Clause de non-responsabilité . L'article est une traduction complétée, révisée et mise à jour d'une publication de Nathan Hurst. Certaines informations de l'article sur les nanosatellites ont également été utilisées dans la construction du matériau final.
Il existe une théorie (ou peut-être un conte d'avertissement) parmi les astronomes appelée syndrome de Kessler, du nom d'un astrophysicien de la NASA qui l'a proposé en 1978. Dans ce scénario, un satellite en orbite ou un autre objet heurte accidentellement un autre et se brise en morceaux. Ces parties tournent autour de la Terre à une vitesse de dizaines de milliers de kilomètres par heure, détruisant tout sur son passage, y compris d'autres satellites. Il lance une réaction en chaîne catastrophique qui se termine par un nuage de millions de morceaux de débris spatiaux non fonctionnels qui tourne sans cesse autour de la planète.
Un tel événement peut rendre l'espace proche de la Terre inutile, détruisant tous les nouveaux satellites qui lui sont envoyés, et bloquant éventuellement l'accès à l'espace dans son ensemble.
Par conséquent, lorsque SpaceX a
demandé à la FCC (Federal Communications Commission - États-Unis) d'envoyer 4 425 satellites en orbite basse (LEO) pour fournir l'Internet à haut débit mondial, la FCC était préoccupée par cela. Depuis plus d'un an, la société
répond aux questions des commissions des concurrents et des pétitions déposées pour refuser une demande, notamment la présentation d'un «plan de réduction des débris orbitaux» pour dissiper les craintes de l'apocalypse de Kessler. Le 28 mars, la FCC a accordé l'offre de SpaceX.
Les débris spatiaux ne sont pas la seule préoccupation de la FCC, et SpaceX n'est pas la seule organisation à essayer de construire des constellations de satellites de nouvelle génération. Une poignée d'entreprises, nouvelles et anciennes, utilisent de nouvelles technologies, développent de nouveaux plans d'affaires et demandent à la FCC l'accès aux parties du spectre des communications dont elles ont besoin pour atteindre la Terre avec un Internet rapide et fiable.
De grands noms sont impliqués - de Richard Branson à Elon Musk - ainsi que de gros dollars. Actuellement, OneWeb de Branson a levé 1,7 milliard de dollars et le président et chef de l'exploitation de SpaceX, Gwinn Shotwell, a estimé le coût du projet à 10 milliards de dollars.
Bien sûr, il y a de gros problèmes, et l'histoire suggère qu'ils affectent assez négativement. Les bons essaient de surmonter la fracture numérique dans les régions mal desservies, tandis que les méchants essaient d'installer des satellites illégaux sur les missiles. Et tout cela est dû au fait qu'il y a une augmentation rapide de la demande de livraison de données: en 2016, le trafic Internet mondial a dépassé 1 sextillion d'octets, selon un rapport de Cisco, mettant fin à l'ère des zettaoctets.
Si l'objectif est de fournir un bon accès Internet là où il n'existait pas auparavant, les satellites sont un moyen intelligent d'y parvenir. En fait, les entreprises le font depuis des décennies à l'aide de grands satellites géostationnaires (OSG), qui sont sur une orbite très élevée, où la période de rotation est égale à la vitesse de rotation de la Terre, en raison de laquelle ils sont fixés sur une certaine région. Mais à l'exception de quelques tâches étroitement ciblées, par exemple, prendre la surface de la Terre à l'aide de 175 satellites à orbite basse et transmettre 7 pétaoctets de données à la Terre à une vitesse de 200 Mbps, ou la tâche de suivre le fret ou de donner accès à un réseau dans des bases militaires, ce type de communication par satellite n'était pas assez rapide et fiable pour rivaliser avec l'Internet par fibre optique ou par câble d'aujourd'hui.
Les non OSG comprennent les satellites qui opèrent en orbite terrestre moyenne (orbite terrestre moyenne, MEO) à des altitudes de 1900 à 35000 km au-dessus de la surface de la Terre, et les satellites en orbite basse (orbite terrestre basse, LEO), dont les orbites sont situées sur altitudes inférieures à 1900 km. Aujourd'hui, les LEO deviennent extrêmement populaires, et dans un avenir proche, il est prévu que si tous les satellites ne sont pas comme ça, alors la plupart sont sûrs.
Pendant ce temps, les réglementations pour les satellites non géostationnaires existent depuis longtemps et sont réparties entre les agences à l'intérieur et à l'extérieur des États-Unis: la NASA, la FCC, le DOD, la FAA et même l'Union internationale des télécommunications des Nations Unies - le tout dans ce jeu.
Cependant, d'un point de vue technologique, il y a de grands avantages. Le coût de construction d'un satellite a chuté à mesure que les gyroscopes et les batteries s'amélioraient en raison du développement des téléphones portables. Leur lancement est également devenu moins cher, en partie à cause de la plus petite taille des satellites eux-mêmes. La capacité a augmenté, les communications inter-satellites ont rendu les systèmes plus rapides et les grandes plaques pointant vers le ciel sont déjà démodées.
11 entreprises ont déposé une demande auprès de la FCC, ainsi que SpaceX, chacune résolvant le problème à sa manière.
Elon Musk a annoncé le programme SpaceX Starlink en 2015 et a ouvert une filiale à Seattle. Il a déclaré au personnel: "Nous voulons révolutionner le système de communications par satellite de la même manière que la science des fusées."
En 2016, la société a déposé une demande auprès de la Federal Communications Commission des États-Unis, qui demande l'autorisation de lancer 1600 satellites (par la suite, le nombre a été réduit à 800) d'ici 2021, puis de lancer les satellites restants jusqu'en 2024. Ces satellites proches de la Terre orbiteront dans 83 plans orbitaux différents. La constellation, le soi-disant groupe de satellites, communiquera les uns avec les autres via des lignes de communication optiques (laser) embarquées, de sorte que les données puissent être réfléchies à travers le ciel, et ne pas être renvoyées au sol - passant par un long "pont", et non envoyées de haut en bas.
Sur le terrain, les clients installeront un nouveau type de terminal avec des antennes à commande électronique qui se connecteront automatiquement au satellite, qui offre actuellement le meilleur signal - similaire à la façon dont un téléphone portable sélectionne les tours. À mesure que les satellites LEO se déplacent par rapport à la Terre, le système bascule entre eux toutes les 10 minutes environ. Et puisque des milliers de personnes utiliseront le système, selon Patricia Cooper, vice-présidente de la gestion des satellites pour SpaceX, il y en aura toujours au moins 20 disponibles.
Le terminal au sol devrait être moins cher et plus facile à installer que les antennes paraboliques traditionnelles, qui devraient être physiquement orientées vers la partie du ciel où se trouve le satellite géostationnaire correspondant. SpaceX indique que le terminal ne sera pas plus grand qu'une boîte à pizza (bien qu'il n'indique pas la taille de la pizza).
La communication sera assurée dans deux bandes du spectre de fréquences: Ka et Ku. Les deux appartiennent au spectre radio, bien qu'ils utilisent des fréquences beaucoup plus élevées que celles utilisées pour la stéréo. La bande Ka est la plus élevée des deux, avec des fréquences comprises entre 26,5 GHz et 40 GHz, tandis que la bande Ku est située de 12 GHz à 18 GHz dans le spectre. Starlink a reçu l'autorisation de la FCC d'utiliser certaines fréquences, généralement la liaison montante du terminal au satellite fonctionnera à des fréquences de 14 GHz à 14,5 GHz, et la liaison descendante de 10,7 GHz à 12,7 GHz, et le reste sera utilisé pour la télémétrie, le suivi et le contrôle, ainsi que pour connecter les satellites à l'Internet terrestre.
En plus des applications FCC, SpaceX est silencieux et n'a pas encore parlé de ses plans. Et il est difficile de trouver des détails techniques, car SpaceX assure le fonctionnement complet du système, des composants qui seront utilisés sur les satellites aux fusées qui les amèneront vers le ciel. Mais pour le succès du projet, cela dépendra de la capacité du service à offrir des vitesses comparables ou meilleures que la fibre optique au même prix, ainsi que de la fiabilité et d'une bonne interface utilisateur.
En février, SpaceX a lancé ses deux premiers prototypes de satellites Starlink, une forme cylindrique avec des panneaux solaires en forme d'ailes. Tintin A et B mesurent environ un mètre de long et Musk a confirmé via Twitter qu'ils avaient réussi à communiquer. Si les prototypes continuent de fonctionner, des centaines d'autres les rejoindront d'ici 2019. Dès que le système sera mis en service, SpaceX remplacera régulièrement les satellites désaffectés afin d'empêcher l'apparition de débris spatiaux, le système leur demandera d'abaisser leurs orbites à un certain moment, après quoi ils commenceront à tomber et à brûler dans l'atmosphère. Ci-dessous dans la figure, vous pouvez voir à quoi ressemble le réseau Starlink après 6 démarrages.
Un peu d'histoire
Dans les années 80, HughesNet était un innovateur dans la technologie des satellites. Connaissez-vous les antennes grises de la taille d'un petit plat que DirecTV monte à l'extérieur des maisons? Ils viennent de HughesNet, lui-même né grâce au pionnier de l'aviation Howard Hughes. «Nous avons inventé une technologie qui nous permet de fournir des communications interactives par satellite», explique le vice-président exécutif Mike Cook.
À cette époque, Hughes Network Systems était alors propriétaire de DirecTV et contrôlait de grands satellites géostationnaires qui diffusaient des informations aux téléviseurs. À l'époque, l'entreprise offrait également des services aux entreprises, par exemple pour le traitement des transactions par carte de crédit dans les stations-service. Le premier client commercial était Walmart, qui souhaitait mettre en relation des employés à travers le pays avec un bureau à domicile à Bentonville.
Au milieu des années 90, la société a créé un système Internet hybride appelé DirecPC: l'ordinateur d'un utilisateur a envoyé une demande de connexion par ligne commutée à un serveur Web et a reçu une réponse par satellite, qui a envoyé les informations demandées à la plaque de l'utilisateur à une vitesse beaucoup plus rapide que la communication par ligne commutée ne pouvait fournir .
Vers l'an 2000, Hughes a commencé à offrir des services d'accès au réseau bidirectionnel. Mais maintenir le coût du service, y compris le coût de l'équipement client, suffisamment bas pour que les gens l'achètent, était une tâche ardue. Pour cela, la société a décidé qu'elle avait besoin de ses propres satellites et en 2007, elle a lancé Spaceway. Selon Hughes, ce satellite, utilisé jusqu'à présent, était particulièrement important au lancement, car il était le premier à prendre en charge la technologie de commutation de paquets à bord, en fait, il était le premier commutateur spatial à supprimer un bond supplémentaire sous la forme d'une station au sol pour la communication. abonnés entre eux. Sa capacité est supérieure à 10 Gbit / s, 24 transpondeurs de 440 Mbit / s, permettant aux abonnés individuels d'avoir jusqu'à 2 Mbit / s pour la transmission et jusqu'à 5 Mbit / s pour le téléchargement. Spaceway 1 a été fabriqué par Boeing sur la base de la plate-forme satellite Boeing 702. Le poids de lancement de l'appareil était de 6080 kg. Actuellement, Spaceway 1 est l'un des vaisseaux spatiaux commerciaux les plus lourds - il a battu le record du satellite Inmarsat 4 F1 (5959 kg) lancé avec le lance-roquettes Atlas 5 un mois plus tôt. Alors que le plus gros OSG commercial, selon Wikipedia, lancé en 2018, a une masse de 7 tonnes. L'appareil est équipé d'une gamme Ka de charge utile de relais (PN). PN comprend un réseau d'antennes phasées contrôlées de 2 mètres composé de 1 500 éléments. PN forme une couverture multifaisceaux pour assurer la diffusion de diverses grilles de programmes TV dans différentes régions. Une telle antenne permet une utilisation flexible des capacités des engins spatiaux dans les conditions changeantes du marché.
Parallèlement, une entreprise du nom de Viasat a passé une dizaine d'années en recherche et développement avant de lancer son premier satellite en 2008. Ce satellite, baptisé ViaSat-1, a inclus de nouvelles technologies, telles que la réutilisation du spectre. Cela a permis au satellite de choisir entre différentes largeurs de bande, afin de transmettre des données à la Terre sans interférence, même s'il transmettait des données avec le faisceau d'un autre satellite, il pourrait réutiliser cette gamme spectrale dans des composés qui ne sont pas adjacents.
Cela a fourni une vitesse et des performances supérieures. Selon le président de Viasat, Rick Baldridge, lors de sa mise en service, le débit était de 140 Gb / s - plus que tous les autres satellites combinés couvrant les États-Unis.
«Le marché des satellites était vraiment pour les gens qui n'avaient pas le choix», explique Boldridge. «Si vous ne pouviez pas accéder d'une autre manière, c'était la technologie de dernier recours. En fait, il avait une large couverture, mais ne permettait en fait pas le transfert d'un grand nombre de données. Par conséquent, cette technologie a été principalement utilisée pour des tâches telles que les transactions dans les stations-service. »
Au fil des ans, HughesNet (actuellement détenue par EchoStar) et Viasat ont créé des satellites géostationnaires de plus en plus rapides. HughesNet a lancé EchoStar XVII (120 Gb / s) en 2012, EchoStar XIX (200 Gb / s) en 2017 et prévoit de lancer EchoStar XXIV en 2021, qui, selon la société, offrira aux consommateurs 100 Mb / s.
ViaSat-2 a été lancé en 2017 et dispose désormais d'une bande passante d'environ 260 Gb / s, et trois ViaSat-3 différents sont prévus pour 2020 ou 2021, chacun couvrant différentes parties du globe. Viasat a déclaré que chacun de ces trois systèmes ViaSat-3 devrait avoir un débit en térabits par seconde, le double de celui de tous les autres satellites en orbite autour de la Terre combinés.
«Nous avons tellement de capacité dans l'espace que cela change toute la dynamique de la fourniture de ce trafic. Il n'y a pas de limite à ce qui peut être fourni », explique D. K. Sachdev, consultant en technologie des satellites et des télécommunications qui travaille pour LeoSat, l'une des sociétés qui lance la constellation LEO. «Aujourd'hui, tous les défauts des satellites sont éliminés un par un.»
Toute cette course aux vitesses n'est pas apparue par hasard, car Internet (communication bidirectionnelle) a commencé à supplanter la télévision (communication unidirectionnelle) en tant que service pour lequel les satellites sont utilisés.
«L'industrie du satellite est dans une très vieille frénésie, trouvant comment elle passera de la transmission de vidéos unidirectionnelles aux données complètes», a déclaré Ronald van der Breggen, directeur de la conformité chez LeoSat. «Il existe de nombreuses opinions sur la façon de procéder, sur quoi faire, sur quel marché servir.»
Un problème demeure
Retard Contrairement à la vitesse globale, la latence est le temps nécessaire pour envoyer une demande de votre ordinateur vers la destination et vice-versa. Supposons que vous cliquiez sur un lien sur un site Web, cette demande devrait atteindre le serveur et revenir en arrière (que le serveur a bien reçu la demande et va vous donner le contenu demandé), après quoi la page Web est chargée.
Le temps de chargement d'un site dépend de la vitesse de connexion. Le temps requis pour terminer la demande de téléchargement est un retard. Habituellement, il est mesuré en millisecondes - il n'est donc pas perceptible lorsque vous regardez le Web, mais il joue beaucoup lorsque vous jouez à des jeux en ligne. Néanmoins, il existe des faits lorsque des utilisateurs de la Fédération de Russie ont réussi et sont en mesure de jouer à certains des jeux en ligne même lorsque le taux de retard (ping) est proche d'une seconde.
Le retard dans le système de fibre dépend de la distance, mais généralement quelques microsecondes par kilomètre, la latence principale est introduite par l'équipement, bien qu'avec des liaisons optiques de longueur considérable, le retard soit plus important en raison du fait que la vitesse de la lumière dans une ligne de communication à fibre optique (FOCL) n'est que 60% de la vitesse de la lumière dans le vide, et aussi très dépendante de la longueur d'onde. Selon Baldridge, le délai lorsque vous envoyez une demande au satellite OSG est d'environ 700 ms - la lumière se déplace dans le vide spatial plus rapidement que dans une fibre, mais ce type de satellite est loin, et c'est pourquoi cela prend si longtemps. En plus des jeux, ce problème est important pour la visioconférence, les transactions financières et le marché boursier, le contrôle de «l'Internet des objets» et d'autres applications qui dépendent de la vitesse d'interaction.
Mais quelle est l'importance du problème de retard? La plus grande partie de la bande passante utilisée dans le monde est destinée à la vidéo. Dès que la vidéo est démarrée et correctement tamponnée, le retard cesse de jouer un grand rôle et la vitesse devient beaucoup plus importante. Sans surprise, Viasat et HughesNet ont tendance à minimiser l'importance de la latence pour la plupart des applications, bien que les deux fonctionnent pour la minimiser dans leurs systèmes. HughesNet utilise un algorithme pour hiérarchiser le trafic en fonction de ce que les utilisateurs font attention pour optimiser la livraison des données. Viasat a annoncé l'introduction d'une constellation de satellites en orbite moyenne (MEO) pour compléter son réseau existant, ce qui devrait réduire la latence et étendre la couverture, y compris aux hautes latitudes, où les OSG équatoriaux ont de grandes latences.
«Nous nous concentrons vraiment sur un volume important et un coût en capital très, très faible pour déployer ce volume», explique Baldridge. "Le retard est-il aussi important que les autres fonctions du marché que nous soutenons?"
Néanmoins, il existe une solution, les satellites LEO sont beaucoup plus proches des utilisateurs. Ainsi, des entreprises telles que SpaceX et LeoSat ont choisi cette voie, prévoyant de déployer une constellation de satellites beaucoup plus petits et plus proches, avec un retard attendu de 20 à 30 millisecondes pour les utilisateurs.
«Le compromis est qu'étant donné qu'ils sont sur une orbite plus basse, vous obtenez moins de retard du système LEO, mais vous avez un système plus complexe», explique Cook. « , , , , … , ».
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Compétition
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Selon Sachdev, l'interface utilisateur sera importante pour ce marché. Vous devez couvrir la Terre avec un système facile à utiliser, efficace et économique. "Mais cela ne suffit pas", explique Sachdev. "Vous avez besoin d'un nombre suffisant de capacités, et avant cela, vous devez fournir des prix abordables pour l'équipement client."Qui est responsable de la réglementation?
Deux gros problèmes que SpaceX a dû résoudre avec la FCC étaient de savoir comment le spectre des communications par satellite existantes (et futures) serait réparti et comment empêcher les débris spatiaux. La première question concerne la compétence de la FCC, mais la seconde semble plus appropriée pour la NASA ou le département américain de la Défense. Les deux suivent les objets orbitaux pour éviter les collisions, mais aucun d'entre eux n'est un organisme de réglementation.
"En fait, il n'y a pas de bonne politique coordonnée concernant ce que nous devons faire avec les débris spatiaux", explique Stanford Manchester. «À l'heure actuelle, ces personnes ne communiquent pas efficacement entre elles et il n'y a pas de politique cohérente.»
Le problème est encore plus compliqué car les satellites LEO traversent de nombreux pays. L'Union internationale des télécommunications joue un rôle similaire à la FCC, attribuant des spectres, mais pour le travail domestique, une entreprise doit obtenir l'autorisation de ce pays. Par conséquent, les satellites LEO devraient pouvoir faire varier les gammes spectrales utilisées en fonction du pays dans lequel ils se trouvent.
«Voulez-vous vraiment que SpaceX ait le monopole de la connectivité dans cette région?», S'enquiert la presse. "Il est nécessaire de réglementer leurs activités, et qui a le droit de le faire?" Ils sont supranationaux. La FCC n'a aucune juridiction dans d'autres pays. »
Cependant, cela ne rend pas la FCC impuissante. À la fin de l'année dernière, une petite start-up de la Silicon Valley appelée Swarm Technologies n'a pas été autorisée à lancer quatre prototypes de satellites de communication LEO, chacun plus petit qu'un livre de poche. La principale objection de la FCC était que les petits satellites peuvent être trop compliqués à suivre et donc imprévisibles et dangereux.
Swarm les a quand même lancés. Une société basée à Seattle en orbite autour d'un satellite les a envoyés en Inde, où ils sont partis sur une fusée transportant des dizaines de plus gros satellites, selon IEEE Spectrum. La FCC a découvert cela et a infligé une amende de 900 000 $ à la société, qui doit être payée dans les 5 ans, et maintenant la demande de Swarm pour quatre satellites plus importants est dans les limbes, la société travaille secrètement. Cependant, il y a quelques jours, des informations ont annoncé que
150 petits satellites avaient été approuvés. En général, l'argent et la capacité de négocier - décidés. Le poids des satellites est de 310 à 450 grammes, il y a actuellement 7 satellites en orbite, et le réseau complet sera déployé mi-2020. Le dernier rapport suggère qu'environ 25 millions de dollars ont déjà été investis dans l'entreprise, ce qui ouvre l'accès au marché non seulement aux sociétés mondiales.
Pour les autres futures sociétés Internet par satellite et les sociétés existantes qui explorent de nouvelles astuces, les quatre à huit prochaines années seront cruciales - elles détermineront s'il y a une demande pour leur technologie ici et maintenant, ou nous verrons une répétition de l'histoire avec Teledesic et Iridium. Mais que se passera-t-il après? Mars, selon Mask, son objectif est d'utiliser Starlink pour fournir des revenus pour l'exploration de Mars, ainsi que pour effectuer un test.
"Nous pourrions utiliser le même système pour créer un réseau sur Mars", a-t-il déclaré à son personnel. "Mars aura également besoin d'un système de communication mondial, et il n'y a pas de lignes de fibre optique, pas de fils ou quoi que ce soit."
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