Cet article est issu d'une série sur les technologies éducatives dans les technologies spatiales .
Starlink - Le plan de SpaceX de distribuer Internet via des dizaines de milliers de satellites est le thème principal de la presse spatiale. Des articles sur les dernières réalisations sont publiés chaque semaine. Si, en général, le schéma est clair, mais après avoir lu les rapports de la Federal Communications Commission , une personne bien motivée (par exemple, votre humble serviteur) peut déterrer beaucoup de détails. Cependant, il existe encore de nombreuses idées fausses associées à cette nouvelle technologie, même parmi les observateurs éclairés. Il y a souvent des articles dans lesquels Starlink est comparé à OneWeb et Kuiper (entre autres) comme s'ils se faisaient concurrence sur un pied d'égalité. D'autres auteurs, clairement préoccupés par le bien de la planète, crient sur les débris spatiaux, la loi spatiale, les normes et la sécurité de l'astronomie. J'espère qu'après avoir lu cet article plutôt long, le lecteur comprendra mieux et imprègnera l'idée de Starlink.
L'article précédent a touché de façon inattendue un fil sensible dans l'âme de mes quelques lecteurs. Dans ce document, j'ai expliqué comment Starship conduirait SpaceX à la tête pendant longtemps et fournirait en même temps un mécanisme pour une nouvelle exploration spatiale. Le sous-texte est que l'industrie traditionnelle des satellites n'est pas en mesure de suivre SpaceX, qui augmente régulièrement sa puissance et réduit le coût de la famille de fusées Falcon, mettant SpaceX dans une position difficile. D'une part, il constituait un marché valant au mieux plusieurs milliards de dollars par an. D'un autre côté, cela a suscité un appétit infatigable pour l'argent - pour construire une énorme fusée, sur laquelle, cependant, il n'y avait presque personne à envoyer sur Mars, et il n'y avait aucune raison d'attendre un profit immédiat.
La solution à ce problème d'appariement est Starlink. En assemblant et en lançant ses propres satellites, SpaceX serait en mesure de créer et de définir un nouveau marché pour un accès hautement efficace et démocratisé aux communications via l'espace, de fournir un afflux de fonds pour la construction d'une fusée avant qu'elle ne noie la société et d'augmenter sa valeur économique à des milliards de dollars. Ne sous-estimez pas la portée des ambitions d'Ilon. Au total, il n'y a pas beaucoup d'industries où tournent des milliards de dollars: énergie, transport à grande vitesse, communications, informatique, santé, agriculture, gouvernement, défense. Malgré les idées fausses courantes, le forage spatial , la production d'eau de lune et les panneaux solaires spatiaux ne sont pas des entreprises viables. Ilon a envahi le secteur de l'énergie avec sa Tesla, mais seules les télécommunications offriront un marché fiable et spacieux pour les satellites et les lancements de fusées.
Pour la première fois, Elon Musk a tourné son regard vers l'espace, quand il a voulu investir 80 millions de dollars dans une mission pour faire pousser des plantes sur une sonde martienne sans laisser de trace. Construire une ville sur Mars coûtera probablement 100 000 fois plus, donc Starlink est le principal pari de Musk sur la fourniture de beaucoup d'argent si nécessaire pour parrainer une ville autonome sur Mars .
Pour quoi?
J'avais prévu cet article il y a longtemps, mais la semaine dernière seulement, j'avais une image complète. Ensuite, le président de SpaceX, Gwynn Shotwell, a accordé à Rob Baron une excellente interview, qu'il a ensuite mise en évidence pour CNBC sur Michael Schitz, un excellent fil Twitter , auquel plusieurs articles ont été consacrés. Cette interview a montré une énorme différence dans les approches des communications par satellite entre SpaceX et tout le monde.
Le concept Starlink est né en 2012, lorsque SpaceX s'est rendu compte que leurs clients - principalement des fournisseurs de services par satellite - avaient d'énormes sommes d'argent. Les rampes de lancement décomposent les prix du déploiement des satellites et en même temps, d'une certaine manière, ratent une étape du travail - comment cela? Ilon rêvait de créer une constellation de satellites pour Internet et, incapable de résister à la tâche presque impossible, a filé le processus. Le développement de Starlink n'a pas été sans difficultés , mais à la fin de cet article, mon lecteur, vous serez probablement surpris de voir à quel point ces difficultés sont vraiment minimes - étant donné la portée de l'idée.
Un tel regroupement est-il absolument nécessaire pour Internet? Et pourquoi maintenant?
Ce n'est que dans ma mémoire qu'Internet est passé du cocooning purement académique à la première et unique infrastructure révolutionnaire. Ce n'est pas un sujet auquel un article détaillé devrait être consacré, mais je suppose que dans le monde, le besoin d'Internet et les revenus qu'il apporte continueront de croître d'environ 25% par an.
Aujourd'hui, la quasi-totalité d'entre nous obtient Internet d'un petit nombre de monopoles géographiquement isolés. Aux États-Unis, AT&T, Time Warner, Comcast et une poignée de petits joueurs ont divisé le territoire pour éviter la concurrence, déchirant les services en trois skins et se prélassant dans les rayons de la haine presque universelle.
Pour un comportement non concurrentiel, les fournisseurs ont une bonne raison - en plus de la cupidité dévorante. La construction d'infrastructures pour Internet - tours de cellules micro-ondes et fibre optique - est très, très chère. La merveilleuse nature d'Internet est facile à oublier. Ma grand-mère est d'abord allée travailler pendant la Seconde Guerre mondiale en tant que signaleur, et le télégraphe a ensuite concouru pour un rôle stratégique de premier plan avec les pigeons voyageurs! Pour la plupart d'entre nous, l'autoroute de l'information est quelque chose d'éphémère, d'intangible, mais des fragments voyagent à travers le monde physique, qui a des frontières, des rivières, des montagnes, des océans, des tempêtes, des catastrophes naturelles et d'autres obstacles. En 1996, lorsque la première ligne de fibre optique a été posée sur le plancher océanique, Neil Stevenson a écrit un essai exhaustif sur le cyber-tourisme . Avec son style pointu et caractéristique, il décrit clairement le coût et la complexité de la pose de ces lignes, le long desquelles les maudits "cottages" sont tout de même portés. Pour la plupart des années 2000, les câbles ont été tirés à un point tel que le coût de déploiement était incroyable.
À une certaine époque, j'ai travaillé dans un laboratoire d'optique et (si la mémoire est bonne), nous avons battu le record de cette époque en émettant une vitesse de transmission multiplex de 500 Gb / s. Les restrictions électroniques ont permis à chaque fibre d'être chargée à 0,1% du débit théorique. Quinze ans plus tard, nous sommes prêts à dépasser le seuil: si le transfert de données le dépasse, la fibre fondra, et nous en sommes déjà très proches.
Mais il est nécessaire d'élever le flux de données au-dessus de la terre coupable - dans l'espace, où en cinq ans le satellite vole librement autour de la «balle» 30 000 fois. Une solution évidente, semble-t-il - alors pourquoi personne ne l’a-t-elle prise auparavant?
La constellation de satellites Iridium, développée et déployée par Motorola au début des années 1990 (vous vous en souvenez encore?), Est devenue le premier réseau mondial de communications en orbite basse (comme il est tentant de le décrire dans ce livre ). Au moment de son déploiement, la capacité de niche d'acheminer de petits paquets de données à partir d'actifs trackers s'est avérée être sa seule utilisation: les téléphones portables sont devenus si bon marché que les téléphones par satellite ne se sont jamais arrêtés. Iridium avait 66 satellites (plus quelques autres de rechange) sur 6 orbites - le minimum pour couvrir la planète entière.
Si Iridium avait 66 satellites, alors pourquoi des dizaines de milliers de SpaceX? En quoi est-elle si différente?
SpaceX est entré dans cette entreprise par le côté opposé - il a commencé par des lancements. Elle est devenue une pionnière dans le domaine de la conservation du lanceur et a ainsi pris possession du marché des rampes de lancement bon marché. Les tentatives d'interrompre leur offre à un prix inférieur n'apporteront pas beaucoup d'argent, donc la seule façon de souder d'une manière ou d'une autre leur capacité excédentaire est de devenir leur client. Le coût de SpaceX pour lancer ses propres satellites est un dixième du coût (pour 1 kg) d'Iridium, et ils peuvent donc pénétrer un marché beaucoup plus large.
La portée mondiale de Starlink vous fournira un accès Internet de haute qualité partout dans le monde. Pour la première fois, la disponibilité d'Internet ne dépendra pas de la proximité d'un pays ou d'une ville à la ligne de fibre, mais de la pureté du ciel au-dessus de votre tête. Partout dans le monde, les utilisateurs auront accès à l'Internet libre des entraves, indépendamment du leur, à des degrés divers, des monopoles gouvernementaux mauvais et / ou malhonnêtes. La capacité de Starlink à briser ces monopoles catalyse d'incroyables changements positifs à grande échelle qui rassembleront enfin des milliards de personnes dans la communauté cybernétique mondiale de l'avenir.
Une petite digression lyrique: qu'est-ce que cela signifie même?
Pour les personnes qui grandissent aujourd'hui, à une époque de connectivité omniprésente, Internet est comme l'air que nous respirons. Il est juste. Mais c'est - si vous oubliez son incroyable pouvoir d'apporter des changements positifs - et nous sommes déjà en leur centre. Avec l'aide d'Internet, les gens peuvent demander des comptes à leurs dirigeants, communiquer avec d'autres personnes à l'autre bout du monde, partager leurs pensées, inventer quelque chose de nouveau. Internet unit l'humanité. L'histoire de la modernisation est l'histoire du développement des capacités de partage de données. Tout d'abord, à travers des discours et de la poésie épique. Puis - sur une lettre qui donne une voix aux morts, et ils se tournent vers les vivants; l'écriture vous permet de stocker des données et rend possible la communication asynchrone. La presse écrite a mis en production l'actualité. Communication électronique - transfert de données accéléré dans le monde entier. Les appareils personnels pour stocker des notes sont progressivement devenus plus complexes, passant des ordinateurs portables aux téléphones portables, chacun étant un ordinateur connecté à Internet, bourré de capteurs et prédisant chaque jour mieux nos besoins.
Une personne qui utilise l'écriture et un ordinateur dans le processus de cognition est plus susceptible de surmonter les limites d'un cerveau imparfaitement développé. Encore plus heureux que les téléphones portables soient à la fois de puissants dispositifs de stockage de données et un mécanisme d'échange d'idées. Si les personnes précédentes, partageant leurs pensées, se sont appuyées sur le discours qui a été griffonné dans les cahiers, c'est aujourd'hui la norme - si les cahiers eux-mêmes partagent des idées que les gens ont générées. Le schéma traditionnel a subi une inversion. La suite logique du processus est une forme de métacognition collective, à travers des dispositifs personnels qui sont encore plus étroitement intégrés dans notre cerveau et connectés les uns aux autres. Et même si nous sommes toujours nostalgiques du lien perdu avec la nature et la solitude, il est important de se rappeler que la technologie et seule la technologie est responsable de la part du lion de notre libération des cycles "naturels" de l'ignorance, de la mort prématurée (qui peut être évitée), de la violence, de la faim et de la carie dentaire.
Comment?
Parlons du modèle d'affaires et de l'architecture du projet Starlink.
Pour que Starlink devienne une entreprise rentable, l'afflux de fonds doit dépasser les coûts de construction et d'exploitation. Traditionnellement, l'investissement implique une augmentation des coûts initiaux, l'utilisation de mécanismes de financement et d'assurance spécialisés sophistiqués - le tout pour lancer un satellite. Un satellite de communication géostationnaire peut coûter 500 millions de dollars et son assemblage et son lancement peuvent prendre 5 ans. Par conséquent, les entreprises de ce domaine construisent simultanément des navires à réaction ou des porte-conteneurs. Des dépenses gigantesques, un afflux de fonds qui couvre à peine les frais de financement et un budget de fonctionnement relativement faible. À l'inverse, l'effondrement de l'Iridium d'origine a été que Motorola a forcé l'opérateur à payer des frais de licence mortels, mettant la société en faillite en quelques mois seulement.
Pour mener à bien une telle entreprise, les sociétés satellites traditionnelles devaient servir des clients privés et facturer des taux de transfert de données élevés. Les compagnies aériennes, les avant-postes éloignés, les navires, les zones de guerre et les infrastructures clés paient environ 5 $ par 1 Mo, ce qui est 5000 fois plus cher que les communications ADSL traditionnelles, malgré le retard dans la transmission des données et la bande passante satellite relativement faible.
Starlink prévoit de concurrencer les fournisseurs de services terrestres, ce qui signifie qu'elle devra fournir des données moins chères et, idéalement, prendre beaucoup moins de 1 $ pour 1 Mo. Est-ce possible? Ou, si cela est possible, il faut se demander: comment est-ce possible?
Le premier ingrédient du nouveau plat est un lancement bon marché. Aujourd'hui, Falcon vend un lancement de 24 tonnes pour environ 60 millions de dollars, soit 2 500 dollars par kilogramme. Il s'avère cependant que les coûts internes sont bien plus importants. Les satellites Starlink seront lancés sur des lanceurs réutilisables, donc le coût marginal d'un lancement est le coût d'une nouvelle deuxième étape (quelque part autour de 4 millions de dollars), de carénages (1 million) et d'un support au sol (~ 1 million). Total: environ 100000 dollars par satellite, soit plus de 1000 fois moins cher que le lancement d'un satellite de communication conventionnel.
La plupart des satellites Starlink seront cependant lancés sur Starship. En effet, l'évolution de Starlink, comme le montrent les rapports mis à jour de la FCC, donne un aperçu de la façon dont, comme l'idée de Starship a été mise en œuvre, l' architecture interne du projet s'est développée . Le nombre total de satellites dans la constellation est passé de 1 584 à 2 825, puis à 7 518 et, enfin, à 30 000. Selon les accumulations brutes, le chiffre est encore plus élevé. Le nombre minimum de satellites pour la première étape de développement pour qu'un projet soit viable est de 60 pièces sur 6 orbites (360 au total), tandis que 24 orbites de 60 satellites (1440 au total) sont nécessaires pour une couverture complète à moins de 53 degrés de l'équateur. Il s'agit de 24 lancements pour Falcon pour quelque 150 millions de dollars de coûts domestiques. Starship est conçu pour lancer jusqu'à 400 satellites à la fois, à peu près au même prix. Les satellites Starlink seront remplacés tous les 5 ans, donc 6 000 satellites nécessiteront 15 lancements Starship par an. Il en coûtera environ 100 millions / an, soit 15 000 / satellite. Chaque satellite affiché sur le Falcon pèse 227 kg; les satellites levés sur Starship pouvaient peser 320 kg et transporter des instruments tiers, être légèrement plus grands et en même temps ne pas dépasser la charge admissible.
Qu'est-ce qui fait le coût des satellites? Parmi les frères, les satellites Starlink sont quelque peu inhabituels. Ils sont assemblés, stockés et lancés sous forme plate et sont donc extrêmement simples en production de masse. Comme l'expérience le montre, le coût de production devrait à peu près égal au coût du lanceur. Si la différence de prix est importante, les ressources sont affectées de manière incorrecte, car une réduction complète des coûts marginaux tout en réduisant les coûts n'est pas si grande. Est-ce vraiment 100 000 dollars par satellite pour le premier lot de plusieurs centaines - est-ce réel? En d'autres termes, le satellite Starlink dans l'appareil n'est-il pas plus complexe qu'une machine?
Pour répondre pleinement à cette question, vous devez comprendre pourquoi le coût d'un satellite de communication orbitale est 1000 fois plus élevé, même s'il n'est pas 1000 fois plus compliqué. Pour faire simple, avec quelle joie l'espace «fer» est-il si cher? Il existe de nombreuses raisons à cela, mais la plus convaincante dans ce cas est la suivante: si le lancement d'un satellite en orbite (avant Falcon) coûte plus de 100 millions d'euros, il devrait être garanti qu'il fonctionnera pendant de nombreuses années - afin de générer au moins des bénéfices. Assurer une telle fiabilité dans le fonctionnement du premier et unique produit est un processus douloureux et peut durer des années, nécessitant les efforts de centaines de personnes. Ajoutez à cela les coûts, et maintenant il est facile de justifier des processus supplémentaires, car le lancement est déjà cher.
Starlink rompt ce paradigme en créant des centaines de satellites, en corrigeant rapidement les premiers défauts de conception et en utilisant des techniques de production de masse pour gérer les coûts. Il m'est facile d'imaginer personnellement le convoyeur Starlink, sur lequel le technicien intègre quelque chose de nouveau dans la structure et fixe le tout avec une chape en plastique (niveau NASA, bien sûr) en une heure ou deux, en maintenant le niveau de remplacement requis de 16 satellites / jour. Le satellite Starlink se compose de nombreux détails délicats, mais je ne vois pas les raisons pour lesquelles, par la millième unité sortant de la chaîne de montage, son coût ne peut pas être abaissé à 20 000. En effet, en mai, Ilon a écrit sur Twitter que le coût de production du satellite était déjà inférieur au coût de lancement .
Prenez le cas moyen et analysez le temps de récupération en arrondissant les chiffres. Un satellite Starlink, qui coûte 100 000 $ à assembler et à lancer, fonctionne depuis 5 ans. Va-t-il payer pour lui-même, et si oui, combien de temps?
Pendant 5 ans, le satellite Starlink volera 30 000 fois autour de la Terre. Dans chacun de ces tours d'une heure et demie, il passera la plupart du temps sur l'océan et, probablement, 100 secondes sur une ville densément peuplée. Dans cette courte fenêtre, il diffuse des données, pressé de gagner de l'argent. Si nous supposons que l'antenne prend en charge 100 faisceaux et que chaque faisceau transmet 100 Mb / s en utilisant un codage moderne tel que 4096QAM , le satellite génère un profit de 1000 $ par révolution - à un prix d'abonnement de 1 $ pour 1 Go. Cela suffit pour rembourser le coût de déploiement de 100 000 en une semaine et simplifie considérablement la structure du capital. Les 29 900 tours restants sont des bénéfices, nets des coûts fixes.
Les chiffres estimés peuvent varier considérablement dans les deux sens. Mais dans tous les cas, si vous êtes en mesure de lancer une constellation de satellites de faible qualité pour 100 000 - ou même pour 1 million / unité - c'est une demande sérieuse. Même en tenant compte du temps d'utilisation ridiculement court, le satellite Starlink est capable de fournir 30 Pb de données sur sa durée de vie à un coût amorti de 0,003 $ pour 1 Go. Dans le même temps, lors du transfert sur de plus longues distances, les coûts marginaux n'augmentent pratiquement pas.
Pour comprendre l'importance de ce modèle, comparons-le rapidement avec deux autres modèles de fourniture de données aux consommateurs: le traditionnel est le câble à fibre optique et la constellation de satellites offerte par une entreprise qui n'est pas spécialisée dans les lancements de satellites.
SEA-WE-ME, un grand câble Internet sous-marin reliant la France et Singapour, a été mis en service en 2005. — 1,28 /., — 500 . . 10 100% , 100% , 0,02 1 . , — , . Starlink 8 , « ».
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L'architecture
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Permettez-moi de vous rappeler qu'au sein de ce tore, la communication se fait entre satellites voisins. D'une manière générale, il n'y a pas de connexions directes et continues entre satellites dans différentes couches, car les vitesses d'approche pour le guidage laser sont trop élevées. Le chemin de données entre les couches, à son tour, passe au-dessus ou en dessous du tore.
Au total, 30 000 satellites seront situés dans 11 tores fermés, loin derrière l'orbite de l'ISS! Ce diagramme montre comment toutes ces couches sont empaquetées, sans excentricité exagérée.
Et enfin, vous devriez penser à l'altitude de vol optimale. Il y a un dilemme: basse altitude, qui donne plus de bande passante avec des rayons plus petits, ou gros - qui vous permet de couvrir la planète entière avec moins de satellites? Au fil du temps, les rapports FCC de SpaceX parlaient de hauteurs toujours plus petites, car avec Starship amélioré, il est possible de déployer rapidement des groupes plus importants.
La basse altitude présente d'autres avantages, notamment un risque réduit de collision avec des débris spatiaux ou les conséquences négatives d'une défaillance de l'équipement. En raison de l'augmentation de la résistance atmosphérique, les satellites Starlink (330 km) situés en dessous des autres s'éteindront en quelques semaines après avoir perdu le contrôle de l'orientation. En effet, 300 km est l'altitude à laquelle les satellites volent à peine, et le maintien de l'altitude nécessitera le moteur-fusée électrique intégré Krypton, ainsi qu'une conception rationalisée. Théoriquement, le satellite est assez pointu, sur un moteur-fusée électrique, il peut maintenir de manière stable une altitude de 160 km, mais SpaceX ne lancera probablement pas des satellites si bas, car il y a encore quelques astuces pour augmenter le débit.
Limites de la physique fondamentale
Il semble peu probable que les prix de placement des satellites tombent bien en dessous de 35000, même si la production est avancée et entièrement automatisée, et que les vaisseaux Starship sont entièrement réutilisables, et on ne sait pas encore quelles restrictions le physicien imposera au satellite. L'analyse ci-dessus suppose un débit de pointe de 80 Gb / s. (si vous arrondissez jusqu'à 100 rayons, dont chacun est capable de transmettre 100 Mo / s).
La limite de bande passante maximale est fixée dans le théorème de Shannon-Hartley et est donnée dans les statistiques sur la bande passante (1 + SNR). La bande passante est souvent limitée par le spectre disponible , tandis que le SNR est limité par l'énergie satellite disponible , le bruit de fond et le bruit de canal en raison d' antennes non idéales . Un autre obstacle notable est la vitesse de traitement. Les derniers FPGA Xilinx Ultrascale + ont une bande passante série GTM jusqu'à 58 Gb / s. ce qui est bon dans les limites actuelles de la capacité d'information du canal sans développer d'ASIC personnalisés. Mais même alors, 58 Gb / s. nécessitent une distribution de fréquences impressionnante, très probablement dans les bandes Ka- ou V. V (40–75 GHz) a des cycles plus accessibles, mais est soumis à une plus grande absorption atmosphérique, en particulier dans les zones de forte humidité.
100 rayons sont-ils pratiques? Ce problème a deux aspects: la largeur du faisceau et la densité d'un élément de réseau phasé. La largeur du faisceau est déterminée par la longueur d'onde divisée par le diamètre de l'antenne. L'antenne numérique à réseau phasé est toujours une technologie spécialisée, mais les dimensions utiles maximales sont déterminées par la largeur du four de refusion (environ 1 m), et l'utilisation des communications par radiofréquence est plus coûteuse. La longueur d'onde dans la bande Ka est d'environ 1 cm, tandis que la largeur du faisceau doit être de 0,01 radian - avec une largeur de spectre de 50% de l'amplitude. Supposons que l'angle solide du faisceau soit de 1 stéradian (similaire à la couverture de l'objectif d'une caméra de 50 mm), alors 2500 rayons séparés suffiront dans cette région. La linéarité implique que 2500 rayons nécessiteront un minimum de 2500 éléments d'antenne dans le réseau, ce qui, en principe, est réel, bien que difficile. Et tout cela sera très chaleureux!
Un total de 2500 canaux, dont chacun prend en charge 58 Gb / s, est une énorme quantité d'informations - si grosso modo, alors 145 Tb / s. À titre de comparaison, tout le trafic Internet en 2020 devrait atteindre en moyenne 640 Tb / s . Bonne nouvelle pour ceux qui sont préoccupés par la bande passante fondamentalement faible de l'Internet par satellite. Si la constellation de 30 000 satellites est opérationnelle d'ici 2026, le trafic Internet mondial sera potentiellement de 800 Tb / s. Si la moitié de ce volume sera fournie par ~ 500 satellites sur des zones densément peuplées à un moment donné, alors le débit de pointe pour chaque satellite sera d'environ 800 Gb / s, ce qui est 10 fois plus élevé que selon nos calculs de base initiaux, t. e. l'afflux de financements croît potentiellement 10 fois.
Pour un satellite en orbite de 330 km, un faisceau de 0,01 radian couvre une superficie de 10 km2. Dans des zones particulièrement densément peuplées comme Manhattan, jusqu'à 300 000 personnes vivent dans une telle zone. Et s'ils s'asseyaient tous pour regarder Netflix à la fois (7 Mb / s en qualité HD)? La demande totale de données sera de 2 000 Go / s, soit environ 35 fois plus que la limite stricte actuelle imposée par l'interface de sortie série FPGA. Il existe deux façons de sortir de cette situation, dont une seule est physiquement possible.
La première consiste à mettre plus de satellites en orbite, de sorte qu'à tout moment donné au-dessus des zones de demande accrue, plus de 35 pièces pendent. Si nous prenons à nouveau 1 stéradian pour une étendue de ciel adressable acceptable et une altitude orbitale moyenne de 400 km, nous obtenons une densité de groupe de 0,0002 / km2, soit 100 000 au total - si vous les répartissez uniformément sur toute la surface du globe. Rappelons que les orbites SpaceX sélectionnées augmentent fortement la densité de couverture sur des zones densément peuplées à 20–40 degrés de latitude nord, et maintenant le nombre de 30 000 satellites semble magique.
La deuxième idée est beaucoup plus cool, mais, malheureusement, n'est pas réalisable. Rappelons que la largeur du faisceau est déterminée par la largeur de l'antenne réseau en phase. Et si plusieurs réseaux sur plusieurs satellites connectent les puissances, créant un faisceau plus étroit - tout comme les radiotélescopes comme le même VLA (très grand système d'antenne)? Cette méthode est lourde d'une complexité: la base entre les satellites devra être soigneusement calculée - précise à un submillimètre - afin de stabiliser la phase du faisceau. Et même si cela était possible, le faisceau résultant ne contiendrait guère les lobes latéraux, en raison de la faible densité de la constellation de satellites dans le ciel. Sur terre, la largeur du faisceau se rétrécirait à quelques millimètres (suffisamment pour suivre l'antenne d'un téléphone portable), mais il y en aurait des millions en raison d'une faible réduction à zéro intermédiaire. Grâce à la malédiction du réseau d'antennes aminci .
Il s'avère que la séparation des canaux par la diversité angulaire - parce que les satellites sont répartis dans le ciel - fournit des améliorations adéquates du débit sans violer les lois de la physique.
Candidature
Quel est le profil client Starlink? Par défaut, des centaines de millions d'utilisateurs ont des antennes de toit sur les toits de leurs maisons, mais il existe d'autres sources de revenus élevés.
Dans les zones éloignées et rurales, les stations au sol n'ont pas besoin d'antennes multiéléments pour maximiser la largeur du faisceau, de sorte qu'une unité d'abonné plus petite peut être utilisée: des dispositifs de suivi des actifs IoT aux téléphones satellites portables, aux balises de détresse ou aux dispositifs de suivi des animaux scientifiques.
Dans les environnements urbains densément peuplés, Starlink fournira un réseau de transport principal et de secours pour le réseau cellulaire. Il sera possible d'installer une station au sol haute performance au sommet de chaque tour de cellule, mais utiliser des alimentations au sol pour amplifier et transmettre à travers le «dernier kilomètre».
Et enfin, même dans les zones surpeuplées lors du déploiement initial, il est possible d'utiliser des satellites à orbite basse avec un retard extrêmement minime. Les sociétés financières elles-mêmes mettent beaucoup d'argent entre vos mains - juste pour obtenir au moins un peu plus rapidement des données vitales du monde entier. Et même si les données via Starlink ont un chemin plus long que d'habitude - dans l'espace - la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est 50% plus élevée que dans le verre de quartz, et cela fait plus que compenser la différence lors de la transmission sur de longues distances.
Effets négatifs
La dernière section est consacrée aux conséquences négatives. Le but de l'article est de vous débarrasser des idées fausses sur le projet, et des conséquences négatives potentielles des conflits qui en causent le plus. Je vais donner quelques informations, en évitant toute interprétation excessive. Je ne suis toujours pas clairvoyant et je n'ai aucun initié de SpaceX.
À mon avis, les conséquences les plus graves sont un accès accru à Internet. Même dans ma ville natale de Pasadena, une ville de plus d'un million de personnes dynamique et techniquement avancée avec plusieurs observatoires, une université de classe mondiale et le plus grand centre de la NASA, le choix en matière de services Internet est très limité. Aux États-Unis et dans le reste du monde, Internet est devenu un service public axé sur la location, et les fournisseurs ne pourraient obtenir leurs 50 millions de dollars par mois que dans un environnement confortable et non concurrentiel. Peut-être que tout service fourni aux appartements et aux immeubles résidentiels est un appartement communal, mais la qualité des services Internet est moins uniforme que l'eau, l'électricité ou le gaz.
Le problème avec le statu quo est que, contrairement à l'eau, l'électricité ou le gaz, Internet est encore jeune et se développe rapidement. Nous en trouvons constamment de nouvelles utilisations. Le plus révolutionnaire n'est toujours pas ouvert, mais les forfaits étouffent la possibilité de concurrence et d'innovation. Des milliards de personnes sont exclues de la révolution numérique en raison des circonstances de la naissance ou parce que leur pays est trop éloigné du tronc du câble sous-marin. Les satellites géostationnaires fournissent toujours Internet à de grandes régions de la planète à un prix d'éviction.
Starlink, qui distribue continuellement Internet depuis le ciel, viole ce modèle. Je ne connais pas encore une autre meilleure façon de connecter des milliards de personnes à Internet. SpaceX est en passe de devenir un fournisseur de services Internet et, potentiellement, une société Internet en concurrence avec Google et Facebook. Je parie que vous n'y avez jamais pensé.
Le fait que l'Internet par satellite soit la meilleure option n'est pas évident. SpaceX et seulement SpaceX sont en mesure de créer rapidement une vaste constellation de satellites, car elle seule a tué une décennie pour briser le monopole gouvernement-militaire sur le lancement de vaisseaux spatiaux. Même si Iridium avait décuplé les téléphones portables sur le marché, il n'aurait toujours pas été largement utilisé à l'aide de tablettes traditionnelles. Sans SpaceX et son modèle commercial unique, il est probable que l'Internet mondial par satellite ne se produira tout simplement jamais.
Le deuxième coup dur sera en astronomie. Après le lancement des 60 premiers satellites Starlink, une vague de critiques a commencé de la part de la communauté astronomique internationale, affirmant qu'un nombre considérablement accru de satellites bloquerait leur accès au ciel nocturne. Il y a un dicton: parmi les astronomes, le plus froid avec le plus grand télescope. Sans exagération, s'engager dans l'astronomie à l'ère moderne est une tâche architecturale, qui rappelle une lutte continue pour améliorer la qualité de l'analyse dans le contexte d'une pollution lumineuse croissante et d'autres sources de bruit.
Surtout, l'astronome a besoin de milliers de satellites brillants qui scintillent au centre du télescope. En effet, le premier groupe d'Iridium a gagné en notoriété pour avoir donné de la "lumière" à cause de grands panneaux qui réfléchissaient la lumière du soleil sur de petites zones de la Terre. Il arriva qu'ils atteignirent la luminosité d'un quart de la lune et endommagèrent même accidentellement des capteurs astronomiques sensibles. Les craintes que Starlink envahisse les bandes radio utilisées en radioastronomie ne sont pas infondées.
Si vous téléchargez l'application de suivi par satellite, vous pouvez voir des dizaines de satellites voler dans le ciel par une soirée claire. Les satellites sont visibles après le coucher du soleil et avant l'aube, mais uniquement lorsqu'ils sont éclairés par les rayons du soleil. Plus tard, pendant la nuit, les satellites sont invisibles à l'ombre de la Terre. Minuscules, extrêmement distants, ils se déplacent très vite. Il y a une chance qu'ils obscurcissent une étoile éloignée pendant moins d'une milliseconde, mais je pense que même la détecter est une hémorroïde de plus.
Une forte inquiétude due à l'éclat du ciel est née car la première couche de satellite de lancement a été construite près du terminateur terrestre, c'est-à-dire nuit après nuit, l'Europe - et c'était l'été - regardait une image épique de la façon dont les satellites volent dans le ciel au crépuscule du soir. De plus, des simulations basées sur des rapports de la FCC ont montré que les satellites en orbite à 1 150 km seront visibles même après le passage du crépuscule astronomique. En général, le crépuscule passe par trois étapes: civile, marine et astronomique, c'est-à-dire lorsque le soleil est à 6, 12 et 18 degrés sous l'horizon, respectivement. À la fin du crépuscule astronomique, les rayons du soleil sont situés à environ 650 km de la surface au zénith, bien au-delà de l'atmosphère et de la majeure partie de l'orbite terrestre basse. Sur la base des données du site Starlink , je pense que tous les satellites seront placés à une altitude inférieure à 600 km. Dans ce cas, ils peuvent être vus au crépuscule, mais pas après la tombée de la nuit, ce qui réduira considérablement les conséquences potentielles pour l'astronomie.
Le troisième problème est celui des débris orbitaux. Dans un article précédent, j'ai souligné que les satellites et les débris à moins de 600 km quitteront leurs orbites d'ici quelques années en raison de la résistance atmosphérique, réduisant considérablement les risques de syndrome de Kessler. SpaceX interfère avec la saleté, comme s'ils ne pensaient pas du tout aux débris spatiaux. Ici, je regarde les détails de l'implémentation de Starlink, et il m'est difficile d'imaginer la meilleure façon de réduire la quantité de déchets en orbite.
Les satellites sont affichés à une altitude de 350 km, puis ils s'envolent sur leur orbite prévue à l'aide des moteurs intégrés. Chaque satellite mort au lancement sortira de son orbite dans quelques semaines et ne sera pas enroulé quelque part au-dessus des mille prochaines années. Un tel placement implique stratégiquement des tests d'entrée gratuite. De plus, les satellites Starlink sont plats en coupe transversale, ce qui signifie qu'en perdant le contrôle de l'altitude, ils pénètrent dans les couches denses de l'atmosphère.
Peu de gens savent que SpaceX est devenu un pionnier de l'astronautique, en commençant à utiliser d'autres types de montures au lieu de crocs. Presque toutes les rampes de lancement utilisent le squib lors du déploiement de marches, de satellites, de carénages, etc., etc., augmentant ainsi la quantité potentielle de déchets. SpaceX supprime également délibérément les marches supérieures de l'orbite, les empêchant de traîner dans l'espace pour toujours, afin qu'elles ne se décomposent pas là-bas et ne se décomposent pas dans un environnement spatial rigide.
Et enfin, le dernier problème que je voudrais mentionner est la chance que SpaceX remplacera le monopole existant sur Internet, en créant le sien. Dans sa niche, SpaceX a déjà monopolisé les lancements. Seul le désir des gouvernements rivaux d'obtenir un accès garanti à l'espace ne leur permet pas d'annuler des missiles coûteux et obsolètes, qui sont souvent assemblés par de grands entrepreneurs de défense monopolistiques.
Il n’est pas si difficile d’imaginer comment, en 2030, SpaceX lancera 6 000 de ses satellites par an, plus plusieurs satellites espions - à partir d’une ancienne mémoire. Les satellites SpaceX bon marché et fiables commenceront à vendre du «rack» pour les appareils tiers. Toute université qui a créé une caméra pouvant être utilisée dans l'espace pourra la mettre en orbite, et il ne sera pas nécessaire de couvrir les coûts de construction d'une plate-forme spatiale entière. Avec un accès à l'espace aussi avancé et illimité, Starlink est déjà associé aux satellites, tandis que les fabricants historiques appartiennent au passé.
Il existe des exemples de sociétés clairvoyantes dans l'histoire qui ont occupé un créneau si énorme sur le marché que leurs noms sont devenus des noms communs: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Un problème peut survenir lorsqu'une entreprise pionnière s'engage dans des pratiques anticoncurrentielles afin de maintenir sa part de marché, bien que cela n'ait souvent pas été interdit depuis le président Reagan. SpaceX pourrait conserver le monopole de Starlink en forçant d'autres développeurs de constellations de satellites à lancer des satellites sur de vieilles fusées soviétiques. Des mesures similaires prises par la société United Aircraft and Transportation , associées à la fixation du prix du courrier, l'ont conduit à s'effondrer en 1934. Heureusement, SpaceX est peu susceptible de maintenir pour toujours un monopole absolu sur les fusées réutilisables.
Plus inquiétant encore est le fait que le déploiement de SpaceX de dizaines de milliers de satellites en orbite basse peut être conçu comme une cooptation du domaine public. Une entreprise privée, poursuivant un gain personnel, acquiert la propriété permanente de positions orbitales autrefois généralement accessibles et inoccupées. Et bien que les innovations de SpaceX aient permis de vraiment gagner de l'argent dans le vide, la majeure partie du capital intellectuel de SpaceX a été construite sur les milliards de dollars alloués sur le budget de recherche.
D'une part, des lois sont nécessaires pour protéger l'investissement privé, la recherche et le développement. Sans cette protection, les innovateurs ne pourront pas financer des projets ambitieux ni déplacer leurs entreprises là où ils bénéficieront d'une telle protection. En tout cas, le public souffre car aucun profit n'est réalisé. , , , — , . , . SpaceX . , , .
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