Овај чланак је део серије посвећене .
— План СпацеКс-а да дистрибуира Интернет преко десетина хиљада сателита је главна тема у штампи која се бави свемиром. Чланци о најновијим достигнућима објављују се недељно. Ако је уопште схема јасна, и након читања , добро мотивисана особа (рецимо, ваша заиста) може да ископа много детаља. Међутим, још увек постоје многе заблуде повезане са овом новом технологијом, чак и међу просветљеним посматрачима. Није неуобичајено видети чланке који упоређују Старлинк са ОнеВеб-ом и Куипером (између осталих) као да се такмиче под једнаким условима. Други аутори, јасно забринути за добро планете, вапе због свемирског отпада, свемирског закона, стандарда и безбедности астрономије. Надам се да ће читалац након читања овог прилично дугачког чланка боље разумети и бити инспирисан идејом Старлинк.
неочекивано дирнуо осетљиву жицу у душама мојих малобројних читалаца. У њему сам објаснио како би Старсхип ставио СпацеКс у први план на дуже време, док би у исто време обезбедио возило за нова истраживања свемира. Импликација је да традиционална индустрија сателита није у стању да држи корак са СпацеКс-ом, који стално повећава капацитет и смањује трошкове своје породице ракета Фалцон, стављајући СпацеКс у тешку позицију. С једне стране, формирао је тржиште вредно, у најбољем случају, неколико милијарди годишње. С друге стране, она је подгрејала незајажљив апетит за новцем – за градњом огромне ракете, на којој, међутим, готово да нема ко да пошаље на Марс, а не очекује се ни тренутни профит.
Решење овог проблема упаривања је Старлинк. Састављањем и лансирањем сопствених сателита, СпацеКс би могао да створи и дефинише ново тржиште за високо ефикасан и демократизован приступ комуникацијама широм свемира, да генерише средства за изградњу ракете пре него што потопи компанију и да повећа своју економску вредност на трилионе. Не потцењујте размере Елонових амбиција. Постоји само толико индустрија вредних трилиона долара: енергетика, брзи транспорт, комуникације, ИТ, здравство, пољопривреда, влада, одбрана. Упркос уобичајеним заблудама, , и - посао није одржив. Елон је са својом Теслом ушао у енергетски простор, али само телекомуникације ће обезбедити поуздано и пространо тржиште за сателите и лансирање ракета.
Елон Муск је први пут скренуо пажњу на свемир када је желео да бесплатно уложи 80 милиона долара у мисију узгоја биљака на сонди за Марс. Изградња града на Марсу би вероватно коштала 100 пута више, тако да је Старлинк Маскова главна опклада да обезбеди поплаву преко потребног спонзорског новца .
За шта?
Дуго сам планирао овај чланак, али тек прошле недеље сам добио потпуну слику. Тада је председница СпацеКс-а Гвин Шотвел дала Робу Барону запањујући интервју, који је касније покрио за ЦНБЦ у сјајној Мицхаел Схеетз, а коме је био посвећен . Овај интервју је показао огромну разлику у приступима сателитској комуникацији између СпацеКс-а и свих осталих.
Цонцепт је рођен 2012. године, када је СпацеКс схватио да његови купци - углавном сателитски провајдери - имају огромне резерве новца. Локације за лансирање подижу цене за постављање сателита и некако пропуштају један корак посла - како је то могуће? Елон је сањао да створи сателитску констелацију за Интернет и, не могавши да се одупре готово немогућем задатку, зауставио је процес. Старлинк развој , али до краја овог чланка ви ћете, мој читаоче, вероватно бити изненађени колико су ове потешкоће заправо мале - с обзиром на обим идеје.
Да ли је тако огромно груписање уопште неопходно за Интернет? И зашто сада?
Само у мом сећању интернет се из чисто академског угађања претворио у прву и једину револуционарну инфраструктуру. Ово није тема која заслужује цео чланак, али претпостављам да ће глобално, потреба за интернетом и приход који он генерише наставити да расте за око 25% годишње.
Данас скоро сви добијамо интернет од малог броја географски изолованих монопола. У САД, АТ&Т, Тиме Варнер, Цомцаст и неколицина мањих играча поделили су територију да би избегли конкуренцију, наплатили три коже за услуге и уживали у зрацима готово универзалне мржње.
Постоји добар разлог да провајдери буду неконкурентни — изван свеопште похлепе. Изградња инфраструктуре за Интернет—микроталасне ћелије и оптичка влакна—је веома, веома скупо. Лако је заборавити дивну природу Интернета. Моја бака је прво отишла да ради у Другом светском рату као оператер комуникација, али је телеграф тада конкурисао за водећу стратешку улогу са голубовима писмоношима! За већину нас, информациони супераутопут је нешто ефемерно, нематеријално, али делови путују кроз физички свет, који има границе, реке, планине, океане, олује, природне катастрофе и друге препреке. Давне 1996. године, када је постављена прва оптичка линија дуж дна океана, . Својим препознатљивим оштрим стилом, он сликовито описује саму цену и сложеност постављања ових линија, по којима проклети „котеги” тада још увек јуре. Током већег дела 2000-их, повучено је толико каблова да су трошкови постављања били запањујући.
Једно време сам радио у оптичкој лабораторији и (ако ме меморија не вара) оборили смо рекорд тог времена, испоручујући брзину мултиплексног преноса од 500 Гб/сец. Ограничења електронике су дозвољавала да свако влакно буде оптерећено до 0,1% свог теоретског капацитета. Петнаест година касније, спремни смо да пређемо праг: ако пренос података пређе то, влакно ће се истопити, а ми смо већ веома близу томе.
Али морамо да подигнемо ток података изнад грешне земље - у свемир, где сателит несметано кружи око „лоптице“ 30 пута за пет година. Изгледало би као очигледно решење - па зашто га нико раније није прихватио?
Сателитска констелација Иридијум, коју је почетком 1990-их развила и применила Моторола (сећате ли их се?), постала је прва глобална комуникациона мрежа у ниској орбити (као што је примамљиво описано у ). У време када је уведен, испоставило се да је ниша могућност да се усмеравају мали пакети података са уређаја за праћење имовине била његова једина употреба: мобилни телефони су постали толико јефтини да сателитски телефони никада нису узели маха. Иридијум је имао 66 сателита (плус неколико резервних) у 6 орбита - минимални сет за покривање целе планете.
Ако је Иридијуму требало 66 сателита, зашто су онда СпацеКс-у потребне десетине хиљада? Како је то тако другачије?
СпацеКс је у овај посао ушао са супротног краја – почео је лансирањима. Постао је пионир у области очувања лансирних ракета и тако заузео тржиште за јефтине лансирне рампе. Покушај да их надмашите нижом ценом неће вам донети много новца, тако да је једини начин да некако профитирате од њихове вишка моћи да постанете њихов клијент. Трошкови компаније СпацеКс за лансирање сопствених сателита - (по 1 кг) иридијума, те су стога у могућности да уђу на знатно шире тржиште.
Старлинк-ова покривеност широм света обезбедиће приступ висококвалитетном интернету било где у свету. По први пут, доступност Интернета неће зависити од близине неке земље или града оптичкој линији, већ од чистоће неба изнад. Корисници широм света имаће приступ неспутаном глобалном Интернету без обзира на различите степене зла и/или подлих владиних монопола. Старлинкова способност да разбије ове монополе ће катализовати позитивне промене у невероватном обиму које ће коначно ујединити милијарде људи у глобалној сајбер заједници будућности.
Кратка лирска дигресија: шта ово уопште значи?
За људе који одрастају у данашњој ери свеприсутног повезивања, интернет је попут ваздуха који удишемо. Он једноставно јесте. Али ово – ако заборавимо на његову невероватну моћ да донесе позитивне промене – и ми смо већ у самом центру тога. Уз помоћ интернета, људи могу да позивају своје вође на одговорност, да комуницирају са другим људима на другом крају света, деле мисли и измишљају нешто ново. Интернет уједињује човечанство. Историја модернизације је историја развоја могућности размене података. Прво – кроз говоре и епску поезију. Затим – писмено, које мртвима даје глас, а они се обраћају живима; писање омогућава складиштење података и омогућава асинхрону комуникацију. Штампана штампа је покренула производњу вести. Електронска комуникација – убрзала је пренос података широм света. Лични уређаји за вођење белешки постепено су постали сложенији, еволуирајући од бележница до мобилних телефона, од којих је сваки рачунар повезан на Интернет, пуњен сензорима и сваким даном постају све бољи у предвиђању наших потреба.
Особа која у процесу сазнања користи писање и компјутер има веће шансе да превазиђе ограничења несавршено развијеног мозга. Још боље је то што су мобилни телефони и моћни уређаји за складиштење и механизам за размену идеја. Док су се људи некада ослањали на говор исписан у свескама да би поделили своје мисли, данас је норма да свеске деле идеје које су људи генерисали. Традиционална шема је претрпела инверзију. Логичан наставак процеса је одређени облик колективне метакогниције, путем личних уређаја, и међусобно повезани. И док смо можда још увек носталгични за изгубљеном везом са природом и самоћом, важно је запамтити да су само технологија и технологија одговорне за лавовски део нашег ослобођења од „природних“ циклуса незнања, преране смрти (која може бити избегавано), насиље, глад и пропадање зуба.
Како?
Хајде да причамо о пословном моделу и архитектури Старлинк пројекта.
Да би Старлинк постао профитабилно предузеће, прилив средстава мора премашити трошкове изградње и рада. Традиционално, капиталне инвестиције укључују веће трошкове унапред, софистицирано специјализовано финансирање и механизме осигурања за лансирање сателита. Геостационарни комуникациони сателит може коштати 500 милиона долара и треба му 5 година да се састави и лансира. Стога компаније у овој области истовремено граде млазне бродове или контејнерске бродове. Огромни трошкови, прилив средстава који једва покрива трошкове финансирања и релативно мали оперативни буџет. Насупрот томе, пропаст оригиналног Иридијума је била то што је Моторола приморала оператера да плати огромне накнаде за лиценцирање, доводећи предузеће до банкрота у року од само неколико месеци.
Да би обављале ову врсту посла, традиционалне сателитске компаније морале су да опслужују приватне клијенте и наплаћују високе цене података. Авио-компаније, удаљене испоставе, бродови, ратне зоне и кључна инфраструктура плаћају око 5 долара по МБ, што је 1 пута скупље од традиционалног АДСЛ-а, упркос кашњењу и релативно ниској сателитској пропусности.
Старлинк планира да се такмичи са провајдерима земаљских услуга, што значи да ће морати да испоручује податке јефтиније и, у идеалном случају, наплаћује много мање од 1 УСД по 1 МБ. Да ли је то могуће? Или, пошто је то могуће, треба да се запитамо: како је то могуће?
Први састојак новог јела је јефтино лансирање. Данас Фалцон продаје лансирање од 24 тоне за око 60 милиона долара, што је 2500 долара за 1 кг. Испоставља се, међутим, да је много више унутрашњих трошкова. Сателити Старлинк ће бити лансирани на лансирним возилима за вишекратну употребу, тако да је гранични трошак једног лансирања трошак нове друге фазе (око 4 милиона долара), оклопа (1 милион) и земаљске подршке (~1 милион). Укупно: око 100 хиљада долара по сателиту, тј. више од 1000 пута јефтиније од лансирања конвенционалног комуникационог сателита.
Већина Старлинк сателита, међутим, биће лансирана на Старсхип. Заиста, еволуција Старлинк-а, као што показују ажурирани извештаји ФЦЦ-у, пружа нешто унутрашња архитектура пројекта. Укупан број сателита у сазвежђу порастао је са 1 на 584, затим на 2 и на крају на 825. Ако је веровати бруто акумулацијама, цифра је још већа. Минимални број сателита за прву фазу развоја да би пројекат био одржив је 7 у 518 орбита (укупно 30), док је за пуну покривеност унутар 000 степена од екватора потребно 60 орбите од 6 сателита (укупно 360). То су 53 лансирања за Фалцон за само 24 милиона долара интерних трошкова. Старсхип је, с друге стране, дизајниран да лансира до 60 сателита истовремено, по приближно истој цени. Старлинк сателити ће морати да се мењају сваких 1440 година, тако да би за 24 сателита било потребно 150 лансирања Старсхип-а годишње. То ће коштати неких 400 милиона годишње, односно 5 хиљада по сателиту. Сваки сателит лансиран на Фалцон-у тежи 6000 кг; сателити подигнути на Старсхип могли су да теже 15 кг и носе инструменте других произвођача, да буду нешто већи и да ипак не прелазе дозвољено оптерећење.
Од чега се састоји цена сателита? Међу њиховом браћом, сателити Старлинк су помало необични. Састављају се, складиште и стављају на тржиште и стога су изузетно лаки за масовну производњу. Искуство показује да би трошкови производње требали бити приближно једнаки трошковима лансера. Ако је разлика у цени велика, то значи да се ресурси погрешно распоређују, јер свеобухватно смањење граничних трошкова уз смањење трошкова није толико велико. Да ли је заиста могуће платити 100 хиљада долара по сателиту за прву серију од неколико стотина? Другим речима, да ли Старлинк сателит у уређају није сложенији од машине?
Да бисмо у потпуности одговорили на ово питање, морамо да разумемо зашто је цена комуникационог сателита у орбити 1000 пута већа, чак и ако није 1000 пута сложенија. Једноставно речено, зашто је свемирски хардвер тако скуп? Постоји много разлога за то, али најубедљивији у овом случају је овај: ако лансирање сателита у орбиту (пре Фалцон-а) кошта више од 100 милиона, мора се гарантовати да ће радити дуги низ година да би донео бар нешто профит. Обезбеђивање такве поузданости у раду првог и јединог производа је болан процес и може се повући годинама, захтевајући напоре стотина људи. Додајте трошкове и лако је оправдати додатне процесе када је њихово покретање већ скупо.
Старлинк разбија ову парадигму изградњом стотина сателита, брзом исправљањем раних недостатака у дизајну и употребом техника масовне производње за контролу трошкова. Ја лично могу лако да замислим Старлинк монтажну линију где техничар интегрише нешто ново у дизајн и држи све заједно пластичном везом (наравно на нивоу НАСА) за сат или два, одржавајући потребан ниво замене од 16 сателита дневно. Сателит Старлинк се састоји од много замршених делова, али не видим разлог зашто се цена хиљадите јединице која силази са производне траке не може да се спусти на 20 хиљада. Заиста, у мају је Елон написао на Твитеру да је цена производње сателита већ ниже од цене лансирања .
Узмимо просечан случај и анализирамо време отплате, заокружујући бројеве. Један сателит Старлинк, чије склапање и лансирање кошта 100 хиљада, траје 5 година. Хоће ли се исплатити, и ако хоће, колико брзо?
За 5 година, сателит Старлинк ће обићи Земљу 30 пута. На свакој од ових једноипочасовних орбита, провешће већину времена изнад океана и можда 000 секунди изнад густо насељеног града. Током овог кратког периода, он емитује податке, журећи да заради новац. Под претпоставком да антена подржава 100 зрака и сваки сноп преноси 100 Мбпс користећи модерни тип кодирања , тада сателит генерише 1000 УСД профита по орбити — са ценом претплате од 1 УСД за 1 ГБ. Ово је довољно да се надокнади трошак распоређивања од 100 хиљада за недељу дана и у великој мери поједностављује структуру капитала. Преосталих 29 обрта је профит минус фиксни трошкови.
Процењене бројке могу веома да варирају, у оба смера. Али у сваком случају, ако сте у могућности да лансирате висококвалитетну констелацију сателита у ниску орбиту за 100 - или чак за 000 милион по јединици - ово је озбиљан захтев. Чак и са смешно кратким временом коришћења, Старлинк сателит је способан да испоручи 1 ПБ података током свог животног века - по амортизованој цени од 30 УСД по ГБ. Истовремено, при преносу на веће удаљености, маргинални трошкови се практично не повећавају.
Да бисмо разумели значај овог модела, хајде да га брзо упоредимо са два друга модела за испоруку података потрошачима: традиционалним оптичким каблом и сателитском констелацијом коју нуди компанија која није специјализована за лансирање сателита.
, који повезује Француску и Сингапур, пуштен је у рад 2005. године. Пропусни опсег - 1,28 Тб/с, трошак имплементације - 500 милиона долара. Ако ради са 10% капацитета 100 година, а режијски трошкови износе 100% капиталних трошкова, онда ће цена преноса бити 0,02 УСД по 1 ГБ. Трансатлантски каблови су краћи и нешто јефтинији, али подморски кабл је само један ентитет у дугом ланцу људи који желе новац за податке. Просечна процена за Старлинк испада 8 пута јефтинија, а истовремено су свеобухватни.
Како је то могуће? Сателит Старлинк укључује сав софистицирани електронски комутациони хардвер потребан за повезивање каблова са оптичким влакнима, али користи вакуум уместо скупе, ломљиве жице за пренос података. Пренос кроз свемир смањује број удобних и умирућих монопола, омогућавајући корисницима да комуницирају преко још мање хардвера.
Хајде да упоредимо са конкурентским произвођачем сателита ОнеВеб. ОнеВеб планира да створи констелацију од 600 сателита, које ће лансирати преко комерцијалних добављача по цени од приближно 20 долара по 000 кг. Тежина једног сателита је 1 кг, односно у идеалној ситуацији лансирање једне јединице биће приближно 150 милиона. Цена сателитског хардвера је процењена на 3 милион по сателиту, тј. до 1. трошкови целе групе биће 2027 милијарди.Тестови које је спровео ОнеВеб показали су пропусност од 2,6 Мб/сец. на врхунцу, идеално, за сваки од 50 зрака. Пратећи исти образац који смо користили за израчунавање трошкова Старлинк-а, добијамо: сваки ОнеВеб сателит генерише 16 долара по орбити, а за само 80 година донеће 5 милиона долара - једва покривајући трошкове лансирања, ако се рачуна и пренос података до удаљених региона . Укупно добијамо 2,4 долара за 1,70 ГБ.
Гвин Шотвел је недавно цитирана како је то рекла , што подразумева конкурентну цену од 0,10 долара за 1 ГБ. И то је још увек са оригиналном конфигурацијом Старлинк-а: са мање оптимизованом производњом, лансирањем на Фалцон-у и ограничењима у преносу података – и то само са покривеношћу севера САД. Испоставило се да СпацеКс има неоспорну предност: данас могу да лансирају много погоднији сателит по цени (по јединици) 15 пута нижој од својих конкурената. Старшип ће повећати предност за 100 пута, ако не и више, тако да није тешко замислити да СпацеКс лансира 2027 сателита до 30. за мање од милијарду долара, од чега ће већину обезбедити из сопственог новчаника.
Сигуран сам да има оптимистичнијих анализа у вези са ОнеВеб-ом и другим надолазећим програмерима сателитских констелација, али још не знам како ствари функционишу за њих.
Недавно Морган Станлеи да ће сателити Старлинк коштати 1 милион за склапање и 830 хиљада за лансирање. . Занимљиво је да су бројке сличне нашим проценама трошкова ОнеВеб-а и отприлике су 10 пута веће од првобитне Старлинк процене. Коришћење Старсхип-а и комерцијалне сателитске производње могло би смањити трошкове постављања сателита на око 35К/јединици. А ово је запањујуће ниска цифра.
Последња преостала тачка је да се упореди профит по 1 ват соларне енергије произведене за Старлинк. Према фотографијама на њиховој веб страници, соларни низ сваког сателита има површину од приближно 60 квадратних метара, тј. у просеку генерише приближно 3 кВ или 4,5 кВх по обртају. Као груба процена, свака орбита ће генерисати 1000 долара, а сваки сателит ће генерисати приближно 220 долара по кВх. Ово је 10 пута више од велепродајне цене соларне енергије, што још једном потврђује: . А модулирање микроталасних пећница за пренос података је превелик додатни трошак.
архитектура
У претходном одељку, прилично сам грубо представио нетривијално значајан део Старлинк архитектуре – како она функционише са изузетно неуједначеном густином насељености планете. Сателит Старлинк емитује фокусиране зраке који стварају мрље на површини планете. Претплатници унутар спота деле један пропусни опсег. Величина тачке је одређена фундаменталном физиком: у почетку је њена ширина (висина сателита к дужина микроталасне / пречник антене), што је за сателит Старлинк у најбољем случају неколико километара.
У већини градова густина насељености је око 1000 људи/кв.км, мада је на неким местима већа. У неким областима Токија или Менхетна може бити више од 100 људи по месту. На срећу, сваки тако густо насељен град има конкурентно домаће тржиште широкопојасног интернета, а да не спомињемо високо развијену мрежу мобилне телефоније. Али, како год било, ако у било ком тренутку над градом постоји много сателита истог сазвежђа, пропусност се може повећати просторним диверзитетом антена, као и дистрибуцијом фреквенција. Другим речима, десетине сателита могу да фокусирају најмоћнији сноп на једну тачку, а корисници у том региону ће користити земаљске терминале који дистрибуирају захтев међу сателитима.
Ако су у почетним фазама најпогодније тржиште за продају услуга удаљена, рурална или приградска подручја, онда ће средства за даље покретање стићи из бољих услуга у густо насељене градове. Сценарио је потпуно супротан стандардном обрасцу ширења тржишта, у којем конкурентске услуге које циљају градове неизбежно трпе опадајући профит док покушавају да се прошире у сиромашнија и мање насељена подручја.
Пре неколико година, када сам извршио прорачуне, .
Узео сам податке са ове слике и направио 3 графикона испод. Први приказује учесталост земљине површине према густини насељености. Најзанимљивије је да већи део Земље уопште није насељен, док практично ниједан регион нема више од 100 људи по кмXNUMX.
Други графикон приказује учесталост људи према густини насељености. И иако је већи део планете ненасељен, већина људи живи у областима где има 100–1000 људи по квадратном километру. Проширена природа овог врха (ред магнитуде већи) одражава бимодалност у обрасцима урбанизације. 100 људи/кв.км. је релативно ретко насељено рурално подручје, док је бројка од 1000 људи/кв.км. већ карактеристичан за предграђе. Градски центри лако показују 10 људи/кв.км, али популација Менхетна је 000 људи/кв.км.
Трећи графикон приказује густину насељености према географској ширини. Може се видети да су скоро сви људи концентрисани између 20 и 40 степени северне географске ширине. То је, углавном, оно што се догодило географски и историјски, пошто је огроман део јужне хемисфере окупиран океаном. Па ипак, таква густина насељености је застрашујући изазов за архитекте групе, јер... Сателити проводе једнако време на обе хемисфере. Штавише, сателит који кружи око Земље под углом од, рецимо, 50 степени ће провести више времена ближе одређеним границама географске ширине. Због тога је Старлинку потребно само 6 орбита да би опслуживао север САД, у поређењу са 24 да би покрио екватор.
Заиста, ако комбинујете графикон густине насељености са графиком густине сателитске констелације, избор орбита постаје очигледан. Сваки тракасти графикон представља једну од четири СпацеКс-ова ФЦЦ документа. Лично ми се чини да је сваки нови извештај као додатак претходном, али у сваком случају није тешко видети како додатни сателити повећавају капацитет над одговарајућим регионима на северној хемисфери. Насупрот томе, значајан неискоришћен капацитет остаје изнад јужне хемисфере – радуј се, Аустралија!
Шта се дешава са корисничким подацима када стигну до сателита? У оригиналној верзији, сателит Старлинк их је одмах пренео назад до наменске земаљске станице у близини сервисних зона. Ова конфигурација се зове "директни релеј". У будућности, Старлинк сателити ће моћи да комуницирају једни са другима путем ласера. Размена података ће достићи врхунац у густо насељеним градовима, али подаци се могу дистрибуирати преко мреже ласера у две димензије. У пракси, то значи да постоји огромна могућност за прикривену комуникациону мрежу у мрежи сателита, што значи да се кориснички подаци могу „поновно пренети на Земљу“ на било којој погодној локацији. У пракси, чини ми се да ће СпацеКс земаљске станице бити комбиноване са ван градова.
Испоставило се да комуникација са сателита на сателит није тривијалан задатак осим ако се сателити не крећу заједно. Најновији извештаји ФЦЦ извештавају о 11 различитих орбиталних констелација сателита. Унутар дате групе, сателити се крећу на истој висини, под истим углом и са једнаким ексцентрицитетом, што значи да ласери могу релативно лако пронаћи сателите у непосредној близини. Али брзине затварања између група мере се у км/сец, тако да се комуникација између група, ако је могуће, мора одвијати преко кратких микроталасних веза које се брзо могу контролисати.
Топологија орбиталне групе је попут таласно-честичне теорије светлости и не односи се посебно на наш пример, али мислим да је прелепа, па сам је уврстио у чланак. Ако нисте заинтересовани за овај одељак, прескочите директно на „Границе фундаменталне физике“.
Торус — или крофна — је математички објекат дефинисан са два полупречника. Прилично је једноставно нацртати кругове на површини торуса: паралелно или окомито на његов облик. Можда ће вам бити занимљиво открити да постоје још две породице кругова који се могу нацртати на површини торуса, а оба пролазе кроз рупу у његовом центру и око обриса. Ово је тзв , и користио сам овај дизајн када сам дизајнирао тороид за калем Бурнинг Ман Тесла 2015.
И док су сателитске орбите, строго говорећи, елипсе, а не кругови, исти дизајн се односи на Старлинк. Сазвежђе од 4500 сателита на више орбиталних равни, сви под истим углом, формирају формацију која се непрекидно креће изнад површине Земље. Формација усмерена ка северу изнад дате тачке географске ширине се окреће и креће назад ка југу. Да би се избегли судари, орбите ће бити благо издужене, тако да ће слој који се креће према северу бити неколико километара изнад (или испод) слоја који се креће према југу. Заједно, оба ова слоја формирају издувани торус, као што је приказано испод на веома преувеличаном дијаграму.
Да вас подсетим да се унутар овог торуса комуникација одвија између суседних сателита. Уопштено говорећи, не постоје директне и континуиране везе између сателита у различитим слојевима, пошто су брзине затварања за ласерско навођење превисоке. Пут преноса података између слојева, заузврат, пролази изнад или испод торуса.
Укупно 30 сателита биће лоцирано у 000 угнежђених торова, далеко иза орбите ИСС! Овај дијаграм показује како су сви ови слојеви спаковани, без претеране ексцентричности.
Коначно, требало би да размислите о оптималној висини лета. Постоји дилема: мала висина, која даје већу пропусност са мањим величинама зрака, или велика висина, која вам омогућава да покријете целу планету са мање сателита? Током времена, извештаји ФЦЦ-а из СпацеКс-а говорили су о све мањим висинама, јер, како се Старсхип побољшава, омогућава брзо распоређивање већих сазвежђа.
Мала висина има и друге предности, укључујући смањен ризик од судара са свемирским отпадом или негативне последице квара опреме. Због повећаног отпора атмосфере, ниже лежећи Старлинк сателити (330 км) ће изгорети у року од неколико недеља након што изгубе контролу над ставом. Заиста, 300 км је висина на којој сателити једва лете, а за одржавање висине биће потребан уграђени електрични ракетни мотор Криптон, као и аеродинамичан дизајн. Теоретски, прилично зашиљени сателит који покреће електрични ракетни мотор може стабилно да одржава висину од 160 км, али је мало вероватно да ће СпацеКс лансирати сателите тако ниско, јер постоји још неколико трикова у рукаву за повећање капацитета.
Ограничења фундаменталне физике
Чини се мало вероватним да ће цена хостовања сателита икада пасти много испод 35 хиљада, чак и ако је производња напредна и потпуно аутоматизована, а бродови Старсхип у потпуности за вишекратну употребу, а још није у потпуности познато каква ће ограничења физика наметнути сателиту. . Горња анализа претпоставља вршну пропусност од 80 Гбпс. (ако заокружите на 100 снопова, од којих је сваки способан да преноси 100 Мбпс).
Максимални капацитет канала је подешен на и дат је у статистици пропусног опсега (1+СНР). Пропусни опсег је често ограничен , док је СНР расположива енергија сателита, позадински шум и сметње на каналу због . Још једна значајна препрека је брзина обраде. Најновији Ксилинк Ултрасцале+ ФПГА поседују , што је добро с обзиром на тренутна ограничења информационог капацитета канала без развоја прилагођених АСИЦ-ова. Али чак и тада 58 Гб/сец. захтеваће импресивну дистрибуцију фреквенција, највероватније у Ка- или В-опсезима. В (40–75 ГХз) има приступачније циклусе, али је подложан већој апсорпцији од стране атмосфере, посебно у влажним областима.
Да ли је 100 греда практично? Постоје два аспекта овог проблема: ширина снопа и густина елемента фазног низа. Ширина снопа је одређена таласном дужином подељеном са пречником антене. Дигитална фазна антена је и даље специјализована технологија, али максималне корисне димензије су одређене ширином (цца. 1м), а коришћење радио фреквенцијских комуникација је скупље. Ширина таласа у Ка-опсегу је око 1 цм, док ширина снопа треба да буде 0,01 радијан - са ширином спектра на 50% амплитуде. Под претпоставком да је угао снопа од 1 стерадијан (слично покривености сочива камере од 50 мм), тада би 2500 појединачних зрака било довољно у овој области. Линеарност подразумева да би за 2500 снопова било потребно најмање 2500 антенских елемената унутар низа, што је, у принципу, могуће, али тешко оствариво. И све ово ће постати веома вруће!
Чак 2500 канала, од којих сваки подржава 58 Гб/с, је огромна количина информација – грубо речено, затим 145 Тб/с. Поређења ради, сав интернет саобраћај у 2020 . Добре вести за оне који су забринути због суштински ниске пропусности сателитског интернета. Ако констелација од 30 сателита постане оперативна до 000. године, глобални интернет саобраћај ће потенцијално износити 2026 Тб/сец. Ако би половину овог капацитета испоручило ~800 сателита преко густо насељених подручја у било ком тренутку, онда би вршна пропусност по сателиту била приближно 500 Гбпс, што је 800 пута више од наших првобитних основних прорачуна, тј. прилив финансија се потенцијално повећава 10 пута.
За сателит у орбити од 330 километара, сноп од 0,01 радијана покрива површину од 10 квадратних километара. У посебно густо насељеним подручјима попут Менхетна, у овој области живи и до 300 људи. Шта ако сви почну да гледају Нетфлик одједном (000 Мбпс у ХД квалитету)? Укупни захтев за подацима биће 7 ГБ/сец, што је приближно 2000 пута више од тренутног строгог ограничења које намеће ФПГА серијски интерфејс. Постоје два излаза из ове ситуације, од којих је само један физички могућ.
Први је да се више сателита стави у орбиту тако да у сваком тренутку више од 35 виси над областима велике потражње. Ако поново узмемо 1 стерадијан за прихватљиву адресабилну област неба и просечну орбиталну висину од 400 км, добићемо густину груписања од 0,0002 / ск. км, или 100 000 укупно - ако су равномерно распоређени по целу површину земаљске кугле. Подсетимо се да одабране орбите СпацеКс-а драматично повећавају покривеност густо насељених области унутар 20-40 степени северне географске ширине, а сада број од 30 сателита делује магично.
Друга идеја је много хладнија, али, нажалост, неостварива. Подсетимо се да је ширина снопа одређена ширином фазне антене. Шта ако вишеструки низови на више сателита комбинују снагу да би створили ужи сноп - баш као овакви радио телескопи (веома велики антенски систем)? Овај метод долази са једном компликацијом: основа између сателита мораће да се пажљиво израчуна — са субмилиметарском тачношћу — да би се стабилизовала фаза зрака. Чак и да је то могуће, мало је вероватно да би резултирајући сноп садржао бочне режњеве, због мале густине сателитске констелације на небу. На тлу, ширина снопа би се сузила на неколико милиметара (довољно за праћење антене мобилног телефона), али би их било на милионе због слабог средњег нулирања. Хвала вам .
Испоставило се да раздвајање канала угаоном диверзитетом – на крају крајева, сателити су распоређени по небу – обезбеђује адекватна побољшања пропусности без кршења закона физике.
Апликација
Шта је Старлинк кориснички профил? Подразумевано, то су стотине милиона корисника са антенама величине кутија за пицу на крововима, али постоје и други извори високих прихода.
У удаљеним и руралним областима, земаљским станицама нису потребне фазне антене да би максимизирале ширину снопа, тако да су могући мањи претплатнички уређаји, од ИоТ уређаја за праћење имовине до ручних сателитских телефона, сигналних сигнала за хитне случајеве или научних инструмената за праћење животиња.
У густим урбаним срединама, Старлинк ће обезбедити примарни и резервни бацкхаул ћелијској мрежи. Свака ћелијска кула би могла да има земаљску станицу високих перформанси на врху, али користи земаљске изворе напајања за појачање и пренос последње миље.
Коначно, чак и у загушеним областима током почетног увођења, могуће су апликације за сателите у ниској орбити са изузетно малим кашњењем. Саме финансијске компаније стављају много новца у ваше руке – само да бисте бар мало брже добили виталне податке из свих крајева света. И иако подаци преко Старлинк-а имају дуже путовање него обично – кроз свемир – брзина ширења светлости у вакууму је 50% већа него у кварцном стаклу, а то више него надокнађује разлику при преносу на веће удаљености.
Негативне последице
Последњи део се бави негативним последицама. Сврха чланка је да вас очисти од свих погрешних схватања о пројекту, а потенцијалне негативне последице контроверзе су највише забрињавајуће. Даћу неке информације, уздржавајући се од непотребног тумачења. Још увек нисам видовит и немам инсајдере из СпацеКс-а.
По мом мишљењу, најозбиљније последице долазе од повећаног приступа Интернету. Чак иу мом родном граду Пасадени, живописном и технолошки добром граду од преко милион људи који је дом неколико опсерваторија, универзитета светске класе и великог НАСА објекта, избори када су у питању интернет услуге су ограничени. Широм САД и остатка света, Интернет је постао јавни сервис који тражи ренту, а ИСП-ови само покушавају да зараде својих 50 милиона долара месечно у пријатном, неконкурентном окружењу. Можда је свака услуга која се пружа становима и стамбеним зградама комунална услуга, али квалитет интернет услуга је мање једнак од воде, струје или гаса.
Проблем са статусом кво је у томе што је, за разлику од воде, струје или гаса, интернет још увек млад и брзо расте. Стално му налазимо нове намене. Најреволуционарније ствари тек треба да се открију, али пакет планови гуше могућност конкуренције и иновација. Милијарде људи су остављене због околности рођења, или зато што је њихова земља предалеко од трасе подморског кабла. Интернет се и даље доставља великим регионима планете геостационарним сателитима, по изнуђивачким ценама.
Старлинк, који непрекидно дистрибуира интернет са неба, крши овај модел. Још не знам за бољи начин да повежем милијарде људи на Интернет. СпацеКс је на путу да постане провајдер Интернет услуга и, потенцијално, интернет компанија која може да парира Гуглу и Фејсбуку. Кладим се да ниси размишљао о овоме.
Није очигледно да је сателитски Интернет најбоља опција. СпацеКс и само СпацеКс су у позицији да брзо створе опсежну констелацију сателита, јер је само он провео деценију разбијајући владино-војни монопол на лансирање свемирских летелица. Чак и када би Иридијум десетоструко надмашио мобилне телефоне на тржишту, и даље не би постигао широко усвајање користећи традиционалне лансирне рампе. Без СпацеКс-а и његовог јединственог пословног модела, велике су шансе да се глобални сателитски интернет једноставно никада не би догодио.
Други велики ударац биће астрономији. Након лансирања првих 60 Старлинк сателита, уследио је талас критика међународне астрономске заједнице, рекавши да ће вишеструко повећан број сателита блокирати њихов приступ ноћном небу. Постоји изрека: међу астрономима је најхладнији онај са највећим телескопом. Без претеривања, бављење астрономијом у модерној ери је застрашујући задатак, који подсећа на сталну борбу за побољшање квалитета анализе у позадини све већег светлосног загађења и других извора буке.
Последња ствар која је астроному потребна су хиљаде светлих сателита који трепере у фокусу телескопа. Заиста, прво сазвежђе Иридијума стекло је озлоглашеност по томе што је производило „бљесак“ због великих панела који су рефлектовали сунчеву светлост на мала подручја Земље. Дешавало се да достижу сјај четвртине Месеца и понекад чак случајно оштете осетљиве астрономске сензоре. Страховања да ће Старлинк упасти у радио-опсеге који се користе у радио астрономији такође нису неосновани.
Ако преузмете апликацију за сателитско праћење, можете видети десетине сателита како лете на небу у ведро вече. Сателити су видљиви након заласка сунца и пре зоре, али само када су обасјани сунчевим зрацима. Касније током ноћи, сателити су невидљиви у Земљиној сенци. Сићушни, изузетно удаљени, крећу се веома брзо. Постоји шанса да ће замаглити удаљену звезду за мање од милисекунди, али мислим да ће чак и откривање овога бити хемороид.
Јака забринутост за осветљење неба настала је из чињенице да је слој сателита првог лансирања изграђен близу Земљиног терминатора, тј. Из ноћи у ноћ, Европа је – а било је лето – посматрала епску слику сателита који лете небом у вечерњем сумраку. Даље, симулације засноване на извештајима ФЦЦ-а показале су да ће сателити у орбити од 1150 км бити видљиви чак и након што прође астрономски сумрак. Генерално, сумрак пролази кроз три стадијума: грађански, поморски и астрономски, тј. када је сунце 6, 12 и 18 степени испод хоризонта, респективно. На крају астрономског сумрака, сунчеви зраци су отприлике 650 км од површине у зениту, далеко изван атмосфере и већег дела ниске Земљине орбите. На основу података из , верујем да ће сви сателити бити постављени на висини испод 600 км. У овом случају, они би били видљиви у сумрак, али не после ноћи, што би у великој мери смањило потенцијални утицај на астрономију.
Трећи проблем су крхотине у орбити. ИН Истакао сам да ће сателити и остаци испод 600 км испасти из орбите у року од неколико година - због атмосферског отпора, што ће у великој мери смањити могућност Кеслеровог синдрома. СпацеКс се петља са прљавштином као да их уопште није брига за свемирско смеће. Овде гледам детаље имплементације Старлинк-а и тешко ми је да замислим бољи начин да смањим количину отпада у орбити.
Сателити се лансирају на висину од 350 км, а затим, користећи уграђене моторе, одлете у предвиђену орбиту. Сваки сателит који умре током лансирања биће ван орбите у року од неколико недеља и неће кружити негде другде више у наредних хиљаду година. Овај пласман стратешки укључује тестирање за слободан улаз. Даље, сателити Старлинк су равни у попречном пресеку, што значи да када изгубе контролу над висином, улазе у густе слојеве атмосфере.
Мало људи зна да је СпацеКс постао пионир у астронаутици користећи алтернативне типове монтаже уместо скуибс-а. Скоро све лансирне локације користе скуибове када постављају степенице, сателите, облоге, итд., итд., чиме се повећава потенцијална количина крхотина. СпацеКс такође намерно уклања горње степенице из орбите, спречавајући их да заувек висе у свемиру, тако да се не покваре и распадну у суровом свемирском окружењу.
Коначно, последње питање које бих желео да поменем је шанса да ће СпацеКс истиснути постојећи интернет монопол стварањем сопственог. У својој ниши, СпацеКс већ монополизује лансирања. Само жеља ривалских влада да добију загарантован приступ свемиру спречава да скупе и застареле ракете, које често склапају велики монополистички одбрамбени извођачи, буду расходоване.
Није тако тешко замислити да СпацеКс лансира 2030 својих сателита годишње 6000. године, плус неколико шпијунских сателита за стара времена. Јефтини и поуздани сателити СпацеКс ће продавати „простор у регалу“ за уређаје трећих страна. Сваки универзитет који може да направи камеру која се користи у свемиру моћи ће да је лансира у орбиту без потребе да сноси трошкове изградње целе свемирске платформе. Са тако напредним и неограниченим приступом свемиру, Старлинк је већ повезан са сателитима, док историјски произвођачи постају ствар прошлости.
Историја садржи примере напредних компанија које су заузеле тако огромну нишу на тржишту да су њихова имена постала позната: Хоовер, Вестингхоусе, Клеенек, Гоогле, Фрисбее, Ксерок, Кодак, Моторола, ИБМ.
Проблем може настати када се пионирска компанија упусти у антиконкурентске праксе како би одржала свој тржишни удео, иако је то често било дозвољено још од председника Регана. СпацеКс би могао да задржи свој монопол Старлинк, приморавајући друге програмере сателитских констелација да лансирају сателите на старинске совјетске ракете. Предузете су сличне радње , заједно са фиксирањем цена за транспорт поште, довела је до колапса 1934. године. Срећом, мало је вероватно да ће СпацеКс заувек задржати апсолутни монопол на ракете за вишекратну употребу.
Још више забрињава то што би СпацеКс-ово распоређивање десетина хиљада сателита у ниској орбити могло бити дизајнирано као кооптација заједничког добра. Приватна компанија, желећи личну корист, преузима трајно власништво над некада јавно доступним и незаузетим орбиталним позицијама. И док су СпацеКс-ове иновације омогућиле да се заиста заради новац у вакууму, велики део интелектуалног капитала СпацеКс-а је изграђен са милијардама долара у буџетима за истраживање.
С једне стране, потребни су нам закони који ће заштитити приватна улагања, фондове за истраживање и развој. Без ове заштите, иноватори неће моћи да финансирају амбициозне пројекте или ће преселити своје компаније на места где ће им таква заштита бити пружена. У сваком случају, пати јавност јер се не остварује профит. С друге стране, потребни су нам закони који ће заштитити људе, номиналне власнике заједничких добара укључујући и небо, од приватних ентитета који траже ренту и анектирају јавна добра. Само по себи, ни једно ни друго није истинито или чак могуће. Развој компаније СпацеКс нуди шансу да се пронађе средњи пут на овом новом тржишту. Схватићемо да је то откривено када максимизирамо учесталост иновација и стварања друштвеног благостања.
Последње мисли
Написао сам овај чланак одмах након што сам завршио други - . Била је топла недеља. И Старсхип и Старлинк су револуционарне технологије које се стварају пред нашим очима, у нашим животима. Ако гледам своје унуке како расту, више ће се зачудити што сам ја старији од Старлинка, него што кад сам био дете није постојао мобилни телефон (музејски експонати) нити сам јавни интернет.
Богати и војска већ дуго користе сателитски интернет, али свеприсутан, уобичајен и јефтин Старлинк без Старсхипа је једноставно немогућ.
Дуго су причали о лансирању, али Старсхип, веома јефтина и стога занимљива платформа, немогућа је без Старлинк-а.
О истраживању свемира са људском посадом се већ дуго прича, а ако... , онда имате зелено светло. Са Старсхип-ом и Старлинк-ом, истраживање људског свемира је достижна, блиска будућност, само на корак од орбиталне испоставе до индустријализованих градова у дубоком свемиру.
Извор: ввв.хабр.цом