En los últimos 3 años, en el mercado de comunicaciones satelitales establecido desde hace mucho tiempo, se puede observar un bombo decente alrededor de las constelaciones de hiperestrellas satelitales de órbita baja (DOE): sistemas de telecomunicaciones que consisten en miles de satélites, proyectos caros y ambiciosos. Me parece interesante profundizar en los detalles técnicos y económicos de estos proyectos y hablar sobre sus perspectivas.
Las comunicaciones por satélite de hoy y los últimos 30 años son principalmente satélites de relevo geoestacionarios ubicados, respectivamente, en una órbita geoestacionaria, donde el satélite es aproximadamente estacionario en relación con el observador terrestre y es equivalente a un relevador de radio convencional ubicado en una torre con una altura de 35,000 kilómetros. Además, un solo satélite es visible inmediatamente desde ~ 35% del área de la Tierra, y tres son suficientes para cubrir toda la superficie, excepto las regiones polares.
Los satélites de comunicación geoestacionarios de hoy son máquinas muy pesadas que pesan hasta 4 toneladas (en órbita de trabajo) que proporcionan canales de comunicación de hasta varios cientos de gigabits de ancho. Esta apariencia de estos satélites se ha desarrollado, por un lado, a partir del área de cobertura gigantesca de la señal de radio del satélite (¿cuántas torres de radio pueden presumir de acceso a 5 mil millones de clientes potenciales?), Y, por otro lado, el peso del equipo que puede exprimir el ancho de banda máximo del espectro de radio disponible.
Alineación de los patrones de antena del satélite geoestacionario Eutelsat 8 West B. Preste atención a las superficies "arrugadas" de los reflectores de antena: esto se hace específicamente para formar un patrón de radiación de contorno en la Tierra (por lo tanto, se requiere alineación) y no para llevar su radiación a los contornos de otros satélites OSG . La coordinación de las características espectrales espaciales es hoy una tarea muy difícil en proyectos satelitales, y los sistemas de órbita baja no son una excepción.Preste atención a las palabras "espectro de radio disponible". Las comunicaciones por satélite operan a frecuencias de 1.5 a 60 gigahercios, pero no hay muchos satélites disponibles en este amplio rango de radio. En primer lugar, en el rango de 1.5 a 10 GHz hay muchos consumidores terrestres del espectro radioeléctrico; un ejemplo típico es el wi-fi alrededor de los 2.4 y 5.5 GHz centrales. En segundo lugar, por encima de 20 GHz, la lluvia, el granizo y la nubosidad comienzan a afectar el funcionamiento del canal de radio. En tercer lugar, la banda disponible debe dividirse por al menos dos para organizar el canal Tierra-Satélite. Como resultado, los rangos de comunicación satelital utilizados activamente (denotados por las letras S, C, Ku, Ka) son solo de 6 GHz, por lo que existe una batalla mortal de muchos operadores.
Inicialmente, sin embargo, 6 GHz fue suficiente. Después de todo, hace 15 años, el contenido principal entregado a los suscriptores por los satélites de comunicación era la televisión, y la misma señal de radio podía transmitir contenido de televisión a decenas de millones de suscriptores a la vez. Sin embargo, con la llegada de la década de 2000, el mercado comenzó a inclinarse cada vez más hacia la comunicación bidireccional digital, donde la demanda de ancho de banda está creciendo linealmente con el número de suscriptores.
El montaje del satélite de navegación Galileo. De hecho, el ensamblaje de satélites modernos se reduce a la instalación manual de componentes del sistema satelital en paneles de energía y al rastreo manual de docenas de cables y tuberías que los conectan, así como a un gran volumen de pruebas funcionales del complejo resultante. A este respecto, los satélites se parecen más a equipos industriales de precisión que, por ejemplo, a los aviones.Los satélites OSG respondieron a un cambio en el mercado mediante la reutilización espacial de frecuencias: el satélite emite muchos haces relativamente estrechos en los que se encuentran las mismas frecuencias (según el principio de las redes celulares). Pero este cambio en las necesidades también ha desplazado la optimización de las máquinas GSO hacia otras soluciones.
Desde satélites OSG de alto vuelo, pasemos a los de órbita baja. La idea es reemplazar un satélite pesado casi estacionario con un enjambre de vuelo en órbita baja. La idea es bastante obvia, pero hasta los años 90 no se usa, debido al equilibrio de pro y contra.
¿Cuáles son las ventajas de los satélites de órbita baja sobre los satélites OSG?
- La órbita baja es mucho más baja ... sí. De hecho, esto proporciona una reducción muy significativa en las pérdidas de energía en el canal de radio (hasta 4 órdenes de magnitud), lo que permite el uso de pequeñas antenas y transmisores de baja potencia, tanto en tierra como en el satélite.
- Una órbita baja también significa un retraso de señal baja: la pausa en las respuestas del interlocutor cuando la telefonía a través de GSO es bastante notable (ping 250 ms en un sentido)
- La estructura de "muchos satélites" le permite reutilizar el recurso de frecuencia en cada uno (simplificando ligeramente la situación), y en teoría obtener un rendimiento general mucho mayor en el mismo espectro y servir a muchos más suscriptores.
Pero el negocio no se limita a solo ventajas, está claro:
- Un sistema de órbita baja implica el mantenimiento de una gran constelación de satélites y una multitud de estaciones terrestres para interactuar con las redes de comunicación; en general, los gastos de capital para despliegues son mucho mayores.
- Los satélites se mueven sobre las cabezas de los suscriptores, lo que significa que debe usar antenas omnidireccionales o sistemas de seguimiento muy avanzados, lo que elimina casi por completo la ventaja de la buena energía.
- Para proporcionar en realidad, y no en papel, se necesitaba un gran ancho de banda del sistema con reutilización múltiple del espectro, satélites extremadamente sofisticados con sistemas de antena desarrollados, interruptores digitales de alta velocidad, comunicaciones entre satélites de alta velocidad con seguimiento, nada de esto existía en su forma completa a principios de la década de 1990.
A pesar del equilibrio obvio de los pros y los contras, varios operadores se apresuraron a darse cuenta de la nueva idea de las comunicaciones por satélite en la década de 1990. El proyecto más famoso de aquellos tiempos se llamaba
Teledesic y significaba 840 dispositivos en órbita con una altitud de 700 km con la tarea de entregar Internet a los suscriptores terrestres. Teledesic recaudó alrededor de mil millones de dólares, pero no tuvo éxito. Desde la concepción del proyecto en 1990 hasta el lanzamiento del primer satélite experimental en 1998, los operadores terrestres lograron ganar una parte significativa del mercado al que apuntaba Teledesic, los modelos financieros mostraron una recuperación de costos de $ 9 mil millones (~ 20 mil millones en dólares de hoy), por lo que el proyecto se declaró en quiebra antes antes del despliegue
Simulación de la constelación satelital de Teledesic (en una versión reducida a 288 dispositivos). Se puede ver que con una disposición uniforme de la constelación en las órbitas circumpolares con latitud creciente, se produce una superposición múltiple de las áreas de trabajo de los satélites. Este no es un problema tan simple, como parece, y requiere desconectar parte de los satélites del trabajo en latitudes superiores a 45 o tener muchos equipos sofisticados a bordo del satélite para reconfigurar las áreas de trabajo cuando los satélites se acercan a los polos.Teledesic rápidamente consiguió dos rivales: los proyectos Iridium y Globalstar, que se centraron en el mercado de teléfonos satelitales más familiar, que generalmente era casi inaccesible para los operadores de OSG (la telefonía directamente desde la estación geoestacionaria requería una antena grande en el suelo o una antena increíblemente grande en satélite)
El proyecto Iridium tuvo cobertura global debido a una constelación de 72 satélites (6x11 aviones + reserva de 1 satélite por avión) en órbitas de 700 km. Cada satélite pesaba 680 kg, pero poseía capacidades bastante modestas según los estándares actuales para trabajar simultáneamente con solo ~ 1,500 suscriptores. Las órbitas de los satélites tenían una altura promedio de 780 km para los grupos NOO.
Satélite Iridium de primera generación. Tres antenas de suscriptor de 48 haces a los lados del satélite nos dieron el fenómeno de las " erupciones de Iridium ". Basado en el satélite, son visibles 5 antenas rotativas de banda Ka, que proporcionan comunicaciones entre satélites y comunicación con teletransportadores terrestres.Los satélites Iridium habían desarrollado equipos de comunicación entre satélites, que permitían enrutar llamadas a estaciones de comunicación terrestres o una red de abonado por satélite. Este equipo, en general, determinó el peso de los satélites.
Casi inmediatamente después del despliegue del grupo, la compañía se declaró en quiebra, y solo los expertos lo sabrían si no fuera por el Pentágono, que decidió que el sistema era muy útil para fines militares: el irridio en bancarrota fue comprado por contratistas del Pentágono que comenzaron a operar el sistema por dinero del ejército, cancelando parte costos de capital.
El competidor de Iridium era Globalstar, un sistema implementado un año después, creado inicialmente de acuerdo con cánones más económicos. Solo había 48 satélites, con un peso de 550 kg, con una altura de órbita de 1.400 km, distribuidos en 6 piezas en 8 planos. Tal cantidad de vehículos en tales órbitas no permitieron cubrir toda la superficie de la Tierra, y la comunicación funcionó solo hasta ~ 70 latitudes. Sin embargo, Globastar solo podía funcionar como repetidor desde el suscriptor a la puerta de enlace terrestre, por lo que su uso en el Polo Norte sería de poca utilidad.
Constelación "Globalstar". La decisión de dejar fuera de servicio a las regiones polares, por un lado, ahorró mucho dinero, por el otro (privó a globalstar de sus clientes que trabajan, investigan y viajan cerca de los polos). Cabe señalar que una parte bastante importante de todos los clientes de telefonía satelital.
Los satélites Globastar están instalados en el dispensador para orbitar. Extrañas piezas negras y naranjas son las antenas de recepción y transmisión de los canales Subscriber-Sputnik y Teleport-Sputnik.Un modelo menos costoso permitió a Globalstar durar más, aunque al final se declaró en bancarrota.
Finalmente, en la década de 1990, se crearon 2 grupos más de órbita baja (NOO), probablemente poco conocidos: el "Mensajero" nacional y la Orbcomm estadounidense. El "mensajero" surgió de los sistemas satelitales de espionaje militar e implicaba la posibilidad de transmitir pequeños paquetes de datos o mensajes de voz sin conexión (es decir, los satélites se usaban como buzones de correo voladores). De hecho, esta es una simplificación adicional de Globastar, y para ser honesto, nunca he escuchado en mi vida sobre el uso de este sistema con fines comerciales.
Orbcomm implementó esencialmente el mismo enfoque de "buzón de correo satelital sin conexión", y en 1998 implementó 36 satélites para proporcionar servicios M2M (recopilación de datos de equipos remotos). Al igual que todas las otras compañías, Orbcomm se declaró en bancarrota, pero debido a las inversiones inicialmente mínimas en el sistema (sin teletransportadores terrestres, los satélites más ligeros, los bajos requisitos de continuidad de cobertura, etc.), la compañía se enderezó y todavía está viva hoy con otros 3 proyectos mencionados anteriormente.
El proyecto Orbcomm fue uno de los primeros en aprovechar la reducción en el tamaño de la electrónica y los satélites en general, utilizando dispositivos que pesan solo 40 kg para su funcionamiento.
Por lo tanto, la triste experiencia de la década de 1990 llevó a la conclusión de que los grupos de comunicación NOU son posibles, pero económicamente poco sólidos. En los próximos 10 años, los inversores huyeron de nuevas propuestas sobre este tema, como el infierno. Sin embargo, todas las cosas malas se olvidan rápidamente, y ahora, a principios de la década de 2010, el mundo vio un nuevo aumento de "orbitales bajos" en busca de inversiones.
Este amanecer está respaldado por algunas declaraciones lógicas. En primer lugar, Internet de un divertido artilugio sin fines de lucro en la década de 1990 se convirtió en uno de los canales de consumo más potentes y es muy popular en todas partes, pero al mismo tiempo todavía hay lugares donde los operadores terrestres no alcanzaron su óptica. En segundo lugar, el desarrollo de equipos tanto de satélite como de telecomunicaciones desde la década de 1990 ha ido bastante lejos, y las tareas de crear un campo de trabajo dinámico de haz múltiple satelital a tierra, enrutamiento de datos, comunicaciones láser entre satélites de alta velocidad ahora se pueden resolver en una nave espacial de 150-200 kg. 1000 kg hace 20 años.
Finalmente, el equipo de suscriptor en tierra también ha hecho un gran progreso en sus capacidades. En la década de 1990, era una locura ofrecer equipos AFAR (antenas de matriz en fase activa) a los suscriptores, lo que permitiría rastrear los satélites en el cielo con el haz principal de la antena receptora. No había tecnologías para producir tales antenas por al menos algo de dinero razonable. Las antenas con un accionamiento mecánico de dos etapas tampoco son baratas ni adecuadas para soluciones en masa, pero mientras tanto, la radio física de los canales de banda ancha requiere antenas con buena amplificación (es decir, direccionales).
Hoy en día, las soluciones de comunicaciones satelitales que utilizan AFAR con un haz dinámico están penetrando gradualmente en el mercado de comunicaciones satelitales, hasta ahora principalmente para proporcionar Internet a barcos y aeronaves, y en un futuro no muy lejano tales antenas pueden generalizarse.
Antenas AFAR para el sistema O3b (sobre esto a continuación), instaladas en aviones y barcos. Debido a los giroscopios GPS y MEMS, la antena conoce su posición en el espacio y forma un haz de máxima ganancia, dirigido precisamente al satélite, compensando el movimiento y el balanceo del equipo.La primera señal de una nueva ronda de desarrollo de constelaciones de satélites de telecomunicaciones fue el proyecto O3b, que comenzó en 2007. Este proyecto no es como los demás, pero sin mencionar que estaría mal. Lanzado en un momento en que el dolor de las pérdidas financieras en Iridium y Globalstar aún no se había olvidado, el proyecto no se centró en los usuarios finales, sino en la entrega de Internet a a) cruceros b) pequeñas islas c) aviones, todo esto en una zona relativamente ecuatorial, hasta 45 latitud. La constelación de 8 satélites al principio y 16 en configuración completa gira en la misma órbita a 8100 km sobre la superficie, es decir. aproximadamente ¼ de altitud desde la órbita geoestacionaria. Cada satélite tiene 12 antenas con control de dos etapas, y puede crear 10 haces de cliente con un diámetro de aproximadamente 700 km y un ancho de banda de 1.6 Gbit por haz. Las 2 antenas restantes miran los puntos de interfaz con la red global (los señalizadores llaman a estos puntos teletransportadores).
Satélite O3b con un peso de 700 kg.
Satélites O3b en el dispensador. Son visibles 12 juegos de radio ópticas con unidades de dos etapas para organizar los haces del cliente.El proyecto recaudó con éxito dinero para el lanzamiento, y en marzo de 2019 completó el despliegue de una constelación completa de 16 satélites, gastando un modesto ~ $ 1.5 mil millones en implementación.
El principio de construir la agrupación O3b. Gran solución de nicho, aparentemente.Curiosamente, el ideólogo y creador de O3b fue un hombre llamado Greg Wyler, quien posteriormente lanzó un proyecto satelital completamente nuevo, que marcó el comienzo de un boom en los hipergrupos. Bienvenida, un sistema de 1600 satélites "OneWeb".
Fundada en 2012 (bajo el nombre de WorldVu), la compañía preveía el lanzamiento de más de 2,000 satélites (el número cambia con el tiempo) en órbita terrestre baja. El número de satélites necesarios WordVu es sorprendente: es comparable a todos los demás satélites activos en órbita de la Tierra.
Y el asunto no es solo en el número como tal. Cuando intentas ensamblar y lanzar rápidamente 2.000 satélites, surgirá una increíble cantidad de dificultad. Hasta la fecha, los satélites se ensamblan como un reloj suizo: es un trabajo manual de joyería con una increíble cantidad de control y "chips", de modo que, Dios no lo quiera, deje orgánicos para el aislamiento térmico o dañe la electrónica por descarga estática. El espacio es cruel. Por lo tanto, se propone transmitir no solo el ensamblaje de satélites, sino también los muchos componentes necesarios de calidad espacial (electrónica, conectores,
motores químicos y
electroreactivos, etc.).
El satélite OneWeb, cuyo contrato de producción recibió Airbus, implementa capacidades de Teledesic con seis veces menos peso y tres veces menos precio.Sin embargo, un plan tan ambicioso tiene lógica. Suponga que decide crear un sistema que distribuya Internet de solo un centenar de dispositivos, y no 2000. Entonces se encontrará con el hecho de que el ancho de banda limitado de cada uno inevitablemente representará varios millones de kilómetros cuadrados. Y si en los océanos con yates de clientes raros esto es simplemente genial, entonces en países densamente poblados, por el contrario. Habrá 2 satélites en cada uno de sus sistemas de 100 satélites en China, Europa, todo el sudeste de Asia y hasta 3 en América del Sur. ¿A cuántos clientes puede servir ese grupo? No ¿Es esto suficiente para pagar? No tampoco. Es necesario aumentar el número de satélites. Si elimina los satélites 2000-4000 y crea un patrón de haz de satélite para suscriptores comparable a las primeras redes GSM por la cantidad de celdas, los modelos comerciales crecen juntos, e incluso, por ejemplo, los suburbios de las áreas metropolitanas de Estados Unidos son lugares bastante adecuados para encontrar una clientela.
Sin embargo, el problema es que los modelos financieros son maravillosos, pero la rentabilidad real y la demanda de estos proyectos espaciales solo se pueden entender mediante la implementación de una red. Pero se necesitan gastar muchos miles de millones de dólares en la implementación, y cuantos más satélites se esperen en una red completa, más billones se necesitan.
Video publicitario de OneWeb, donde los marcos de ensamblaje del primer lote de satélites también parpadean. Todavía no es posible decir que la tecnología de ensamblaje del transportador es visible en alguna parte, aunque parte de las operaciones está mecanizada.Ahora OneWeb (comprado por Intelsat, el mayor operador de la OSG) está tratando de caminar por un camino estrecho entre los abismos del ancho de banda de red insuficiente y las inversiones iniciales demasiado grandes que los inversores no pueden encontrar. Y aunque este camino parece complicado, no hace mucho tiempo el proyecto decidió reducir el número total de satélites desplegados a 1600, y la etapa inicial de 900 a 600 satélites. ( ), . .
6 OneWeb 2018 -2.1 . , 2021 ., OneWeb , ( 3 , 600 ), : SpaceX Starlink Amazon Kuiper Telesat Leo LeoSat (LEO = low earth orbit, ).
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Starlink , OneWeb, , .. ., Starlink . ( .. ), 60 ( 6 OneWeb, ) .
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Starlink 1584 .— Amazon, 3236 Kuiper. , “ 3 ” ( , 3 ). - . , Kuiper .
OneWeb, Starlink, Kuiper Boeing Samsung, .
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