v druhej svetovej vojne pracovať ako operátorka spojov, no telegraf potom súperil o vedúcu strategickú úlohu s poštovými holubmi! Informačná superdiaľnica je pre väčšinu z nás niečím efemérnym, nehmotným, no kúsky cestujú fyzickým svetom, ktorý má hranice, rieky, hory, oceány, búrky, prírodné katastrofy a iné prekážky. V roku 1996, keď bola na dne oceánu položená prvá linka z optických vlákien,
Svojho času som pracoval v optickom laboratóriu a (ak ma pamäť neklame) zlomili sme vtedajší rekord s prenosovou rýchlosťou multiplexu 500 Gb/s. Elektronické obmedzenia umožnili zaťažiť každé vlákno na 0,1 % jeho teoretickej kapacity. O pätnásť rokov neskôr sme pripravení prekročiť prahovú hodnotu: ak prenos dát prekročí túto hranicu, vlákno sa roztopí a k tomu sme už veľmi blízko.
Potrebujeme však zvýšiť tok údajov nad hriešnu zem – do vesmíru, kde satelit nerušene obehne „guľu“ 30 000-krát za päť rokov. Zdalo by sa to ako zrejmé riešenie – tak prečo to nikto nezobral skôr?
Satelitná konštelácia Iridium, vyvinutá a rozmiestnená začiatkom 1990. rokov spoločnosťou Motorola (pamätáte si ich?), sa stala prvou globálnou komunikačnou sieťou na nízkej obežnej dráhe (ako je lákavo opísané v
Ak Iridium potrebovalo 66 satelitov, prečo potom SpaceX potrebuje desaťtisíce? V čom je to také odlišné?
SpaceX do tohto biznisu vstúpilo z opačného konca – začalo sa štartmi. Stal sa priekopníkom v oblasti ochrany nosných rakiet, a tak získal trh s nízkonákladovými štartovacími rampami. Pokúšať sa ich predbehnúť nižšou cenou vám veľa peňazí neprinesie, takže jediný spôsob, ako nejako profitovať z ich nadmernej sily, je stať sa ich klientom. Náklady SpaceX na vypustenie vlastných satelitov -
Celosvetové pokrytie Starlinku poskytne prístup k vysokokvalitnému internetu kdekoľvek na svete. Po prvýkrát nebude dostupnosť internetu závisieť od blízkosti krajiny alebo mesta k optickej linke, ale od čistoty oblohy nad ňou. Používatelia na celom svete budú mať prístup k neobmedzenému globálnemu internetu bez ohľadu na ich vlastnú rôznu mieru zla a/alebo hanebných vládnych monopolov. Schopnosť Starlinku prelomiť tieto monopoly bude katalyzovať pozitívnu zmenu v neuveriteľnom rozsahu, ktorá nakoniec zjednotí miliardy ľudí v globálnej kybernetickej komunite budúcnosti.
Krátka lyrická odbočka: čo to vôbec znamená?
Pre ľudí vyrastajúcich v dnešnej dobe všadeprítomnej konektivity je internet ako vzduch, ktorý dýchame. On proste je. Ale toto – ak zabudneme na jeho neskutočnú silu prinášať pozitívnu zmenu – a už sme v jeho samom strede. Pomocou internetu môžu ľudia brať svojich vodcov na zodpovednosť, komunikovať s ostatnými ľuďmi na druhom konci sveta, zdieľať myšlienky a vymýšľať niečo nové. Internet spája ľudstvo. História modernizácie je históriou vývoja možností výmeny údajov. Najprv - prostredníctvom prejavov a epickej poézie. Potom - v písaní, ktoré dáva hlas mŕtvym a oni sa obracajú k živým; zápis umožňuje ukladanie údajov a umožňuje asynchrónnu komunikáciu. Tlačová tlač spustila produkciu spravodajstva. Elektronická komunikácia – zrýchlila prenos dát po celom svete. Zariadenia na písanie osobných poznámok sa postupne stávajú zložitejšími, vyvinuli sa z notebookov na mobilné telefóny, pričom každý z nich je počítačom pripojeným na internet, naplnený senzormi a každý deň lepšie predvída naše potreby.
Človek, ktorý v procese poznávania používa písanie a počítač, má väčšiu šancu prekonať obmedzenia nedokonale vyvinutého mozgu. Ešte lepšie je, že mobilné telefóny sú výkonné úložné zariadenia a zároveň mechanizmus na výmenu nápadov. Kým ľudia sa pri zdieľaní svojich myšlienok spoliehali na reč načmáranú do poznámkových blokov, dnes je štandardom, že poznámkové bloky zdieľajú nápady, ktoré ľudia vytvorili. Tradičná schéma prešla inverziou. Logickým pokračovaním procesu je určitá forma kolektívneho metakognície prostredníctvom osobných zariadení,
Ako?
Povedzme si niečo o obchodnom modeli a architektúre projektu Starlink.
Aby sa Starlink stal ziskovým podnikom, prílev financií musí prevýšiť náklady na výstavbu a prevádzku. Kapitálové investície tradične zahŕňajú vyššie počiatočné náklady, sofistikované špecializované mechanizmy financovania a poistenia na vypustenie satelitu. Geostacionárny komunikačný satelit môže stáť 500 miliónov dolárov a jeho zostavenie a vypustenie trvá 5 rokov. Preto spoločnosti v tejto oblasti súčasne stavajú prúdové lode alebo kontajnerové lode. Obrovské výdavky, prílev financií, ktorý ledva pokryje náklady na financovanie, a relatívne malý prevádzkový rozpočet. Na rozdiel od toho pád pôvodného Iridium spočíval v tom, že Motorola prinútila operátora zaplatiť ochromujúce licenčné poplatky, čím podnik v priebehu niekoľkých mesiacov skrachoval.
Na vykonávanie tohto druhu podnikania museli tradičné satelitné spoločnosti obsluhovať súkromných zákazníkov a účtovať vysoké prenosové rýchlosti. Letecké spoločnosti, vzdialené základne, lode, vojnové zóny a kľúčová infraštruktúra platia približne 5 dolárov za MB, čo je 1 5000-krát drahšie ako tradičné ADSL, a to aj napriek latencii a relatívne nízkej priepustnosti satelitov.
Starlink plánuje konkurovať poskytovateľom terestriálnych služieb, čo znamená, že bude musieť dodávať dáta lacnejšie a v ideálnom prípade si účtovať oveľa menej ako 1 dolár za 1 MB. Je to možné? Alebo, keďže je to možné, mali by sme sa opýtať: ako je to možné?
Prvou ingredienciou nového jedla je lacný štart. Dnes Falcon predáva 24-tonový štart za približne 60 miliónov dolárov, čo je 2500 1 dolárov za 4 kg. Ukazuje sa však, že interných nákladov je oveľa viac. Satelity Starlink budú vypúšťané na opakovane použiteľných nosných raketách, takže hraničné náklady na jeden štart predstavujú náklady na nový druhý stupeň (asi 1 milióny dolárov), aerodynamické kryty (1 milión) a pozemnú podporu (~ 100 milión). Spolu: asi 1000 tisíc dolárov za satelit, t.j. viac ako XNUMX-krát lacnejšie ako vypustenie konvenčného komunikačného satelitu.
Väčšina satelitov Starlink však bude vypustená na Starship. Vývoj Starlinku, ako aktualizované správy pre FCC ukazujú, niektoré poskytuje
Z čoho pozostávajú náklady na satelity? Medzi ich bratmi sú satelity Starlink trochu nezvyčajné. Skladajú sa, skladujú a spúšťajú naplocho, a preto sa dajú mimoriadne ľahko hromadne vyrábať. Skúsenosti ukazujú, že výrobné náklady by sa mali približne rovnať nákladom na nosnú raketu. Ak je rozdiel v cene veľký, znamená to, že zdroje sú alokované nesprávne, pretože komplexné zníženie hraničných nákladov pri súčasnom znížení nákladov nie je také veľké. Je naozaj možné zaplatiť 100-tisíc dolárov za satelit za prvú várku niekoľkých stoviek? Inými slovami, nie je satelit Starlink v zariadení o nič zložitejší ako stroj?
Aby sme úplne odpovedali na túto otázku, musíme pochopiť, prečo sú náklady na obežnú komunikačnú družicu 1000-krát vyššie, aj keď nie je 1000-krát zložitejšia. Zjednodušene povedané, prečo je vesmírny hardvér taký drahý? Existuje na to veľa dôvodov, no najpresvedčivejším v tomto prípade je tento: ak vypustenie satelitu na obežnú dráhu (pred Falconom) stojí viac ako 100 miliónov, musí byť zaručené, že bude fungovať dlhé roky, aby priniesol aspoň zisk. Zabezpečenie takejto spoľahlivosti pri prevádzke prvého a jediného produktu je bolestivý proces a môže sa ťahať roky, čo si vyžaduje úsilie stoviek ľudí. Pridajte náklady a je ľahké odôvodniť dodatočné procesy, keď je už spustenie nákladné.
Starlink narúša túto paradigmu stavbou stoviek satelitov, rýchlou opravou skorých konštrukčných chýb a použitím techník hromadnej výroby na kontrolu nákladov. Osobne si viem ľahko predstaviť montážnu linku Starlink, kde technik začlení niečo nové do dizajnu a všetko podrží plastovou kravatou (samozrejme úroveň NASA) za hodinu alebo dve, pričom dodrží požadovanú úroveň výmeny 16 satelitov/deň. Satelit Starlink sa skladá z mnohých zložitých častí, ale nevidím dôvod, prečo by sa náklady na tisícku jednotku schádzajúcu z montážnej linky nemohli znížiť na 20 tis.. V máji totiž Elon na Twitteri napísal, že náklady na výrobu satelitu sú už nižšie ako náklady na spustenie .
Zoberme si priemerný prípad a analyzujme dobu návratnosti zaokrúhlením čísel. Jeden satelit Starlink, ktorého zostavenie a vypustenie stojí 100-tisíc, vydrží 5 rokov. Zaplatí sa to, a ak áno, ako skoro?
Za 5 rokov družica Starlink obehne Zem 30 000-krát. Na každom z týchto jeden a pol hodinových obehov strávi väčšinu času nad oceánom a možno 100 sekúnd nad husto obývaným mestom. Počas tohto krátkeho okna vysiela dáta a ponáhľa sa zarobiť peniaze. Za predpokladu, že anténa podporuje 100 lúčov a každý lúč prenáša 100 Mbps pomocou moderného typu kódovania
Odhadované čísla sa môžu značne líšiť v oboch smeroch. Ale v každom prípade, ak ste schopní vypustiť na nízku obežnú dráhu kvalitnú konšteláciu satelitov za 100 000 – alebo dokonca za 1 milión na jednotku – je to vážna požiadavka. Aj pri jeho smiešne krátkej dobe používania je satelit Starlink schopný doručiť 30 PB dát počas svojej životnosti – pri amortizovanej cene 0,003 USD za GB. Zároveň sa pri prenose na väčšie vzdialenosti prakticky nezvyšujú marginálne náklady.
Aby sme pochopili význam tohto modelu, rýchlo ho porovnajme s dvoma ďalšími modelmi na poskytovanie údajov spotrebiteľom: tradičným káblom z optických vlákien a konšteláciou satelitov, ktoré ponúka spoločnosť, ktorá sa nešpecializuje na vypúšťanie satelitov.
Ako je to možné? Satelit Starlink obsahuje všetok sofistikovaný elektronický spínací hardvér potrebný na pripojenie káblov z optických vlákien, ale na prenos údajov používa vákuum namiesto drahého, krehkého drôtu. Prenos priestorom znižuje počet útulných a umierajúcich monopolov, čo používateľom umožňuje komunikovať prostredníctvom ešte menšieho množstva hardvéru.
Porovnajme s konkurenčným satelitným vývojárom OneWeb. OneWeb plánuje vytvoriť konšteláciu 600 satelitov, ktoré vypustí prostredníctvom komerčných dodávateľov za cenu približne 20 000 dolárov za 1 kg. Hmotnosť jednej družice je 150 kg, t.j., v ideálnom prípade bude vypustenie jednej jednotky približne 3 mil.. Náklady na hardvér družice sa odhadujú na 1 mil. do roku 2027 budú náklady celej skupiny 2,6 mld.. Testy uskutočnené OneWebom ukázali priepustnosť 50 Mb/s. na vrchole, ideálne pre každý zo 16 lúčov. Podľa rovnakého vzoru, ktorý sme použili na výpočet nákladov na Starlink, dostaneme: každý satelit OneWeb generuje 80 dolárov na obežnú dráhu a len za 5 rokov prinesie 2,4 milióna dolárov - sotva pokryje náklady na vypustenie, ak započítate aj prenos údajov do vzdialených oblastí. . Celkovo dostaneme 1,70 USD za 1 GB.
Nedávno to povedala Gwynne Shotwellová
Som si istý, že existujú optimistickejšie analýzy týkajúce sa OneWeb a ďalších budúcich vývojárov satelitných konštelácií, ale ešte neviem, ako to u nich funguje.
Nedávno Morgan Stanley
Posledným bodom zostáva porovnanie zisku na 1 Watt solárnej energie vyrobenej pre Starlink. Podľa fotografií na ich webovej stránke má solárne pole každého satelitu plochu približne 60 metrov štvorcových, t.j. v priemere generuje približne 3 kW alebo 4,5 kWh na otáčku. Podľa hrubého odhadu bude každá obežná dráha generovať 1000 220 USD a každý satelit bude generovať približne 10 USD za kWh. To je 000 XNUMX-násobok veľkoobchodných nákladov na solárnu energiu, čo opäť potvrdzuje:
architektúra
V predchádzajúcej časti som pomerne nahrubo predstavil netriviálne významnú časť architektúry Starlink – ako funguje s extrémne nerovnomernou hustotou osídlenia planéty. Satelit Starlink vysiela sústredené lúče, ktoré vytvárajú škvrny na povrchu planéty. Predplatitelia v rámci spotu zdieľajú jednu šírku pásma. Veľkosť miesta je určená základnou fyzikou: na začiatku je jeho šírka (výška satelitu x dĺžka mikrovlnnej rúry / priemer antény), čo je pre satelit Starlink v najlepšom prípade niekoľko kilometrov.
Vo väčšine miest je hustota obyvateľstva približne 1000 osôb/km100, aj keď na niektorých miestach je vyššia. V niektorých oblastiach Tokia alebo Manhattanu môže byť na jednom mieste viac ako 000 XNUMX ľudí. Našťastie každé takéto husto obývané mesto má konkurenčný domáci trh pre širokopásmový internet, nehovoriac o vysoko rozvinutej mobilnej telefónnej sieti. Ale nech je to akokoľvek, ak je v danom okamihu nad mestom veľa satelitov rovnakej konštelácie, priepustnosť môže byť zvýšená priestorovou diverzitou antén, ako aj frekvenčným rozložením. Inými slovami, desiatky satelitov môžu zamerať najsilnejší lúč na jeden bod a používatelia v tomto regióne budú používať pozemné terminály, ktoré rozdelia požiadavku medzi satelity.
Ak sú v počiatočných fázach najvhodnejším trhom na predaj služieb vzdialené, vidiecke alebo prímestské oblasti, potom prostriedky na ďalšie spustenie budú pochádzať z lepších služieb pre husto osídlené mestá. Scenár je presným opakom štandardného modelu expanzie trhu, v ktorom konkurenčné služby zamerané na mestá nevyhnutne trpia klesajúcimi ziskami, keď sa pokúšajú expandovať do chudobnejších a menej obývaných oblastí.
Pred niekoľkými rokmi, keď som robil výpočty,
Zobral som údaje z tohto obrázka a vytvoril som 3 grafy nižšie. Prvý ukazuje frekvenciu rozlohy zeme podľa hustoty obyvateľstva. Najzaujímavejšie je, že väčšina Zeme nie je vôbec obývaná, pričom prakticky žiadny región nemá viac ako 100 ľudí na km štvorcový.
Druhý graf ukazuje frekvenciu ľudí podľa hustoty obyvateľstva. A hoci je väčšina planéty neobývaná, väčšina ľudí žije v oblastiach, kde je 100 – 1000 ľudí na km štvorcový. Rozšírený charakter tohto vrcholu (rádovo väčší) odráža bimodalitu v urbanizačných vzorcoch. 100 osôb/km štvorcový. je pomerne riedko osídlená vidiecka oblasť, pričom číslo 1000 ľudí/km10. už charakteristické pre predmestia. Centrá miest ľahko vykazujú 000 25 ľudí/km štvorcový, ale populácia Manhattanu je 000 XNUMX ľudí/km štvorcový.
Tretí graf zobrazuje hustotu obyvateľstva podľa zemepisnej šírky. Je vidieť, že takmer všetci ľudia sú sústredení medzi 20 a 40 stupňom severnej šírky. To je vo všeobecnosti to, čo sa stalo geograficky a historicky, pretože veľkú časť južnej pologule zaberá oceán. A predsa je takáto hustota obyvateľstva pre architektov skupiny skľučujúca výzva, pretože... Satelity trávia rovnaký čas na oboch hemisférach. Navyše, satelit obiehajúci Zem pod uhlom, povedzme 50 stupňov, strávi viac času bližšie k špecifikovaným hraniciam zemepisnej šírky. To je dôvod, prečo Starlink vyžaduje iba 6 obežných dráh na obsluhu severu USA v porovnaní s 24 obežnými dráhami na pokrytie rovníka.
Ak skombinujete graf hustoty obyvateľstva s grafom hustoty satelitnej konštelácie, výber obežných dráh bude zrejmý. Každý stĺpcový graf predstavuje jedno zo štyroch prihlášok FCC spoločnosti SpaceX. Osobne sa mi zdá, že každá nová správa je ako doplnok k predchádzajúcej správe, ale v každom prípade nie je ťažké vidieť, ako ďalšie satelity zvyšujú kapacitu v zodpovedajúcich oblastiach na severnej pologuli. Naproti tomu nad južnou pologuľou zostáva značná nevyužitá kapacita – raduj sa, Austrália!
Čo sa stane s používateľskými údajmi, keď dosiahnu satelit? V pôvodnej verzii ich satelit Starlink okamžite vysielal späť na vyhradenú pozemnú stanicu v blízkosti servisných oblastí. Táto konfigurácia sa nazýva "priame relé". V budúcnosti budú môcť satelity Starlink medzi sebou komunikovať prostredníctvom laseru. Výmena dát bude vrcholiť v husto obývaných mestách, ale dáta môžu byť distribuované cez sieť laserov v dvoch rozmeroch. V praxi to znamená, že existuje obrovská príležitosť pre skrytú komunikačnú backhaul sieť v sieti satelitov, čo znamená, že používateľské dáta môžu byť „prenesené na Zem“ na akomkoľvek vhodnom mieste. V praxi sa mi zdá, že pozemné stanice SpaceX budú kombinované s
Ukazuje sa, že komunikácia medzi satelitmi nie je triviálna úloha, pokiaľ sa satelity nepohybujú spoločne. Najnovšie správy pre FCC uvádzajú 11 rôznych orbitálnych konštelácií satelitov. V rámci danej skupiny sa satelity pohybujú v rovnakej nadmorskej výške, pod rovnakým uhlom as rovnakou excentricitou, čo znamená, že lasery môžu relatívne ľahko nájsť satelity v tesnej blízkosti. Ale uzatváracie rýchlosti medzi skupinami sa merajú v km/s, takže komunikácia medzi skupinami, ak je to možné, musí prebiehať cez krátke, rýchlo ovládateľné mikrovlnné spojenia.
Topológia orbitálnych skupín je ako vlnovo-časticová teória svetla a zvlášť sa nevzťahuje na náš príklad, ale myslím si, že je krásna, preto som ju zahrnul do článku. Ak vás táto časť nezaujíma, preskočte priamo na „Limity základnej fyziky“.
Torus – alebo šiška – je matematický objekt definovaný dvoma polomermi. Je celkom jednoduché nakresliť kruhy na povrch torusu: rovnobežné alebo kolmé na jeho tvar. Možno bude pre vás zaujímavé zistiť, že existujú dve ďalšie rodiny kruhov, ktoré možno nakresliť na povrch torusu, pričom obe prechádzajú otvorom v jeho strede a okolo obrysu. Ide o tzv
A zatiaľ čo obežné dráhy satelitov sú, prísne povedané, elipsy a nie kruhy, rovnaký dizajn platí pre Starlink. Súhvezdie 4500 XNUMX satelitov na viacerých orbitálnych rovinách, všetky pod rovnakým uhlom, tvoria súvisle sa pohybujúci útvar nad zemským povrchom. Formácia smerujúca na sever nad daným bodom zemepisnej šírky sa otáča a vracia sa späť na juh. Aby sa predišlo zrážkam, obežné dráhy sa mierne predĺžia, takže vrstva pohybujúca sa na sever bude niekoľko kilometrov nad (alebo pod) vrstvou pohybujúcou sa na juh. Obe tieto vrstvy spolu tvoria vyfúknutý torus, ako je znázornené nižšie na veľmi prehnanom diagrame.
Dovoľte mi pripomenúť, že v rámci tohto torusu prebieha komunikácia medzi susednými satelitmi. Vo všeobecnosti neexistujú žiadne priame a nepretržité spojenia medzi satelitmi v rôznych vrstvách, pretože uzatváracie rýchlosti pre laserové navádzanie sú príliš vysoké. Cesta prenosu dát medzi vrstvami zase prechádza nad alebo pod torus.
Celkom 30 000 satelitov bude umiestnených v 11 vnorených tori, ďaleko za obežnou dráhou ISS! Tento diagram ukazuje, ako sú všetky tieto vrstvy zabalené, bez prehnanej excentricity.
Nakoniec by ste sa mali zamyslieť nad optimálnou výškou letu. Existuje dilema: nízka nadmorská výška, ktorá poskytuje väčšiu priepustnosť s menšími veľkosťami lúčov, alebo vysoká nadmorská výška, ktorá vám umožňuje pokryť celú planétu menším počtom satelitov? V priebehu času správy FCC od SpaceX hovorili o čoraz nižších nadmorských výškach, pretože ako sa Starship zlepšuje, umožňuje rýchle nasadenie väčších konštelácií.
Nízka nadmorská výška má ďalšie výhody, vrátane zníženého rizika kolízie s vesmírnym odpadom alebo negatívnych dôsledkov zlyhania zariadenia. Kvôli zvýšenému atmosférickému odporu nižšie položené satelity Starlink (330 km) zhoria v priebehu týždňov od straty kontroly nad polohou. Skutočne, 300 km je nadmorská výška, v ktorej satelity takmer nelietajú, a udržanie nadmorskej výšky si bude vyžadovať vstavaný elektrický raketový motor Krypton, ako aj efektívny dizajn. Teoreticky môže pomerne špicatý satelit poháňaný elektrickým raketovým motorom stabilne udržiavať výšku 160 km, ale SpaceX pravdepodobne nevypustí satelity tak nízko, pretože má v rukáve niekoľko ďalších trikov na zvýšenie kapacity.
Obmedzenia základnej fyziky
Zdá sa nepravdepodobné, že náklady na umiestnenie satelitu niekedy klesnú oveľa pod 35 80, aj keď je výroba pokročilá a plne automatizovaná a lode Starship sú úplne opakovane použiteľné a ešte nie je úplne známe, aké obmedzenia na satelit uvalí fyzika. . Vyššie uvedená analýza predpokladá špičkovú priepustnosť 100 Gbps. (ak zaokrúhlite na 100 lúčov, z ktorých každý je schopný prenášať XNUMX Mbps).
Limit maximálnej kapacity kanála je nastavený na
Je 100 lúčov praktických? Tento problém má dva aspekty: šírka lúča a hustota prvkov fázového poľa. Šírka lúča je určená vlnovou dĺžkou vydelenou priemerom antény. Digitálna fázovaná anténa je stále špecializovaná technológia, ale maximálne užitočné rozmery sú určené šírkou
Až 2500 kanálov, z ktorých každý podporuje 58 Gb/s, je obrovské množstvo informácií – zhruba povedané, potom 145 Tb/s. Pre porovnanie, všetok internetový prenos v roku 2020
Pre satelit na 330-kilometrovej obežnej dráhe pokrýva lúč 0,01 radiánu plochu 10 km štvorcových. V obzvlášť husto obývaných oblastiach, ako je Manhattan, žije v tejto oblasti až 300 000 ľudí. Čo ak začnú všetci naraz sledovať Netflix (7 Mbps v HD kvalite)? Celková požiadavka na dáta bude 2000 GB/s, čo je približne 35-násobok súčasného prísneho limitu stanoveného sériovým rozhraním FPGA. Z tejto situácie existujú dve východiská, z ktorých len jedna je fyzicky možná.
Prvým je umiestniť na obežnú dráhu viac satelitov, aby ich v danom čase bolo viac ako 35 visiacich nad oblasťami s vysokým dopytom. Ak opäť vezmeme 1 steradián pre prijateľnú adresovateľnú oblasť oblohy a priemernú výšku obežnej dráhy 400 km, dostaneme hustotu zoskupenia 0,0002 / km štvorcový alebo celkovo 100 000 - ak sú rovnomerne rozložené na celý povrch zemegule. Pripomeňme si, že zvolené dráhy SpaceX dramaticky zvyšujú pokrytie husto obývaných oblastí v rámci 20-40 stupňov severnej zemepisnej šírky a teraz sa počet 30 000 satelitov zdá magický.
Druhá myšlienka je oveľa chladnejšia, ale, bohužiaľ, nerealizovateľná. Pripomeňme, že šírka lúča je určená šírkou fázovej antény. Čo keby viaceré polia na viacerých satelitoch spojili energiu na vytvorenie užšieho lúča – presne ako rádiové teleskopy, ako je tento
Ukazuje sa, že oddelenie kanálov uhlovou diverzitou – napokon, satelity sú rozmiestnené po oblohe – poskytuje primerané zlepšenie priepustnosti bez porušenia fyzikálnych zákonov.
Aplikácia
Čo je zákaznícky profil Starlink? Štandardne ide o stovky miliónov používateľov s anténami veľkosti škatúľ od pizze na strechách, no existujú aj iné zdroje vysokých príjmov.
Vo vzdialených a vidieckych oblastiach nepotrebujú pozemné stanice fázované antény na maximalizáciu šírky lúča, takže sú možné menšie účastnícke zariadenia, od zariadení na sledovanie aktív internetu vecí až po ručné satelitné telefóny, núdzové majáky alebo vedecké nástroje na sledovanie zvierat.
V hustom mestskom prostredí bude Starlink poskytovať primárne a záložné backhaul do mobilnej siete. Každá bunková veža by mohla mať navrchu vysokovýkonnú pozemnú stanicu, ale na zosilnenie a prenos na poslednú míľu použite pozemné napájacie zdroje.
Napokon, dokonca aj v preťažených oblastiach počas počiatočného zavádzania sú možné aplikácie pre satelity na nízkej obežnej dráhe s výnimočne nízkou latenciou. Samotné finančné spoločnosti do vašich rúk vkladajú nemalé peniaze – len aby sa aspoň o niečo rýchlejšie dostali životne dôležité dáta zo všetkých kútov sveta. A aj keď dáta cez Starlink majú dlhšiu cestu ako zvyčajne – vesmírom – rýchlosť šírenia svetla vo vákuu je o 50 % vyššia ako v kremennom skle, čo viac než vyrovná rozdiel pri prenose na väčšie vzdialenosti.
Negatívne dôsledky
Posledná časť sa zaoberá negatívnymi dôsledkami. Účelom tohto článku je očistiť vás od akýchkoľvek mylných predstáv o projekte a potenciálne negatívne dôsledky kontroverzie sú najviac znepokojujúce. Uvediem pár informácií, zdržím sa zbytočného výkladu. Stále nie som jasnovidec a nemám žiadnych zasvätených zo SpaceX.
Podľa môjho názoru najvážnejšie dôsledky prináša zvýšený prístup k internetu. Dokonca aj v mojom rodnom meste Pasadena, pulzujúcom a technicky vyspelom meste s viac ako miliónom ľudí, ktoré je domovom niekoľkých observatórií, svetovej univerzity a veľkého zariadenia NASA, sú možnosti, pokiaľ ide o internetové služby, obmedzené. V USA a vo zvyšku sveta sa internet stal verejnou službou, ktorá hľadá nájomné, pričom poskytovatelia internetových služieb sa len snažia zarobiť svojich 50 miliónov dolárov mesačne v útulnom, nekonkurenčnom prostredí. Možno, že každá služba dodávaná do bytov a obytných budov je komunálna služba, ale kvalita internetových služieb je menej rovnaká ako voda, elektrina alebo plyn.
Problémom súčasného stavu je, že na rozdiel od vody, elektriny či plynu je internet stále mladý a rýchlo rastie. Neustále pre ňu nachádzame nové využitie. Najrevolučnejšie veci sa ešte musia objaviť, ale balíkové plány potláčajú možnosť konkurencie a inovácií. Miliardy ľudí zostali pozadu
Starlink, ktorý nepretržite distribuuje internet z neba, tento model porušuje. Zatiaľ nepoznám lepší spôsob, ako pripojiť miliardy ľudí na internet. SpaceX je na dobrej ceste stať sa poskytovateľom internetových služieb a potenciálne aj internetovou spoločnosťou, ktorá konkuruje Google a Facebook. Stavím sa, že si o tom nepremýšľal.
Nie je zrejmé, že satelitný internet je najlepšou voľbou. SpaceX a len SpaceX je v pozícii rýchlo vytvoriť rozsiahlu konšteláciu satelitov, pretože len ona strávila desaťročie prelomením vládno-vojenského monopolu na štarty kozmických lodí. Aj keby Iridium desaťnásobne predbehlo mobilné telefóny na trhu, stále by nedosiahlo široké prijatie pomocou tradičných štartovacích plôch. Bez SpaceX a jej jedinečného obchodného modelu existuje veľká šanca, že globálny satelitný internet by sa jednoducho nikdy neuskutočnil.
Druhá veľká rana bude pre astronómiu. Po vypustení prvých 60 satelitov Starlink sa zo strany medzinárodnej astronomickej komunity zdvihla vlna kritiky, že mnohonásobne zvýšený počet satelitov im zablokuje prístup na nočnú oblohu. Hovorí sa: medzi astronómami je ten s najväčším ďalekohľadom najlepší. Bez preháňania je astronómia v modernej dobe náročná úloha, ktorá pripomína neustály boj o zlepšenie kvality analýzy na pozadí rastúceho svetelného znečistenia a iných zdrojov hluku.
Posledná vec, ktorú astronóm potrebuje, sú tisíce jasných satelitov blikajúcich v ohnisku ďalekohľadu. V skutočnosti prvé súhvezdie Irídium získalo povesť tým, že vytváralo „svetlicu“ vďaka veľkým panelom, ktoré odrážali slnečné svetlo na malé oblasti Zeme. Stávalo sa, že dosiahli jasnosť štvrtiny Mesiaca a niekedy aj omylom poškodili citlivé astronomické senzory. Obavy, že Starlink napadne rádiové pásma používané v rádioastronómii, tiež nie sú neopodstatnené.
Ak si stiahnete aplikáciu na sledovanie satelitov, môžete za jasného večera vidieť na oblohe lietať desiatky satelitov. Satelity sú viditeľné po západe slnka a pred úsvitom, ale len vtedy, keď sú osvetlené slnečnými lúčmi. Neskôr v noci sú satelity v zemskom tieni neviditeľné. Maličké, extrémne vzdialené, pohybujú sa veľmi rýchlo. Existuje šanca, že zakryjú vzdialenú hviezdu na menej ako milisekúndu, ale myslím si, že aj pri detekcii to bude hemoroid.
Silné obavy z osvetlenia oblohy vyplynuli zo skutočnosti, že vrstva satelitov prvého štartu bola postavená blízko zemského terminátora, t.j. Noc čo noc Európa – a bolo leto – sledovala epický obraz satelitov prelietavajúcich oblohou vo večernom súmraku. Simulácie založené na správach FCC ďalej ukázali, že satelity na obežnej dráhe 1150 km budú viditeľné aj po uplynutí astronomického súmraku. Vo všeobecnosti súmrak prechádza tromi štádiami: občianskym, námorným a astronomickým, t.j. keď je slnko 6, 12 a 18 stupňov pod horizontom. Na konci astronomického súmraku sú slnečné lúče približne 650 km od povrchu v zenite, ďaleko za atmosférou a väčšinou na nízkej obežnej dráhe Zeme. Na základe údajov z
Tretím problémom sú úlomky na obežnej dráhe. IN
Satelity sú vypustené do výšky 350 km, potom pomocou vstavaných motorov odletia na zamýšľanú obežnú dráhu. Každý satelit, ktorý počas štartu zahynie, bude mimo obežnej dráhy v priebehu niekoľkých týždňov a najbližších tisíc rokov nebude obiehať niekde inde vyššie. Toto umiestnenie strategicky zahŕňa testovanie na voľný vstup. Satelity Starlink sú navyše ploché v priereze, čo znamená, že keď stratia kontrolu nad výškou, vstúpia do hustých vrstiev atmosféry.
Málokto vie, že SpaceX sa stal priekopníkom v astronautike tým, že namiesto motýľov používal alternatívne typy montáže. Takmer všetky odpaľovacie miesta používajú pri rozmiestňovaní stupňov, satelitov, aerodynamických krytov atď., atď., čím sa zvyšuje potenciálne množstvo odpadu. SpaceX tiež zámerne odstraňuje horné stupne z obežnej dráhy, čím im bráni večne visieť vo vesmíre, aby sa v drsnom vesmírnom prostredí nezhoršovali a nerozpadali.
Nakoniec, posledným problémom, ktorý by som rád spomenul, je šanca, že SpaceX vytlačí existujúci internetový monopol vytvorením vlastného. Vo svojom výklenku už SpaceX monopolizuje štarty. Len túžba súperiacich vlád získať zaručený prístup do vesmíru bráni zošrotovaniu drahých a zastaraných rakiet, ktoré často montujú veľkí monopolní dodávatelia obrany.
Nie je také ťažké si predstaviť, že SpaceX v roku 2030 ročne vypustí 6000 XNUMX svojich satelitov plus niekoľko špionážnych satelitov pre starú minulosť. Lacné a spoľahlivé satelity SpaceX bude predávať „rack space“ pre zariadenia tretích strán. Každá univerzita, ktorá dokáže vytvoriť kameru využiteľnú vo vesmíre, ju bude môcť vypustiť na obežnú dráhu bez toho, aby musela znášať náklady na vybudovanie celej vesmírnej platformy. Vďaka takémuto pokročilému a neobmedzenému prístupu do vesmíru je Starlink už spojený so satelitmi, zatiaľ čo historickí výrobcovia sa stávajú minulosťou.
História obsahuje príklady progresívnych spoločností, ktoré obsadili takú veľkú medzeru na trhu, že sa ich mená stali známymi: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Problém môže nastať, keď sa priekopnícka spoločnosť zapojí do praktík narúšajúcich hospodársku súťaž, aby si udržala svoj podiel na trhu, hoci je to od prezidenta Reagana často povolené. SpaceX by si mohla zachovať svoj monopol Starlink a prinútiť ostatných vývojárov satelitných konštelácií vypúšťať satelity na starých sovietskych raketách. Prijali sa podobné opatrenia
Ešte znepokojujúcejšie je, že rozmiestnenie desiatok tisíc satelitov na nízkej obežnej dráhe spoločnosťou SpaceX by mohlo byť navrhnuté ako kooptácia spoločného majetku. Súkromná spoločnosť, ktorá sleduje osobný zisk, preberá trvalé vlastníctvo kedysi verejne prístupných a neobsadených orbitálnych pozícií. A zatiaľ čo inovácie SpaceX umožnili skutočne zarábať peniaze vo vákuu, veľká časť intelektuálneho kapitálu SpaceX bola vybudovaná miliardami dolárov v rozpočtoch na výskum.
Na jednej strane potrebujeme zákony, ktoré budú chrániť súkromné investície, fondy výskumu a vývoja. Bez tejto ochrany nebudú inovátori schopní financovať ambiciózne projekty alebo presunú svoje firmy na miesta, kde im takáto ochrana bude poskytnutá. V každom prípade verejnosť trpí, pretože sa negenerujú zisky. Na druhej strane potrebujeme zákony, ktoré ochránia ľudí, nominálnych vlastníkov spoločného majetku vrátane neba, pred súkromnými subjektmi hľadajúcimi rentu, ktoré anektujú verejné statky. Ani jedno, ani druhé nie je samo osebe pravdivé a dokonca ani možné. Vývoj spoločnosti SpaceX ponúka šancu nájsť strednú cestu na tomto novom trhu. Pochopíme, že sa to našlo, keď maximalizujeme frekvenciu inovácií a vytváranie sociálneho blahobytu.
Záverečné myšlienky
Tento článok som napísal hneď po dokončení ďalšieho -
Bohatí a armáda používajú satelitný internet už dlho, ale všadeprítomný, bežný a lacný Starlink bez Starship je jednoducho nemožný.
O spustení sa hovorilo už dlhšie, no Starship, veľmi lacná a teda zaujímavá platforma, sa bez Starlinku nezaobíde.
O prieskume vesmíru s ľudskou posádkou sa hovorí už dlho a ak...
Zdroj: hab.com