هذا المقال من سلسلة حول التكنولوجيا التعليمية في تكنولوجيا الفضاء .
تمثل خطة Starlink - SpaceX لتوزيع الإنترنت عبر عشرات الآلاف من الأقمار الصناعية الموضوع الرئيسي في الصحافة الفضائية. يتم نشر مقالات حول آخر الإنجازات أسبوعيًا. إذا كان المخطط واضحًا بشكل عام ، ولكن بعد قراءة التقارير في لجنة الاتصالات الفيدرالية ، يمكن للشخص الذي لديه دوافع جيدة (على سبيل المثال ، خادمك المتواضع) أن يحفر الكثير من التفاصيل. ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من المفاهيم الخاطئة المرتبطة بهذه التكنولوجيا الجديدة ، حتى بين المراقبين المستنير. غالبًا ما توجد مقالات تقارن فيها Starlink مع OneWeb و Kuiper (من بين آخرين) كما لو كانت تتنافس على قدم المساواة. يصرخ مؤلفون آخرون ، منشغلون بوضوح بخير الكوكب ، حول حطام الفضاء ، وقانون الفضاء ، ومعايير وسلامة علم الفلك. آمل أنه بعد قراءة هذا المقال الطويل ، سيتفهم القارئ فكرة ستارلينك ويضيفها إليها.
المقال السابق لمست بشكل غير متوقع خيط حساس في أرواح القراء القليلة. في ذلك ، أوضحت كيف ستقود المركبة الفضائية SpaceX إلى المقدمة لفترة طويلة وتوفر في الوقت نفسه آلية لاستكشاف الفضاء الجديد. النص الفرعي هو أن صناعة الأقمار الصناعية التقليدية غير قادرة على مواكبة SpaceX ، التي تعمل باستمرار على بناء القدرات وتقليل تكلفة عائلة صاروخ Falcon ، مما يضع SpaceX في مأزق. من ناحية ، شكلت قيمة سوقية ، في أحسن الأحوال ، عدة مليارات في السنة. من ناحية أخرى ، أثارت شهية لا تضاهى للحصول على المال - لبناء صاروخ ضخم ، ومع ذلك ، لم يكن هناك أحد تقريبا لإرساله إلى المريخ ، ولم يكن هناك سبب لانتظار الربح الفوري.
الحل لمشكلة الاقتران هو Starlink. من خلال تجميع وإطلاق أقمارها الصناعية الخاصة ، سيكون SpaceX قادرًا على إنشاء وتحديد سوق جديد للوصول عالي الكفاءة والديمقراطية إلى الاتصالات عبر الفضاء ، وتوفير تدفق مالي لبناء صاروخ قبل أن يغرق الشركة ، ويزيد من قيمتها الاقتصادية إلى تريليونات. لا تقلل من شأن طموحات إيلون. في المجموع ، لا توجد العديد من الصناعات التي تدور فيها تريليونات الدولارات: الطاقة ، النقل عالي السرعة ، الاتصالات ، تكنولوجيا المعلومات ، الرعاية الصحية ، الزراعة ، الحكومة ، الدفاع. على الرغم من المفاهيم الخاطئة الشائعة ، فإن الحفر في الفضاء ، وإنتاج مياه القمر ، والألواح الشمسية الفضائية ، ليست شركات قابلة للحياة. قام Ilon بغزو قطاع الطاقة من خلال Tesla ، ولكن الاتصالات السلكية واللاسلكية فقط هي التي ستوفر سوقًا موثوقًا وواسعًا للأقمار الصناعية وإطلاق الصواريخ.
لأول مرة ، حول إيلون موسك نظرته نحو الفضاء ، عندما أراد استثمار 80 مليون دولار في مهمة لزراعة النباتات في مسبار المريخ دون أن يترك أثرا. من المحتمل أن يكلف بناء مدينة على كوكب المريخ 100000 مرة ، لذا فإن Starlink هو الرهان الرئيسي لشركة Musk على توفير الكثير من الأموال اللازمة لرعاية مدينة مستقلة على سطح المريخ .
من اجل ماذا؟
كنت أخطط لهذا المقال منذ فترة طويلة ، لكن في الأسبوع الماضي فقط ، كانت لدي صورة كاملة. بعد ذلك ، أجرى رئيس SpaceX جوين شوتويل مقابلة رائعة مع روب بارون ، والتي أبرزها بعد ذلك لقناة سي إن بي سي على مايكل شيتز ، وهو موضوع ممتاز على تويتر ، والتي تم تخصيص العديد من المقالات لها . أظهرت هذه المقابلة فرقًا كبيرًا في أساليب الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بين SpaceX وأي شخص آخر.
وُلد مفهوم Starlink في عام 2012 ، عندما أدرك SpaceX أن عملائها - وخاصة مزودي خدمة الأقمار الصناعية - لديهم مبالغ ضخمة. تقوم منصات الإطلاق بتفكيك أسعار نشر الأقمار الصناعية ، وفي الوقت نفسه ، تفوت مرحلة واحدة من العمل - كيف ذلك؟ يحلم إيلون بإنشاء كوكبة ساتلية للإنترنت ، وغير قادر على مقاومة المهمة شبه المستحيلة ، نسج العملية. لم يكن تطوير Starlink بدون صعوبات ، ولكن بنهاية هذا المقال ، ربما تفاجئ أنت يا قاريء بمدى صعوبة هذه الصعوبات - بالنظر إلى نطاق الفكرة.
هل مثل هذا التجمع الضخم ضروري للإنترنت على الإطلاق؟ ولماذا الان
في ذاكرتي فقط ، تحول الإنترنت من التدليل الأكاديمي البحت إلى البنية التحتية الأولى والثورية فقط. هذا ليس موضوعًا ينبغي تخصيص مقال تفصيلي له ، لكنني سأفترض أن الحاجة إلى الإنترنت والدخل الذي تجلبه عالميًا ستستمر في النمو بنحو 25٪ سنويًا.
اليوم ، جميعنا تقريبا يحصلون على الإنترنت من عدد صغير من الاحتكارات المعزولة جغرافيا. في الولايات المتحدة الأمريكية ، قسمت AT&T و Time Warner و Comcast وحفنة من اللاعبين الصغار المنطقة لتجنب المنافسة ، وتمزيق الخدمات في ثلاثة أشكال من الجلد والاستمتاع بأشعة الكراهية العالمية تقريبًا.
للسلوك غير التنافسي ، لدى مقدمي الخدمة سبب وجيه - بالإضافة إلى جشع المستهلك. بناء البنية التحتية للإنترنت - أبراج خلايا الميكروويف وبصريات الألياف - مكلف للغاية. من السهل أن تنسى الطبيعة الرائعة للإنترنت. ذهبت جدتي لأول مرة إلى العمل في الحرب العالمية الثانية كإشارة ، ثم تنافس التلغراف على دور استراتيجي رائد مع الحمام الناقل! بالنسبة لمعظمنا ، فإن الطريق السريع للمعلومات هو شيء سريع الزوال ، غير ملموس ، لكن البتات تنتقل عبر العالم المادي ، الذي له حدود ، أنهار ، جبال ، محيطات ، عواصف ، كوارث طبيعية وعقبات أخرى. في عام 1996 ، عندما تم وضع أول خط للألياف البصرية عبر قاع المحيط ، كتب نيل ستيفنسون مقالة شاملة عن السياحة الإلكترونية . من خلال أسلوبه الحاد في التوقيع ، يصف بوضوح التكلفة الشديدة والتعقيد في وضع هذه الخطوط ، والتي يتم ارتداؤها لاحقًا في "الأكواخ" اللعينة. بالنسبة لمعظم سنوات 2000 ، تم سحب الكابلات إلى حد أن تكلفة النشر كانت مذهلة.
في وقت واحد ، عملت في مختبر بصري و (إذا كانت الذاكرة تعمل) ، فقد حطمنا الرقم القياسي في ذلك الوقت من خلال إصدار سرعة إرسال متعدد الإرسال تبلغ 500 جيجابت / ثانية. سمحت القيود الإلكترونية بتحميل كل الألياف بنسبة 0.1٪ من الإنتاجية النظرية. بعد مرور خمسة عشر عامًا ، نحن على استعداد لتجاوز العتبة: إذا تجاوز نقل البيانات ذلك ، فسوف تذوب الألياف ، ونحن بالفعل قريبون جدًا من ذلك.
لكن من الضروري رفع دفق البيانات فوق الأرض الخاطئة - إلى الفضاء ، حيث يطير القمر الصناعي بحرية خلال خمس سنوات حول "الكرة" 30،000 مرة. حل واضح - على ما يبدو - فلماذا لم يأخذه أحد من قبل؟
أصبحت كوكبة الأقمار الصناعية Iridium ، التي طورتها ونشرتها موتورولا في أوائل التسعينيات (لا تزال تتذكرها؟) ، أول شبكة اتصالات عالمية تدور حول مدار منخفض (كما أنه من المغري أن تصف في هذا الكتاب ). بحلول الوقت الذي تم نشره ، تبين أن القدرة المتخصصة على توجيه حزم صغيرة من البيانات من متتبعي الأصول كانت هي الاستخدام الوحيد: أصبحت الهواتف المحمولة رخيصة جدًا لدرجة أن هواتف الأقمار الصناعية لم تتوقف مطلقًا. كان للإيريديوم 66 قمرا صناعيا (بالإضافة إلى عدد قليل من الأقمار الصناعية الإضافية) في 6 مدارات - وهو الحد الأدنى المحدد لتغطية الكوكب بأكمله.
إذا كان للإيريديوم 66 قمرا صناعيا ، فلماذا SpaceX عشرات الآلاف؟ كيف هي مختلفة جدا؟
دخلت SpaceX هذا العمل من الطرف الآخر - لقد بدأ مع الإطلاقات. أصبحت رائدة في مجال الحفاظ على مركبة الإطلاق وبالتالي استحوذت على السوق لمنصات الإطلاق الرخيصة. إن محاولات مقاطعة عرضهم بسعر أقل لن تجلب الكثير من المال ، وبالتالي فإن الطريقة الوحيدة للتغلب بطريقة ما على طاقتها الفائضة هي أن تصبح عميلاً لهم. تكلفة SpaceX لإطلاق أقمارها الصناعية هي عُشر تكلفة الإريديوم (لكل 1 كجم) ، وبالتالي فهي قادرة على دخول سوق أوسع بكثير.
سيوفر لك وصول Starlink حول العالم وصولاً عالي الجودة إلى الإنترنت في أي مكان في العالم. لأول مرة ، لن يعتمد الوصول إلى الإنترنت على قرب بلد أو مدينة من خط الألياف ، ولكن على درجة نقاء السماء فوق رأسك. سيتمكن المستخدمون في جميع أنحاء العالم من الوصول إلى الإنترنت المجاني من أغلال الإنترنت العالمية ، بغض النظر عن بلدهم ، بدرجات متفاوتة من الاحتكارات الحكومية السيئة وغير الشريفة. تحفز قدرة ستارلينك على كسر هذه الاحتكارات على إجراء تغييرات إيجابية مدهشة ستجمع في النهاية مليارات البشر في مجتمع المستقبل الإلكتروني العالمي.
استطراد غنائي قليل: ماذا يعني هذا؟
بالنسبة للأشخاص الذين ينموون اليوم ، في عصر من التواصل في كل مكان ، فإن الإنترنت يشبه الهواء الذي نتنفسه. هو فقط هو. لكن هذا - إذا نسيت قوته المذهلة لإحداث تغييرات إيجابية - ونحن بالفعل في صميمها. بمساعدة الإنترنت ، يمكن للناس استدعاء قادتهم للمساءلة ، والتواصل مع أشخاص آخرين على الجانب الآخر من العالم ، ومشاركة أفكارهم ، وابتكار شيء جديد. الإنترنت يوحد البشرية. تاريخ التحديث هو تاريخ تطوير قدرات مشاركة البيانات. أولاً ، من خلال الخطب والشعر الملحمي. ثم - على خطاب يعطي صوتًا للموتى ، ويلجئون إلى الأحياء ؛ تتيح لك الكتابة تخزين البيانات وتجعل التواصل غير المتزامن ممكنًا. وضعت المطبعة إنتاج الأخبار على الدفق. الاتصالات الإلكترونية - نقل البيانات بسرعة في جميع أنحاء العالم. أصبحت الأجهزة الشخصية لتخزين الملاحظات تدريجيًا أكثر تعقيدًا ، حيث تطورت من دفاتر الملاحظات إلى الهواتف المحمولة ، كل منها عبارة عن كمبيوتر متصل بالإنترنت ، محشو بأجهزة استشعار وكل يوم يتنبأ باحتياجاتنا بشكل أفضل.
من المرجح أن يتغلب الشخص الذي يستخدم الكتابة والكمبيوتر في عملية الإدراك على قيود الدماغ الذي تم تطويره بشكل غير كامل. أكثر سروراً أن الهواتف المحمولة هي أجهزة تخزين بيانات قوية وآلية لتبادل الأفكار. إذا كان الأشخاص السابقون ، الذين شاركوا أفكارهم ، يعتمدون على الخطاب الذي خربش في دفاتر الملاحظات ، فإن هذا اليوم هو المعيار - إذا كانت دفاتر الملاحظات نفسها تشارك الأفكار التي أنشأها الأشخاص. المخطط التقليدي قد خضع للانقلاب. الاستمرارية المنطقية للعملية هي شكل من أشكال ما وراء المعرفة الجماعية ، من خلال الأجهزة الشخصية التي يتم دمجها بشكل أكثر إحكاما في عقولنا وترتبط مع بعضها البعض. وحتى إذا كنا لا نزال نعتز بالصلة المفقودة مع الطبيعة والعزلة ، فمن المهم أن نتذكر أن التكنولوجيا والتكنولوجيا الوحيدة هي المسؤولة عن نصيب الأسد من تحريرنا من دورات الجهل "الطبيعية" والموت المبكر (الذي يمكن تجنبه) والعنف والجوع وتسوس الأسنان.
كيف؟
دعونا نتحدث عن نموذج الأعمال والهندسة المعمارية لمشروع ستارلينك.
لكي تصبح Starlink مشروعًا مربحًا ، يجب أن يتجاوز تدفق الأموال تكلفة البناء والتشغيل. تقليديًا ، ينطوي الاستثمار على زيادة التكاليف المسبقة ، واستخدام آليات تمويل وتأمين متخصصة متطورة - كل ذلك لإطلاق قمر صناعي. يمكن أن يكلف قمر الاتصالات الثابت بالنسبة للأرض 500 مليون دولار ، وقد يستغرق التجميع والإطلاق 5 سنوات. لذلك ، تقوم الشركات في هذا المجال ببناء سفن نفاثة أو سفن حاويات في وقت واحد. الإنفاق الهائل ، وتدفق الأموال التي بالكاد تغطي تكاليف التمويل ، وميزانية التشغيل صغيرة نسبيا. على العكس من ذلك ، كان انهيار Iridium الأصلي هو أن موتورولا أجبرت المشغل على دفع رسوم الترخيص المميتة ، وأفلست الشركة في غضون بضعة أشهر فقط.
للقيام بمثل هذا العمل ، كان على شركات الأقمار الصناعية التقليدية خدمة العملاء من القطاع الخاص وتحصيل أسعار نقل عالية للبيانات. تدفع شركات الخطوط الجوية والبؤر الاستيطانية البعيدة والسفن ومناطق الحرب ومنشآت البنية التحتية الرئيسية حوالي 5 دولارات لكل 1 ميجابايت ، وهو أكثر تكلفة بخمسة آلاف مرة من اتصالات ADSL التقليدية ، على الرغم من التأخير في نقل البيانات والنطاق الترددي المنخفض نسبيا للأقمار الصناعية.
تخطط Starlink للتنافس مع مزودي خدمة الأرض ، مما يعني أنه سيتعين عليها تقديم بيانات أرخص ، ومن الناحية المثالية ، يستغرق أقل من دولار واحد لكل 1 ميغابايت. هل هذا ممكن؟ أو إذا كان هذا ممكنًا ، فيجب أن يسأل المرء: كيف يكون هذا ممكنًا؟
العنصر الأول في الطبق الجديد هو إطلاق رخيص. واليوم ، تبيع شركة فالكون إطلاقًا بقيمة 24 طنًا مقابل حوالي 60 مليون دولار ، أي ما يعادل 2500 دولار للكيلوغرام. اتضح ، مع ذلك ، المزيد من التكاليف الداخلية. سيتم إطلاق سواتل Starlink على مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام ، وبالتالي فإن التكلفة الحدية للإطلاق الواحد هي تكلفة المرحلة الثانية الجديدة (في مكان ما حوالي 4 ملايين دولار) ، و fairings (1 مليون) ، والخدمات الأرضية (حوالي 1 مليون). الإجمالي: حوالي 100 ألف دولار لكل قمر صناعي ، أي أكثر من 1000 مرة أرخص من إطلاق قمر صناعي للاتصالات التقليدية.
ومع ذلك ، سيتم إطلاق معظم أقمار Starlink على المركبة الفضائية. في الواقع ، فإن تطور ستارلينك ، كما تظهر التقارير المحدثة من لجنة الاتصالات الفيدرالية FCC ، يعطي فكرة عن كيفية تطوير البنية الداخلية للمشروع ، مع تطبيق فكرة المركبة الفضائية . ارتفع إجمالي عدد الأقمار الصناعية في الكوكبة من 1584 إلى 2825 ، ثم إلى 7518 ، وأخيرا ، إلى 30000. وفقًا للتراكم الإجمالي ، فإن الرقم أعلى من ذلك. الحد الأدنى لعدد الأقمار الصناعية للمرحلة الأولى من تطوير أي مشروع يكون قابلاً للتطبيق هو 60 قطعة في 6 مدارات (360 في المجموع) ، في حين أن 24 مدارًا من 60 قمرا صناعيا (1440 في المجموع) مطلوبة لتغطية كاملة خلال 53 درجة من خط الاستواء. هذا هو 24 إطلاقًا لشركة فالكون مقابل حوالي 150 مليون دولار من التكاليف المحلية. صُممت المركبة الفضائية لإطلاق ما يصل إلى 400 قمر صناعي في وقت واحد ، وبنفس السعر تقريبًا. سيتم استبدال الأقمار الصناعية Starlink كل 5 سنوات ، لذلك سوف تتطلب الأقمار الصناعية 6000 الأقمار الصناعية إطلاق 15 بطولة في السنة. وستكلف حوالي 100 مليون دولار في السنة ، أو 15 ألف / الأقمار الصناعية. يزن كل قمر صناعي معروض على الصقر 227 كجم ؛ يمكن أن تزن الأقمار الصناعية التي يتم رفعها على المركبة الفضائية 320 كجم وتحمل أدوات خارجية ، وتكون أكبر قليلاً وفي نفس الوقت لا تتجاوز الحمل المسموح به.
ما الذي يشكل تكلفة الأقمار الصناعية؟ من بين الأخوة ، تعتبر أقمار ستارلينك غير عادية إلى حد ما. يتم تجميعها وتخزينها وإطلاقها في شكل مسطح وبالتالي فهي بسيطة للغاية في الإنتاج الضخم. كما توضح التجربة ، يجب أن تكون تكلفة الإنتاج مساوية تقريبًا تكلفة المشغل. إذا كان فرق السعر كبيرًا ، فسيتم تخصيص الموارد بشكل غير صحيح ، نظرًا لأن التخفيض الشامل في التكاليف الهامشية مع خفض التكاليف ليس كبيرًا. هل حقا 100 ألف دولار لكل قمر صناعي للدفعة الأولى من عدة مئات - هل هذا حقيقي؟ بمعنى آخر ، هل القمر الصناعي Starlink الموجود في الجهاز ليس أكثر تعقيدًا من الجهاز؟
للإجابة الكاملة على هذا السؤال ، عليك أن تفهم سبب ارتفاع تكلفة قمر الاتصالات المداري بمقدار 1000 مرة ، حتى لو لم تكن أكثر تعقيدًا بمقدار 1000 مرة. وبكل بساطة ، ما هو الفرح الذي يجعل الفضاء "مكواة" باهظ الثمن؟ هناك العديد من الأسباب لذلك ، ولكن السبب الأكثر إلحاحًا في هذه الحالة هو: إذا كلف إطلاق القمر الصناعي في المدار (قبل فالكون) أكثر من 100 مليون دولار ، فيجب ضمان تشغيله لسنوات عديدة - من أجل تحقيق بعض الأرباح على الأقل. لضمان مثل هذه الموثوقية في تشغيل المنتج الأول والوحيد هو عملية مؤلمة ويمكن أن تستمر لسنوات ، وتتطلب جهود مئات الأشخاص. أضف إلى ذلك التكاليف ، والآن أصبح من السهل تبرير العمليات الإضافية ، لأن الإطلاق باهظ الثمن بالفعل.
يكسر Starlink هذا النموذج من خلال إنشاء مئات من الأقمار الصناعية ، وتصحيح عيوب التصميم المبكرة بسرعة واستخدام تقنيات الإنتاج الضخم لإدارة التكاليف. من السهل بالنسبة لي شخصياً تخيل ناقل Starlink ، حيث يقوم الفني بدمج شيء جديد في الهيكل ويربط كل شيء باستخدام ذراع التسوية البلاستيكية (مستوى ناسا ، بالطبع) في غضون ساعة أو ساعتين ، مع الحفاظ على مستوى الاستبدال المطلوب وهو 16 قمرا صناعيا في اليوم. يتكون القمر الصناعي Starlink من العديد من التفاصيل الصعبة ، لكنني لا أرى الأسباب التي تجعل الوحدة الألف من خط التجميع لا يمكن تخفيض تكلفتها إلى 20 ألفًا. في الواقع ، كتب إيلون على تويتر أن تكلفة إنتاج القمر الصناعي أقل بالفعل من الإطلاق .
خذ الحالة المتوسطة وحلل وقت الاسترداد من خلال تقريب الأرقام. يعمل القمر الصناعي Starlink ، الذي يكلف 100 ألف للتجميع والإطلاق ، لمدة 5 سنوات. هل سيدفع ثمن نفسه ، وإذا كان الأمر كذلك ، فكم من الوقت؟
لمدة 5 سنوات ، سوف يطير القمر الصناعي Starlink حول الأرض 30،000 مرة. في كل من هذه الجولات التي تستغرق ساعة ونصف ، سيقضي معظم الوقت على المحيط ، وربما 100 ثانية على مدينة مكتظة بالسكان. في هذه النافذة القصيرة ، يقوم ببث البيانات على عجل لكسب المال. إذا افترضنا أن الهوائي يدعم 100 حزمة ، وأن كل حزمة ترسل 100 ميجابايت / ثانية باستخدام ترميز حديث مثل 4096QAM ، فإن القمر الصناعي يولد ربحًا قدره 1000 دولار لكل ثورة - بسعر اشتراك قدره 1 دولار لكل 1 جيجابايت. هذا يكفي لتسديد تكلفة نشر 100 ألف في الأسبوع ويبسط إلى حد كبير هيكل رأس المال. 29،900 المنعطفات المتبقية هي الربح ، صافي التكاليف الثابتة.
يمكن أن تختلف الأرقام المقدرة بشكل كبير ، في كلا الاتجاهين. ولكن على أي حال ، إذا كنت قادرًا على إطلاق كوكبة أقمار صناعية منخفضة الجودة مقابل 100000 - أو حتى مليون / وحدة - فهذا طلب جاد. حتى مع الأخذ في الاعتبار الوقت القصير الذي يبعث على السخرية من الاستخدام ، فإن القمر الصناعي Starlink قادر على تقديم 30 Pb من البيانات على مدار حياته بتكلفة مطفأة قدرها 0.003 دولار لكل 1 جيجابايت. في الوقت نفسه ، عند التحويل إلى مسافات أطول ، فإن التكاليف الحدية لا تزيد عملياً.
لفهم أهمية هذا النموذج ، فلنقارنه بسرعة بنموذجين آخرين لتقديم البيانات للمستهلكين: النموذج التقليدي هو كابل الألياف البصرية ، وكوكبة الأقمار الصناعية التي تقدمها شركة لا تتخصص في إطلاق الأقمار الصناعية.
تم إنشاء SEA-WE-ME ، وهو كبل بحري كبير على الإنترنت يربط بين فرنسا وسنغافورة ، في عام 2005. — 1,28 /., — 500 . . 10 100% , 100% , 0,02 1 . , — , . Starlink 8 , « ».
كيف هذا ممكن؟ Starlink , , . , «».
OneWeb. OneWeb 600 , 20 000 1 . — 150 , .., , 3 . «» 1 . , .. 2027 2,6 . , OneWeb, 50 /. , , 16 . , Starlink, : OneWeb 80 , 5 2,4 . — , . 1,70 1 .
, Starlink 17 OneWeb , 0,10 1 . Starlink: , Falcon — . , SpaceX : ( ) 15 , . Starship 100 , , , 2027 SpaceX 30 000 1 . , .
, OneWeb , , .
, Starlink 1 . 830 . . , : - « » . , OneWeb, , , 10 Starlink. Starship 35 ./. — .
— 1 , Starlink. , 60 .., .. 3 4,5 / . , 1000 , 220 /. 10 000 , : — . — .
هندسة معمارية
Starlink — , . Starlink , . . : ( / ), Starlink, , .
— 1000 ./.., . 100 000 . , , . , , , , . , , , .
— , , . — , , , — .
, , .
3 . . — , , 100 ./..
. , , 100–1000 .. ( ) . 100 ./.. — , 1000 ./.. . 10 000 ./.., — 25 000 ./..
. , 20–40 . , , , . — , .. . , , , , , 50 , . Starlink 6 , — 24.
, , . SpaceX . , — , , , . , — , !
, ? Starlink . « ». Starlink . , . , , « » . , , SpaceX .
, – — , . 11 . , , , , . /., , , , .
— - , , , , . , « ».
— — , . : . , , — , , . .. « » , , 2015- « ».
— , , , , Starlink. 4500 , , . . , ( ) , . , .
واسمحوا لي أن أذكرك أنه في هذا الطور ، يتم التواصل بين الأقمار الصناعية المجاورة. بشكل عام ، لا توجد اتصالات مباشرة ومستمرة بين الأقمار الصناعية في طبقات مختلفة ، حيث أن سرعات الاقتراب لتوجيه الليزر مرتفعة للغاية. مسار البيانات بين الطبقات ، بدوره ، يمر فوق أو أسفل الترس.
سوف يكون هناك ما مجموعه 30000 قمرا صناعيا في 11 توري مغلقة ، بعيدا عن مدار المحطة الفضائية الدولية! يوضح هذا الرسم البياني كيف يتم تغليف كل هذه الطبقات ، بدون تركيز غريب الأطوار.
وأخيراً ، يجب أن تفكر في ارتفاع الطيران الأمثل. هناك معضلة: علو منخفض ، مما يوفر مزيدًا من النطاق الترددي بأحجام أصغر من الأشعة ، أو الكبيرة - التي تسمح لك بتغطية الكوكب بأكمله باستخدام عدد أقل من الأقمار الصناعية؟ مع مرور الوقت ، تحدثت تقارير لجنة الفضاء الفيدرالية (FCC) الخاصة بـ SpaceX عن ارتفاعات أصغر باستمرار ، لأنه مع إمكانية تحسين Starship ، يمكن نشر مجموعات أكبر بسرعة.
للارتفاع المنخفض فوائد أخرى ، بما في ذلك تقليل مخاطر الاصطدام بالحطام الفضائي أو العواقب السلبية لفشل المعدات. نظرًا لزيادة مقاومة الغلاف الجوي ، ستحترق أقمار ستارلينك (330 كم) الموجودة أسفل أخرى في غضون أسابيع قليلة بعد فقدان التحكم في الاتجاه. في الواقع ، 300 كيلومتر هو الارتفاع الذي لا تكاد تطير فيه الأقمار الصناعية ، وسوف يتطلب الحفاظ على الارتفاع محرك الصاروخ الكهربائي المدمج في كريبتون ، بالإضافة إلى تصميم انسيابي. من الناحية النظرية ، فإن القمر الصناعي مدبب تمامًا ، على محرك صاروخي كهربائي ، يمكنه الحفاظ على ارتفاع 160 كم ، ولكن من غير المرجح أن يطلق SpaceX أقمار صناعية منخفضة للغاية ، لأنه لا يزال هناك عدد قليل من الحيل لزيادة الإنتاجية.
حدود الفيزياء الأساسية
يبدو من غير المحتمل أن تنخفض أسعار وضع الأقمار الصناعية إلى أقل من 35 ألفًا ، حتى إذا كان الإنتاج متطورًا ومؤتمتًا بالكامل ، وسفن المركبة الفضائية قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل ، ولم يُعرف تمامًا بعد القيود التي سيضعها الفيزيائي على القمر الصناعي. التحليل أعلاه يفترض ذروة الإنتاجية من 80 جيجابت / ثانية. (إذا كنت تقريب ما يصل إلى 100 أشعة ، كل منها قادر على نقل 100 ميجابايت / ثانية).
يتم تعيين الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي في نظرية شانون هارتلي ويرد في الإحصاءات على عرض النطاق الترددي (1 + SNR). غالبًا ما يكون النطاق الترددي محدودًا من قِبل الطيف المتوفر ، بينما يقتصر SNR على طاقة القمر الصناعي المتاحة ، وضوضاء الخلفية ، وضوضاء القناة بسبب الهوائيات غير المثالية . عقبة أخرى ملحوظة هي سرعة المعالجة. أحدث Xilinx Ultrascale + FPGAs لها نطاق ترددي GTM يصل إلى 58 جيجابت / ثانية. وهو أمر جيد في ظل القيود الحالية لسعة معلومات القناة دون تطوير ASICs المخصصة. ولكن حتى ذلك الحين 58 جيجابايت / ثانية. تتطلب توزيع تردد مثير للإعجاب ، على الأرجح في نطاقات Ka أو V-band. تتميز V (40-75 GHz) بدورات يمكن الوصول إليها بشكل أكبر ، ولكنها تخضع لامتصاص أكبر في الغلاف الجوي ، خاصة في المناطق ذات الرطوبة العالية.
100 أشعة عملية؟ هذه المشكلة لها جانبان: عرض الحزمة وكثافة عنصر الصفيف التدريجي. يتم تحديد عرض الشعاع بواسطة الطول الموجي مقسومًا على قطر الهوائي. لا يزال هوائي الصفيف الرقمي المرحلي تقنية متخصصة ، ولكن يتم تحديد الأبعاد المفيدة القصوى بعرض فرن إنحسر (حوالي 1 متر) ، واستخدام اتصالات التردد اللاسلكي أغلى. يبلغ طول الموجة في النطاق Ka حوالي 1 سم ، بينما يجب أن يكون عرض الشعاع 0.01 راديان - بعرض الطيف 50٪ من السعة. لنفترض أن الزاوية الصلبة للحزمة هي 1 ستادانية (على غرار تغطية عدسة الكاميرا مقاس 50 مم) ، ثم 2500 أشعة منفصلة ستكون كافية في هذه المنطقة. يشير الخطي إلى أن 2500 من أشعة الشمس ستتطلب 2500 عنصر من عناصر الهوائي على الأقل ضمن الصفيف ، وهو ، من حيث المبدأ ، حقيقي ، وإن كان صعبًا. وكل هذا سيكون حارا جدا!
إجمالي 2500 قناة ، تدعم كل منها 58 جيجابت / ثانية ، هي كمية هائلة من المعلومات - إذا كانت تقريبًا ، ثم 145 تيرابايت / ثانية. للمقارنة ، من المتوقع أن يبلغ معدل كل حركة الإنترنت في عام 2020 640 تيرابايت / ثانية . أخبار سارة لأولئك الذين يشعرون بالقلق إزاء النطاق الترددي المنخفض بشكل أساسي من الإنترنت عبر الأقمار الصناعية. إذا تم تشغيل كوكبة مكونة من 30000 ساتل بحلول عام 2026 ، فمن المحتمل أن تكون حركة الإنترنت العالمية 800 تيرابايت / ثانية. إذا تم تسليم نصف هذا الحجم من خلال ما يقرب من 500 قمرا صناعيا في مناطق مكتظة بالسكان في أي وقت معين ، فإن ذروة الإنتاجية لكل قمر صناعي ستكون حوالي 800 جيجابت / ثانية ، وهو ما يزيد 10 مرات عن وفقا لحساباتنا الأساسية الأولية ، ر. ه. تدفق التمويل يحتمل أن ينمو 10 مرات.
بالنسبة إلى قمر صناعي يبلغ طوله 330 كم ، تغطي حزمة تبلغ 0.01 راديان مساحة 10 كم 2. في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل مانهاتن ، يعيش ما يصل إلى 300000 شخص في هذه المنطقة. وإذا كانوا جميعًا يجلسون لمشاهدة Netflix جميعهم مرة واحدة (7 ميجابايت / ثانية بجودة HD)؟ سيكون إجمالي طلب البيانات 2000 غيغابايت / ثانية ، وهو أعلى بحوالي 35 مرة من الحد الصارم الحالي الذي تفرضه واجهة الإخراج التسلسلي FPGA. هناك طريقتان للخروج من هذا الموقف ، واحد فقط هو ممكن جسديا.
الأول هو وضع المزيد من الأقمار الصناعية في المدار ، بحيث في أي وقت من الأوقات في وقت أعلى من مجالات الطلب المتزايد أكثر من 35 قطعة معلقة. إذا أخذنا مرة أخرى 1 من الإكواديين في امتداد مقبول من السماء وارتفاع متوسط مداري يصل إلى 400 كم ، فسوف نحصل على كثافة مجموعة تبلغ 0،0002 / sq. أو 100000 - إذا كانت موزعة بالتساوي على سطح الكرة الأرضية بأكمله. أذكر أن مدارات SpaceX المحددة تزيد بشكل كبير من كثافة التغطية على المناطق المكتظة بالسكان في خط العرض 20-40 درجة شمالًا ، ويبدو الآن أن عدد 30،000 أقمار صناعية سحري.
الفكرة الثانية أكثر برودة بكثير ، ولكن للأسف ، ليست ممكنة. أذكر أن عرض الحزمة يتم تحديده من خلال عرض هوائي الصفيف التدريجي. ماذا لو أن هناك صفيفات متعددة على عدة أقمار صناعية تربط بين القوى وتخلق حزمة أضيق - تمامًا مثل التلسكوبات الراديوية مثل VLA (نظام هوائي كبير جدًا)؟ هذه الطريقة محفوفة بتعقيد واحد: يجب أن يتم حساب الأساس بين الأقمار الصناعية بدقة - دقيق إلى مقياس فرعي - من أجل تثبيت مرحلة الحزمة. وحتى لو كان ذلك ممكنًا ، فإن الحزمة الناتجة بالكاد تحتوي الفصوص الجانبية ، نظرًا لكثافة كوكبة الأقمار الصناعية المنخفضة في السماء. على الأرض ، سيقل عرض الشعاع إلى بضعة ملليمترات (وهو ما يكفي لتتبع هوائي الهاتف الخلوي) ، ولكن سيكون هناك ملايين منها بسبب ضعف التصفير المتوسط. بفضل لعنة مجموعة رقيقة الهوائي .
اتضح أن فصل القنوات عن طريق التنوع الزاوي - لأن الأقمار الصناعية تنتشر في السماء - يوفر تحسينات كافية في الإنتاجية دون انتهاك قوانين الفيزياء.
تطبيق
ما هو ملف تعريف عميل ستارلينك؟ بشكل افتراضي ، هناك مئات الملايين من المستخدمين الذين لديهم هوائيات بحجم السطح على أسطح منازلهم ، ولكن هناك مصادر أخرى للدخل المرتفع.
في المناطق النائية والريفية ، لا تحتاج المحطات الأرضية إلى هوائيات صفيف تدريجي لزيادة عرض الحزمة إلى الحد الأقصى ، لذلك يمكن استخدام وحدة المشترك الأصغر: من متتبعات أصول إنترنت الأشياء إلى هواتف الأقمار الصناعية المحمولة أو إشارات الطوارئ أو أجهزة تتبع الحيوانات العلمية.
في البيئات الحضرية المكتظة بالسكان ، ستوفر Starlink شبكة نقل أساسية ونسخ احتياطي للشبكة الخلوية. سيكون من الممكن تثبيت محطة أرضية عالية الأداء فوق كل برج خلوي ، ولكن باستخدام مزودات الطاقة الأرضية لتضخيم ونقل "الميل الأخير".
وأخيرًا ، حتى في المناطق المكتظة بالسكان أثناء بدء التشغيل الأولي ، يمكن استخدام الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض مع تأخير بسيط للغاية. الشركات المالية نفسها تضخ الكثير من الأموال - فقط للحصول على بيانات حيوية من جميع أنحاء العالم بشكل أسرع قليلاً. وحتى إذا كانت البيانات من خلال Starlink لها مسار أطول من المعتاد - عبر الفضاء - فإن سرعة انتشار الضوء في الفراغ أعلى بنسبة 50 ٪ من الزجاج الكوارتز ، وهذا يدفع أكثر من الفرق عند الإرسال عبر مسافات طويلة.
الآثار السلبية
القسم الأخير مخصص للعواقب السلبية. الغرض من هذه المقالة هو تخليصك من المفاهيم الخاطئة حول المشروع ، والنتائج السلبية المحتملة للنزاعات تسبب أكثر من غيرها. سأقدم بعض المعلومات ، الامتناع عن التفسير المفرط. ما زلت لست مستبصرًا ، وليس لديّ أي مطلعين من SpaceX.
أخطر العواقب ، في رأيي ، هي زيادة الوصول إلى الإنترنت. حتى في مدينتي باسادينا ، وهي مدينة نابضة بالحياة ومتقدمة تقنيًا تضم أكثر من مليون مرصد ، وهي جامعة عالمية المستوى وأكبر مركز تابع لناسا ، فإن الاختيار عندما يتعلق الأمر بخدمات الإنترنت محدود للغاية. في جميع أنحاء الولايات المتحدة وبقية العالم ، أصبحت الإنترنت خدمة مرافق موجهة نحو الإيجار ، وسيكون بمقدور مقدمي الخدمة الحصول على 50 مليون دولار شهريًا في بيئة مريحة وغير تنافسية. ربما ، أي خدمة يتم تسليمها إلى الشقق والمباني السكنية هي شقة مشتركة ، ولكن جودة خدمات الإنترنت أقل حتى من الماء أو الكهرباء أو الغاز.
تكمن المشكلة في الوضع الراهن في أنه على عكس الماء أو الكهرباء أو الغاز ، ما زال الإنترنت شابًا ويتطور بسرعة. نحن نجد باستمرار استخدامات جديدة لذلك. الأكثر ثورية لا تزال غير مفتوحة ، ولكن خطط حزمة خنق إمكانية المنافسة والابتكار. يتم ترك مليارات الأشخاص خارج الثورة الرقمية بسبب ظروف الميلاد ، أو لأن بلدهم بعيد جدًا عن صندوق الكابل البحري. لا تزال الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض تقوم بتوصيل الإنترنت إلى مناطق واسعة من الكوكب بسعر مفترس.
Starlink ، التي توزع الإنترنت باستمرار من السماء ، تنتهك هذا النموذج. لا أعرف طريقة أخرى أفضل لتوصيل بلايين الأشخاص بالإنترنت. SpaceX في طريقها لتصبح مزود خدمة إنترنت ، وربما شركة إنترنت تنافس Google و Facebook. أراهن أنك لم تفكر في ذلك.
حقيقة أن الإنترنت عبر الأقمار الصناعية هو الخيار الأفضل ليست واضحة. SpaceX و SpaceX فقط هما في وضع يتيح لهما إنشاء كوكبة واسعة من الأقمار الصناعية بسرعة ، لأنه لم يقتل سوى عقد من الزمن لكسر احتكار الحكومة العسكرية لإطلاق مركبة فضائية. حتى لو تجاوزت Iridium الهواتف المحمولة في السوق بعشرة أضعاف ، فلن يتم استخدامها على نطاق واسع باستخدام منصات تقليدية. من دون SpaceX ونموذج أعمالها الفريد ، من المحتمل أن الإنترنت الساتلي العالمي لن يحدث أبدًا.
الضربة الرئيسية الثانية ستكون في علم الفلك. بعد إطلاق أول 60 من أقمار ستارلينك ، بدأت موجة من الانتقادات من الأوساط الفلكية الدولية ، قائلة إن عددًا كبيرًا جدًا من الأقمار الصناعية سيمنع وصولها إلى سماء الليل. هناك قول مأثور: بين علماء الفلك ، الأكثر برودة مع أكبر تلسكوب. بدون المبالغة ، يعد الانخراط في علم الفلك في العصر الحديث مهمة أساسية ، تذكرنا بصراع مستمر لتحسين جودة التحليل على خلفية التلوث الضوئي المتزايد ومصادر الضوضاء الأخرى.
على الأقل ، يحتاج الفلكي إلى الآلاف من الأقمار الصناعية الساطعة التي تضرب بؤرة التلسكوب. في الواقع ، اكتسبت المجموعة الأولى من Iridium سمعة سيئة لإعطاء "الضوء" بسبب الألواح الكبيرة التي تعكس ضوء الشمس في مناطق صغيرة من الأرض. حدث أن وصلوا إلى سطوع ربع القمر وأحيانًا تلفوا مجسات فلكية حساسة عن طريق الخطأ. إن المخاوف من قيام Starlink بغزو النطاقات الراديوية المستخدمة في علم الفلك الراديوي ليست بلا أساس.
إذا قمت بتنزيل تطبيق تتبع الأقمار الصناعية ، يمكنك رؤية العشرات من الأقمار الصناعية تطير في السماء في أمسية صافية. تكون الأقمار الصناعية مرئية بعد غروب الشمس وقبل الفجر ، ولكن فقط عندما تكون مضاءة بأشعة الشمس. في وقت لاحق ، خلال الليل ، تكون الأقمار الصناعية غير مرئية في ظل الأرض. صغيرة ، بعيدة للغاية ، فهي تتحرك بسرعة كبيرة. هناك احتمال بأن يحجبوا نجمًا بعيدًا لمدة تقل عن مللي ثانية ، لكنني أعتقد أنه حتى اكتشاف هذا البواسير هو واحد آخر.
نشأ قلق شديد بسبب اشتعال السماء لأن طبقة الأقمار الصناعية للإطلاق الأول بنيت بالقرب من فاصل الأرض ، أي ليلة بعد ليلة ، شاهدت أوروبا - وكان الصيف - صورة ملحمية عن كيف تطير الأقمار الصناعية في السماء في المساء الشفق. علاوة على ذلك ، أظهرت عمليات المحاكاة المستندة إلى تقارير في لجنة الاتصالات الفيدرالية FCC أن الأقمار الصناعية الموجودة في المدار على ارتفاع 1150 كم ستكون مرئية حتى بعد مرور الشفق الفلكي. بشكل عام ، يمر الشفق بثلاث مراحل: مدنية ، بحرية وفلكية ، أي عندما تكون الشمس 6 و 12 و 18 درجة تحت الأفق ، على التوالي. في نهاية الشفق الفلكي ، تقع أشعة الشمس على بعد حوالي 650 كم من السطح في ذروتها ، بعيدًا عن الغلاف الجوي ومعظم مدار الأرض المنخفض. بناءً على بيانات من موقع Starlink ، أعتقد أن جميع الأقمار الصناعية ستوضع على ارتفاع أقل من 600 كيلومتر. في هذه الحالة ، يمكن رؤيتها عند الغسق ، ولكن ليس بعد حلول الظلام ، مما يقلل بشكل كبير من العواقب المحتملة لعلم الفلك.
المشكلة الثالثة هي الحطام المداري. في منشور سابق ، أشرت إلى أن الأقمار الصناعية والحطام التي تقل عن 600 كيلومتر ستترك مداراتها في غضون بضع سنوات بسبب المقاومة الجوية ، مما يقلل بشكل كبير من إمكانية متلازمة كيسلر. SpaceX تتداخل مع الأوساخ ، كما لو أنهم لم يفكروا في الحطام الفضائي على الإطلاق. بينما أنظر إلى تفاصيل تطبيق Starlink ، يصعب عليّ أن أتخيل أفضل طريقة لتقليل كمية النفايات في المدار.
يتم عرض الأقمار الصناعية على ارتفاع 350 كم ، ثم تطير إلى مدارها المقصود باستخدام محركات مدمجة. سوف يخرج كل قمر صناعي توفي عند إطلاقه من مدار في غضون بضعة أسابيع ، ولن يجرح في مكان أعلى من الألف سنة القادمة. هذا التنسيب ينطوي استراتيجيا اختبار للدخول المجاني. علاوة على ذلك ، فإن سواتل Starlink مسطحة في مقطع عرضي ، مما يعني أنها ، بعد فقدان التحكم في الارتفاع ، تدخل طبقات كثيفة من الغلاف الجوي.
قلة من الناس يعرفون أن SpaceX أصبح رائداً في مجال الملاحة الفضائية ، وبدأ في استخدام أنواع بديلة من الجبال بدلاً من سكيوبس. تستخدم جميع منصات الإطلاق تقريبًا الضلع عند نشر الخطوات ، والأقمار الصناعية ، والخيوط ، وما إلى ذلك ، وما إلى ذلك ، مما يزيد من كمية النفايات المحتملة. يقوم SpaceX أيضًا بإزالة الخطوات العليا من المدار بشكل متعمد ، مما يمنعها من التسكع في الفضاء إلى الأبد ، بحيث لا تتحلل هناك ولا تتحلل في بيئة فضاء صلبة.
وأخيرًا ، فإن المشكلة الأخيرة التي أود ذكرها هي فرصة أن يحل SpaceX محل الاحتكار الحالي على الإنترنت ، مما يخلق مشكلة خاصة به. في مكانه ، احتكر SpaceX عمليات الإطلاق بالفعل. فقط رغبة الحكومات المتنافسة في الحصول على ضمان الوصول إلى الفضاء لا تسمح لهم بشطب صواريخ باهظة الثمن وعفا عليها الزمن ، والتي يتم تجميعها في كثير من الأحيان من قبل مقاولي الدفاع الاحتكاريين الكبار.
ليس من الصعب تخيل كيف سيطلق SpaceX في عام 2030 6000 من أقمارها الصناعية سنويًا ، بالإضافة إلى العديد من أقمار التجسس - من ذاكرة قديمة. ستبدأ أقمار SpaceX الرخيصة والموثوقة في بيع "مساحة الحامل" لأجهزة الطرف الثالث. ستتمكن أي جامعة من صنع كاميرا مناسبة للاستخدام في الفضاء من وضعها في مدار ، ولن يكون من الضروري تغطية تكاليف بناء منصة فضائية كاملة. مع هذا الوصول المتقدم وغير المحدود إلى الفضاء ، يرتبط Starlink بالفعل بالأقمار الصناعية ، في حين أن المصنّعين التاريخيين هم من الماضي.
هناك أمثلة لشركات بعيدة النظر في التاريخ احتلت مكانة ضخمة في السوق بحيث أصبحت أسمائها أسماء شائعة: هوفر ، وستنجهاوس ، كلينيكس ، جوجل ، فريسبي ، زيروكس ، كوداك ، موتورولا ، آي بي إم.
قد تنشأ مشكلة عندما تقوم شركة رائدة بممارسات معادية للمنافسة من أجل الحفاظ على حصتها في السوق ، على الرغم من أن هذا الأمر لم يتم حظره منذ الرئيس ريغان. قد يحتفظ SpaceX باحتكار ستارلينك عن طريق إجبار مطورين آخرين من كوكبات الأقمار الصناعية على إطلاق أقمار صناعية على الصواريخ السوفيتية القديمة. أدت الإجراءات المماثلة التي اتخذتها شركة United Aircraft and Transportation ، إلى جانب تحديد سعر البريد ، إلى انهيارها في عام 1934. لحسن الحظ ، من غير المرجح أن تحتفظ SpaceX إلى الأبد باحتكار مطلق للصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام.
والأمر الأكثر إثارة للقلق هو حقيقة أن نشر SpaceX لعشرات الآلاف من الأقمار الصناعية في مدار منخفض يمكن تصميمه على أنه اختيار مشترك للملك العام. تكتسب شركة خاصة ، تسعى لتحقيق مكاسب شخصية ، ملكية دائمة للمواقع المدارية التي كانت في السابق غير متاحة وغير مشغولة. على الرغم من أن ابتكارات SpaceX مكنت من جني الأموال حقًا من فراغ ، فإن معظم رأس المال الفكري لـ SpaceX تم بناءه على مليارات الدولارات المخصصة من ميزانية البحث.
من ناحية ، هناك حاجة إلى قوانين لحماية الاستثمار الخاص ، والبحث والتطوير. بدون هذه الحماية ، لن يتمكن المبتكرين من تمويل مشاريع طموحة أو نقل شركاتهم إلى حيث سيتم توفير هذه الحماية لهم. على أي حال ، يعاني الجمهور بسبب عدم تكوين ربح. , , , — , . , . SpaceX . , , .
, — Starship . . Starship, Starlink — , , . , , , Starlink, , ( ) .
, , Starlink Starship .
, Starship, , Starlink.
, — , , . Starship Starlink — , , .