Artikel ini adalah dari seri teknologi pendidikan dalam teknologi luar angkasa .
Starlink - Rencana SpaceX untuk mendistribusikan Internet melalui puluhan ribu satelit adalah tema utama dalam ruang pers. Artikel tentang pencapaian terbaru diterbitkan setiap minggu. Jika secara umum skemanya jelas, tetapi setelah membaca laporan di Komisi Komunikasi Federal , orang yang bermotivasi baik (katakanlah, hamba yang rendah hati) dapat menggali banyak detail. Namun, masih banyak kesalahpahaman yang terkait dengan teknologi baru ini, bahkan di antara pengamat yang tercerahkan. Seringkali ada artikel di mana Starlink dibandingkan dengan OneWeb dan Kuiper (antara lain) seolah-olah mereka bersaing dengan persyaratan yang sama. Para penulis lain, yang jelas sibuk dengan kebaikan planet ini, meneriakkan tentang puing-puing ruang angkasa, hukum ruang angkasa, standar dan keamanan astronomi. Saya harap setelah membaca artikel yang agak panjang ini, pembaca akan lebih memahami dan mengilhami ide Starlink.
Artikel sebelumnya secara tak terduga menyentuh utas sensitif dalam jiwa beberapa pembaca saya. Di dalamnya, saya menjelaskan bagaimana Starship akan memimpin SpaceX untuk memimpin untuk waktu yang lama dan pada saat yang sama menyediakan mekanisme untuk eksplorasi ruang angkasa baru. Subteksnya adalah bahwa industri satelit tradisional tidak mampu mengimbangi SpaceX, yang terus meningkatkan kapasitas dan menurunkan biaya keluarga roket Falcon, menempatkan SpaceX dalam kesulitan. Di satu sisi, itu membentuk nilai pasar, paling tidak, beberapa miliar setahun. Di sisi lain, itu membangkitkan selera uang yang tak kenal lelah - untuk membangun roket besar, di mana, bagaimanapun, hampir tidak ada yang mengirim ke Mars, dan tidak ada alasan untuk menunggu untung segera.
Solusi untuk masalah pemasangan ini adalah Starlink. Dengan merakit dan meluncurkan satelitnya sendiri, SpaceX akan dapat menciptakan dan menetapkan pasar baru untuk akses komunikasi yang sangat efisien dan demokratis melalui ruang, memberikan pemasukan dana untuk membangun roket sebelum menenggelamkan perusahaan, dan meningkatkan nilai ekonomisnya hingga triliunan. Jangan meremehkan cakupan ambisi Ilon. Secara total, tidak ada banyak industri di mana triliunan dolar berputar: energi, transportasi berkecepatan tinggi, komunikasi, TI, perawatan kesehatan, pertanian, pemerintah, pertahanan. Meskipun kesalahpahaman umum, pengeboran ruang , produksi air bulan dan panel surya ruang angkasa bukanlah bisnis yang layak. Ilon menyerbu sektor energi dengan Tesla-nya, tetapi hanya telekomunikasi yang akan menyediakan pasar yang andal dan luas untuk peluncuran satelit dan roket.
Untuk pertama kalinya, Elon Musk mengalihkan pandangannya ke luar angkasa, ketika dia ingin menginvestasikan $ 80 juta dalam sebuah misi untuk menanam tanaman di wahana Mars tanpa jejak. Membangun kota di Mars mungkin akan menelan biaya 100.000 kali lebih banyak, jadi Starlink adalah taruhan utama Musk untuk menyediakan banyak uang sehingga sangat dibutuhkan untuk mensponsori kota otonom di Mars .
Untuk apa?
Saya telah merencanakan artikel ini sejak lama, tetapi hanya minggu lalu saya memiliki gambaran yang lengkap. Kemudian presiden SpaceX, Gwynn Shotwell memberi Rob Baron wawancara hebat, yang kemudian disoroti untuk CNBC tentang Michael Schitz, utas Twitter yang luar biasa, yang mana beberapa artikel telah didedikasikan. Wawancara ini menunjukkan perbedaan besar dalam pendekatan komunikasi satelit antara SpaceX dan semua orang.
Konsep Starlink lahir pada 2012, ketika SpaceX menyadari bahwa pelanggan mereka - terutama penyedia layanan satelit - memiliki banyak uang. Bantalan peluncuran memecah harga untuk penyebaran satelit dan pada saat yang sama, dengan cara, kehilangan satu tahap kerja - bagaimana bisa begitu? Ilon bermimpi menciptakan konstelasi satelit untuk Internet dan, tidak mampu menolak tugas yang hampir mustahil, memutar prosesnya. Pengembangan Starlink bukan tanpa kesulitan , tetapi pada akhir artikel ini Anda, pembaca saya, mungkin akan terkejut betapa sulitnya kesulitan ini kecil - mengingat ruang lingkup ide tersebut.
Apakah pengelompokan besar seperti itu diperlukan untuk Internet? Dan mengapa sekarang?
Hanya dalam ingatan saya Internet berubah dari semula akademik murni menjadi infrastruktur revolusioner pertama dan satu-satunya. Ini bukan topik yang harus dikhususkan untuk artikel terperinci, tetapi saya akan berasumsi bahwa secara global kebutuhan akan Internet dan pendapatan yang dihasilkannya akan terus tumbuh sekitar 25% per tahun.
Saat ini, hampir semua dari kita mendapatkan Internet dari sejumlah kecil monopoli yang terisolasi secara geografis. Di AS, AT&T, Time Warner, Comcast, dan segelintir pemain yang lebih kecil membagi wilayah itu untuk menghindari persaingan, merobek-robek layanan dalam tiga kulit dan menikmati sinar kebencian yang hampir universal.
Untuk perilaku non-kompetitif, penyedia memiliki alasan yang bagus - selain keserakahan yang memakan banyak waktu. Membangun infrastruktur untuk Internet - menara sel microwave dan serat optik - sangat, sangat mahal. Sifat indah dari Internet mudah untuk dilupakan. Nenek saya pertama kali bekerja di Perang Dunia II sebagai pemberi sinyal, dan telegraf kemudian bersaing untuk mendapatkan peran strategis utama dengan merpati pos! Bagi kebanyakan dari kita, jalan raya informasi adalah sesuatu yang fana, tidak berwujud, tetapi bit bergerak melalui dunia fisik, yang memiliki perbatasan, sungai, gunung, lautan, badai, bencana alam, dan hambatan lainnya. Kembali pada tahun 1996, ketika garis serat optik pertama diletakkan di dasar laut, Neil Stevenson menulis esai lengkap tentang pariwisata dunia maya . Dengan gaya khasnya yang tajam, ia dengan jelas menggambarkan biaya semata-mata dan kerumitan dari meletakkan garis-garis ini, di mana kemudian "pondok-pondok" terkutuk itu dikenakan semua sama. Untuk sebagian besar tahun 2000-an, kabel ditarik sangat banyak sehingga biaya penyebarannya sangat mencengangkan.
Pada suatu waktu, saya bekerja di laboratorium optik dan (jika memori berfungsi), kami memecahkan rekor waktu itu dengan mengeluarkan kecepatan transmisi multipleks 500 Gb / s. Pembatasan elektronik memungkinkan setiap serat dimuat pada 0,1% dari throughput teoritis. Lima belas tahun kemudian, kami siap untuk melampaui ambang batas: jika transfer data melampaui itu, seratnya akan meleleh, dan kami sudah sangat dekat dengan ini.
Tetapi perlu untuk meningkatkan aliran data di atas bumi yang berdosa - ke ruang angkasa, di mana dalam lima tahun satelit dengan bebas terbang di sekitar "bola" 30.000 kali. Tampaknya, solusi yang jelas - jadi mengapa tidak ada yang mengambilnya sebelumnya?
Konstelasi satelit Iridium, dikembangkan dan digunakan oleh Motorola pada awal 1990-an (masih ingat?), Menjadi jaringan komunikasi rendah-orbit global pertama (karena tergoda untuk menjelaskan dalam buku ini ). Pada saat itu dikerahkan, kemampuan niche untuk merutekan paket kecil data dari pelacak aset ternyata menjadi satu-satunya penggunaannya: ponsel menjadi begitu murah sehingga telepon satelit tidak pernah berhenti. Iridium memiliki 66 satelit (ditambah beberapa lainnya) dalam 6 orbit - batas minimum yang mencakup seluruh planet.
Jika Iridium memiliki 66 satelit, lalu mengapa SpaceX puluhan ribu? Bagaimana dia sangat berbeda?
SpaceX memasuki bisnis ini dari ujung yang berlawanan - ini dimulai dengan peluncuran. Dia menjadi pelopor di bidang pelestarian kendaraan peluncuran dan dengan demikian menguasai pasar untuk landasan peluncuran murah. Upaya untuk mengganggu penawaran mereka dengan harga lebih rendah tidak akan menghasilkan banyak uang, jadi satu-satunya cara untuk mengatasi kelebihan kapasitas mereka adalah menjadi klien mereka. Biaya SpaceX untuk meluncurkan satelitnya sendiri adalah sepersepuluh dari biaya (per 1 kg) Iridium, dan karenanya mereka dapat memasuki pasar yang jauh lebih luas.
Jangkauan Starlink di seluruh dunia akan memberi Anda akses internet berkualitas tinggi di mana saja di dunia. Untuk pertama kalinya, ketersediaan Internet tidak tergantung pada kedekatan suatu negara atau kota dengan garis serat, tetapi pada kemurnian langit di atas kepala Anda. Pengguna di seluruh dunia akan memiliki akses ke bebas dari Internet global belenggu, terlepas dari milik mereka, ke berbagai tingkat, monopoli pemerintah yang buruk dan / atau tidak jujur. Kemampuan Starlink untuk memecahkan monopoli ini mengkatalisasi perubahan positif berskala luar biasa yang akhirnya akan membawa miliaran orang bersama-sama ke dalam komunitas cybernetic global di masa depan.
Sedikit penyimpangan lirik: apa artinya ini?
Bagi orang-orang yang tumbuh dewasa ini, di era konektivitas di mana-mana, Internet seperti udara yang kita hirup. Dia memang benar. Tapi ini - jika Anda lupa tentang kekuatannya yang luar biasa untuk membawa perubahan positif - dan kita sudah berada di pusatnya. Dengan bantuan Internet, orang dapat memanggil pemimpin mereka untuk bertanggung jawab, berkomunikasi dengan orang lain di belahan dunia lain, berbagi pemikiran, menciptakan sesuatu yang baru. Internet menyatukan umat manusia. Sejarah modernisasi adalah sejarah perkembangan kemampuan berbagi data. Pertama, melalui pidato dan puisi epik. Kemudian - pada surat yang memberikan suara kepada orang mati, dan mereka beralih ke yang hidup; penulisan memungkinkan Anda untuk menyimpan data dan memungkinkan komunikasi asinkron. Media cetak telah menggerakkan produksi berita. Komunikasi elektronik - transfer data yang dipercepat di seluruh dunia. Perangkat pribadi untuk menyimpan catatan berangsur-angsur menjadi lebih kompleks, berkembang dari notebook ke ponsel, yang masing-masing merupakan komputer yang terkoneksi internet, diisi dengan sensor dan setiap hari memprediksi kebutuhan kita dengan lebih baik.
Seseorang yang menggunakan tulisan dan komputer dalam proses kognisi lebih mungkin untuk mengatasi keterbatasan otak yang tidak sempurna. Bahkan lebih senang bahwa ponsel adalah perangkat penyimpanan data yang kuat dan mekanisme untuk bertukar ide. Jika orang-orang sebelumnya, berbagi pemikiran mereka, mengandalkan pidato yang ditulis dalam buku catatan, hari ini adalah norma - jika buku catatan itu sendiri berbagi ide yang dihasilkan orang. Skema tradisional telah mengalami inversi. Kelanjutan logis dari proses ini adalah bentuk metakognisi kolektif, melalui perangkat pribadi yang bahkan lebih terintegrasi ke dalam otak kita dan terhubung satu sama lain. Dan bahkan jika kita masih bernostalgia dengan koneksi yang hilang dengan alam dan kesendirian, penting untuk diingat bahwa teknologi dan hanya teknologi yang bertanggung jawab atas bagian terbesar dari pembebasan kita dari siklus ketidaktahuan "alami", kematian dini (yang dapat dihindari), kekerasan, kelaparan dan kerusakan gigi.
Bagaimana?
Mari kita bicara tentang model bisnis dan arsitektur proyek Starlink.
Agar Starlink menjadi perusahaan yang menguntungkan, aliran dana harus melebihi biaya konstruksi dan operasi. Secara tradisional, investasi melibatkan peningkatan biaya dimuka, penggunaan pembiayaan khusus yang canggih dan mekanisme asuransi - semuanya untuk meluncurkan satelit. Satelit komunikasi geostasioner dapat menelan biaya $ 500 juta, dan perakitan dan peluncuran dapat memakan waktu 5 tahun. Oleh karena itu, perusahaan di daerah ini secara bersamaan membangun kapal jet atau kapal kontainer. Pengeluaran besar, aliran dana yang hampir tidak mencakup biaya pembiayaan, dan anggaran operasi yang relatif kecil. Sebaliknya, runtuhnya Iridium asli adalah bahwa Motorola memaksa operator untuk membayar biaya lisensi yang mematikan, membuat perusahaan bangkrut hanya dalam beberapa bulan.
Untuk melakukan bisnis seperti itu, perusahaan satelit tradisional harus melayani pelanggan swasta dan membebankan tarif transfer data yang tinggi. Maskapai, pos-pos terpencil, kapal, zona perang dan fasilitas infrastruktur utama membayar sekitar $ 5 per 1 MB, yang 5.000 kali lebih mahal daripada komunikasi ADSL tradisional, meskipun ada keterlambatan dalam transmisi data dan bandwidth satelit yang relatif rendah.
Starlink berencana untuk bersaing dengan penyedia layanan terestrial, yang berarti harus mengirimkan data lebih murah dan, idealnya, mengambil jauh lebih sedikit dari $ 1 per 1 MB. Apakah ini mungkin? Atau, jika ini mungkin, orang harus bertanya: bagaimana ini mungkin?
Bahan pertama dalam hidangan baru adalah peluncuran murah. Hari ini, Falcon menjual peluncuran 24 ton dengan harga sekitar $ 60 juta, yaitu $ 2.500 per kilogram. Namun ternyata, biaya internal jauh lebih besar. Satelit Starlink akan diluncurkan pada kendaraan peluncuran yang dapat digunakan kembali, sehingga biaya marjinal dari satu peluncuran adalah biaya tahap kedua yang baru (sekitar $ 4 juta), fairing (1 juta) dan dukungan darat (~ 1 juta). Total: sekitar 100 ribu dolar per satelit, mis. lebih dari 1000 kali lebih murah daripada meluncurkan satelit komunikasi konvensional.
Namun, sebagian besar satelit Starlink akan diluncurkan di Starship. Memang, evolusi Starlink, sebagai laporan terbaru dari acara FCC, memberikan beberapa wawasan tentang bagaimana, ketika ide Starship diimplementasikan, arsitektur internal proyek dikembangkan . Jumlah total satelit di konstelasi meningkat dari 1.584 menjadi 2.825, kemudian menjadi 7.518 dan, akhirnya, hingga 30.000. Menurut akumulasi bruto, angkanya bahkan lebih tinggi. Jumlah minimum satelit untuk tahap pertama pengembangan agar suatu proyek dapat berjalan adalah 60 buah dalam 6 orbit (total 360), sedangkan 24 orbit 60 satelit (total 1440) diperlukan untuk cakupan penuh dalam jarak 53 derajat dari khatulistiwa. Ini adalah 24 peluncuran untuk Falcon dengan biaya domestik $ 150 juta. Starship dirancang untuk meluncurkan hingga 400 satelit dalam satu waktu, dengan harga yang sama. Satelit Starlink akan diganti setiap 5 tahun, jadi 6.000 satelit akan membutuhkan 15 peluncuran Starship per tahun. Biayanya sekitar 100 juta / tahun, atau 15 ribu / satelit. Setiap satelit yang ditampilkan di Falcon memiliki berat 227 kg; satelit yang diangkat dengan Starship dapat memiliki berat 320 kg dan membawa instrumen pihak ketiga, menjadi sedikit lebih besar dan pada saat yang sama tidak melebihi beban yang diizinkan.
Apa yang membuat biaya satelit? Di antara saudara-saudara, satelit Starlink agak tidak biasa. Mereka dirakit, disimpan dan diluncurkan dalam bentuk datar dan karenanya sangat sederhana dalam produksi massal. Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, biaya produksi harus kira-kira sama dengan biaya peluncur. Jika perbedaan harga besar, maka sumber daya dialokasikan secara tidak benar, karena pengurangan komprehensif dalam biaya marjinal sementara menurunkan biaya tidak begitu besar. Apakah benar-benar 100 ribu dolar per satelit untuk batch pertama beberapa ratus - apakah ini nyata? Dengan kata lain, apakah satelit Starlink di perangkat tidak lebih kompleks daripada mesin?
Untuk sepenuhnya menjawab pertanyaan ini, Anda perlu memahami mengapa biaya satelit komunikasi orbital 1000 kali lebih tinggi, bahkan jika tidak 1000 kali lebih rumit. Sederhananya, dengan sukacita apa ruang "besi" begitu mahal? Ada banyak alasan untuk ini, tetapi yang paling menarik dalam kasus ini adalah: jika meluncurkan satelit ke orbit (sebelum Falcon) harganya lebih dari 100 juta, itu harus dijamin bekerja selama bertahun-tahun - untuk menghasilkan setidaknya beberapa keuntungan. Untuk memastikan keandalan dalam pengoperasian produk pertama dan satu-satunya adalah proses yang menyakitkan dan dapat berlangsung selama bertahun-tahun, membutuhkan upaya ratusan orang. Tambahkan ke ini biayanya, dan sekarang mudah untuk membenarkan proses tambahan, karena peluncurannya sudah mahal.
Starlink mematahkan paradigma ini dengan menciptakan ratusan satelit, dengan cepat memperbaiki kekurangan desain awal dan menggunakan teknik produksi massal untuk mengelola biaya. Mudah bagi saya secara pribadi untuk membayangkan konveyor Starlink, di mana teknisi mengintegrasikan sesuatu yang baru ke dalam struktur dan mengencangkan semuanya dengan screed plastik (tingkat NASA, tentu saja) dalam satu atau dua jam, mempertahankan tingkat penggantian yang diperlukan 16 satelit / hari. Satelit Starlink terdiri dari banyak detail rumit, tetapi saya tidak melihat alasan mengapa dengan unit ke-ribuan yang keluar dari jalur perakitan, biayanya tidak dapat diturunkan menjadi 20 ribu. Memang, pada bulan Mei, Ilon menulis di Twitter bahwa biaya produksi satelit sudah lebih rendah daripada biaya peluncuran .
Ambil kasus rata-rata dan analisis waktu pengembalian dengan membulatkan angka. Satu satelit Starlink, yang harganya 100 ribu untuk dirakit dan diluncurkan, telah beroperasi selama 5 tahun. Apakah dia akan membayar untuk dirinya sendiri, dan jika demikian, seberapa cepat?
Selama 5 tahun, satelit Starlink akan terbang mengelilingi Bumi 30.000 kali. Dalam setiap putaran satu setengah jam ini, ia akan menghabiskan sebagian besar waktu di atas lautan, dan, mungkin, 100 detik di atas kota berpenduduk padat. Di jendela pendek ini, ia menyiarkan data, terburu-buru untuk mendapatkan uang. Jika kita mengasumsikan bahwa antena mendukung 100 balok, dan setiap balok mentransmisikan 100 Mb / s menggunakan pengkodean modern seperti 4096QAM , maka satelit menghasilkan laba $ 1.000 per revolusi - dengan harga berlangganan $ 1 per 1 GB. Ini cukup untuk membayar kembali biaya penyebaran 100 ribu dalam seminggu dan sangat menyederhanakan struktur modal. 29.900 putaran yang tersisa adalah laba, bersih dari biaya tetap.
Angka yang diperkirakan bisa sangat bervariasi, dua arah. Tetapi bagaimanapun juga, jika Anda dapat meluncurkan konstelasi satelit berkualitas rendah untuk 100.000 - atau bahkan untuk 1 juta / unit - ini adalah permintaan serius. Bahkan dengan mempertimbangkan waktu penggunaan yang sangat singkat, satelit Starlink mampu mengirimkan 30 Pb data selama masa pakainya dengan biaya perolehan diamortisasi sebesar $ 0,003 per 1 GB. Pada saat yang sama, ketika mentransfer ke jarak yang lebih jauh, biaya marjinal praktis tidak meningkat.
Untuk memahami pentingnya model ini, mari kita bandingkan dengan dua model pengiriman data lainnya kepada konsumen: yang tradisional adalah kabel serat optik, dan konstelasi satelit yang ditawarkan oleh perusahaan yang tidak berspesialisasi dalam peluncuran satelit.
SEA-WE-ME, kabel Internet bawah laut besar yang menghubungkan Prancis dan Singapura, ditugaskan pada 2005. — 1,28 /., — 500 . . 10 100% , 100% , 0,02 1 . , — , . Starlink 8 , « ».
Bagaimana ini mungkin? 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 , : — . — .
Arsitektur
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 , , . . , ( ) , . , .
Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa dalam torus ini, komunikasi dilakukan antara satelit tetangga. Secara umum, tidak ada koneksi langsung dan terus menerus antara satelit di berbagai lapisan, karena kecepatan pendekatan untuk panduan laser terlalu tinggi. Jalur data antara lapisan, pada gilirannya, melewati di atas atau di bawah torus.
Sebanyak 30.000 satelit akan berlokasi di 11 tori tertutup, jauh di belakang orbit ISS! Diagram ini menunjukkan bagaimana semua lapisan ini dikemas, tanpa eksentrik berlebihan.
Dan akhirnya, Anda harus memikirkan ketinggian penerbangan yang optimal. Ada dilema: ketinggian rendah, yang memberi bandwidth lebih banyak dengan ukuran sinar lebih kecil, atau besar - yang memungkinkan Anda menutupi seluruh planet dengan lebih sedikit satelit? Seiring waktu, laporan FCC SpaceX berbicara tentang ketinggian yang semakin kecil, karena dengan Starship yang ditingkatkan, dimungkinkan untuk menggunakan grup yang lebih besar dengan cepat.
Ketinggian yang rendah memiliki manfaat lain, termasuk pengurangan risiko tabrakan dengan puing-puing ruang atau konsekuensi negatif dari kegagalan peralatan. Karena peningkatan resistensi atmosfer, satelit Starlink (330 km) yang terletak di bawah yang lain akan terbakar dalam beberapa minggu setelah kehilangan kontrol orientasi. Memang, 300 km adalah ketinggian di mana satelit hampir tidak bisa terbang, dan mempertahankan ketinggian akan membutuhkan mesin roket listrik Krypton, serta desain yang efisien. Secara teoritis, satelit ini cukup runcing, pada mesin roket listrik, ia dapat mempertahankan ketinggian 160 km secara stabil, tetapi SpaceX tidak mungkin meluncurkan satelit begitu rendah, karena masih ada beberapa trik untuk meningkatkan throughput.
Keterbatasan Fisika Dasar
Tampaknya tidak mungkin bahwa harga penempatan satelit akan turun jauh di bawah 35 ribu, bahkan jika produksi sudah maju dan sepenuhnya otomatis, dan kapal Starship sepenuhnya dapat digunakan kembali, dan belum sepenuhnya diketahui pembatasan apa yang akan dilakukan oleh fisikawan pada satelit tersebut. Analisis di atas mengasumsikan puncak throughput 80 Gb / s. (jika Anda membulatkan hingga 100 sinar, masing-masing mampu mentransmisikan 100 MB / s).
Batas bandwidth maksimum diatur dalam teorema Shannon-Hartley dan diberikan dalam statistik pada bandwidth (1 + SNR). Bandwidth seringkali dibatasi oleh spektrum yang tersedia , sementara SNR dibatasi oleh energi satelit yang tersedia , kebisingan latar belakang, dan kebisingan saluran karena antena yang tidak ideal . Rintangan penting lainnya adalah kecepatan pemrosesan. Xilinx Ultrascale + FPGA terbaru memiliki bandwidth serial GTM hingga 58 Gb / s. yang bagus di bawah keterbatasan kapasitas informasi saluran saat ini tanpa mengembangkan ASIC khusus. Tapi meski begitu 58 Gb / s. membutuhkan distribusi frekuensi yang mengesankan, kemungkinan besar di band Ka- atau V-band. V (40-75 GHz) memiliki siklus yang lebih mudah diakses, tetapi mengalami penyerapan atmosfer yang lebih besar, terutama di area dengan kelembaban tinggi.
Apakah 100 sinar praktis? Masalah ini memiliki dua aspek: lebar balok dan kerapatan elemen array bertahap. Lebar balok ditentukan oleh panjang gelombang dibagi dengan diameter antena. Antena array bertahap digital masih merupakan teknologi khusus, tetapi dimensi berguna maksimum ditentukan oleh lebar oven reflow (sekitar 1 m), dan menggunakan komunikasi frekuensi radio lebih mahal. Panjang gelombang di Ka-band sekitar 1 cm, sedangkan lebar balok harus 0,01 radian - dengan lebar spektrum 50% dari amplitudo. Misalkan sudut solid balok adalah 1 steradian (mirip dengan cakupan lensa kamera 50 mm), maka 2500 sinar yang terpisah akan cukup di wilayah ini. Linearitas menyiratkan bahwa 2500 sinar akan memerlukan minimal 2.500 elemen antena dalam array, yang, pada prinsipnya, nyata, walaupun sulit. Dan semua ini akan menjadi sangat hangat!
Sebanyak 2500 saluran, yang masing-masing mendukung 58 Gb / s, adalah sejumlah besar informasi - jika kira-kira, maka 145 Tb / s. Sebagai perbandingan, semua lalu lintas Internet pada tahun 2020 diperkirakan rata-rata 640 Tb / dtk . Berita baik bagi mereka yang khawatir tentang bandwidth Internet satelit yang pada dasarnya rendah. Jika konstelasi 30.000 satelit beroperasi pada 2026, lalu lintas Internet global berpotensi menjadi 800 Tb / detik. Jika setengah dari volume ini akan dikirimkan oleh ~ 500 satelit di wilayah padat penduduk pada waktu tertentu, maka throughput puncak untuk setiap satelit akan sekitar 800 Gb / dtk, yang 10 kali lebih tinggi daripada menurut perhitungan dasar awal kami, t. e. masuknya keuangan berpotensi tumbuh 10 kali lipat.
Untuk satelit di orbit 330 km, seberkas 0,01 radian meliputi area seluas 10 km2. Di daerah-daerah berpenduduk padat seperti Manhattan, hingga 300.000 orang tinggal di daerah seperti itu. Dan jika mereka semua duduk untuk menonton Netflix sekaligus (7 Mb / s dalam kualitas HD)? Total permintaan data akan 2.000 GB / s, yang sekitar 35 kali lebih tinggi dari batas ketat saat ini yang diberlakukan oleh antarmuka keluaran serial FPGA. Ada dua jalan keluar dari situasi ini, yang hanya satu yang secara fisik memungkinkan.
Yang pertama adalah menempatkan lebih banyak satelit ke orbit, sehingga pada saat tertentu di atas area permintaan meningkat lebih dari 35 buah menggantung. Jika kita kembali mengambil 1 steradian untuk bentangan langit yang dapat dialamatkan yang dapat diterima dan ketinggian orbital rata-rata 400 km, kita mendapatkan kerapatan kelompok 0,0002 / sq. Km, atau total 100.000 - jika mereka terdistribusi secara merata di seluruh permukaan dunia. Ingat bahwa orbit SpaceX yang dipilih dengan tajam meningkatkan kepadatan cakupan di wilayah padat penduduk dalam 20-40 derajat lintang utara, dan sekarang jumlah 30.000 satelit tampaknya ajaib.
Gagasan kedua jauh lebih keren, tetapi, sayangnya, tidak layak. Ingat bahwa lebar balok ditentukan oleh lebar antena array bertahap. Bagaimana jika banyak susunan pada beberapa satelit menghubungkan kekuatan, menciptakan sinar yang lebih sempit - seperti teleskop radio seperti VLA yang sama (sistem antena sangat besar)? Metode ini penuh dengan satu kompleksitas: dasar antara satelit akan perlu diperhitungkan dengan cermat - akurat untuk submillimeter - untuk menstabilkan fase balok. Dan bahkan jika ini mungkin, sinar yang dihasilkan tidak akan mengandung lobus samping, karena kepadatan rendah konstelasi satelit di langit. Di bumi, lebar sinar akan menyempit hingga beberapa milimeter (cukup untuk melacak antena ponsel), tetapi akan ada jutaan dari mereka karena lemahnya penengahan sementara. Berkat kutukan dari array antena yang menipis .
Ternyata pemisahan saluran oleh keanekaragaman sudut - karena satelit tersebar di langit - memberikan peningkatan yang memadai dalam throughput tanpa melanggar hukum fisika.
Aplikasi
Apa profil pelanggan Starlink? Secara default, ada ratusan juta pengguna yang memiliki antena berukuran atap di atap rumah mereka, tetapi ada sumber lain yang berpenghasilan tinggi.
Di daerah terpencil dan pedesaan, stasiun bumi tidak perlu antena array bertahap untuk memaksimalkan lebar balok, sehingga unit pelanggan yang lebih kecil dapat digunakan: dari pelacak aset IoT ke telepon satelit genggam, beacon darurat, atau perangkat pelacakan hewan ilmiah.
Di lingkungan perkotaan yang padat penduduknya, Starlink akan menyediakan jaringan transportasi utama dan cadangan untuk jaringan seluler. Dimungkinkan untuk memasang stasiun bumi berkinerja tinggi di atas setiap menara sel, tetapi menggunakan catu daya berbasis-tanah untuk memperkuat dan mentransmisikan melalui "jarak terakhir".
Dan akhirnya, bahkan di daerah kelebihan penduduk selama peluncuran awal, dimungkinkan untuk digunakan untuk satelit orbit rendah dengan penundaan yang sangat minimal. Perusahaan keuangan sendiri menyodok banyak uang ke tangan Anda - hanya untuk mendapatkan data penting dari seluruh dunia setidaknya sedikit lebih cepat. Dan bahkan jika data melalui Starlink memiliki jalur yang lebih panjang dari biasanya - melalui ruang - kecepatan perambatan cahaya dalam ruang hampa adalah 50% lebih tinggi dari pada kaca kuarsa, dan ini lebih dari membayar untuk perbedaan ketika mentransmisikan jarak jauh.
Efek negatif
Bagian terakhir dikhususkan untuk konsekuensi negatif. Tujuan artikel ini adalah untuk membebaskan Anda dari kesalahpahaman tentang proyek, dan konsekuensi negatif potensial dari perselisihan yang paling besar. Saya akan memberikan beberapa informasi, menahan diri dari interpretasi yang berlebihan. Saya masih belum peramal, dan saya tidak memiliki orang dalam dari SpaceX.
Konsekuensi yang paling serius, menurut saya, adalah peningkatan akses ke Internet. Bahkan di kampung halaman saya di Pasadena, sebuah kota sejuta tambah yang semarak dan maju secara teknis dengan beberapa observatorium, universitas kelas dunia, dan pusat terbesar NASA, pilihan dalam hal layanan Internet sangat terbatas. Di seluruh Amerika Serikat dan bagian dunia lainnya, Internet telah menjadi layanan utilitas berorientasi sewa, dan penyedia layanan hanya dapat memperoleh $ 50 juta per bulan dalam lingkungan yang nyaman dan tidak kompetitif. Mungkin, setiap layanan yang dikirim ke apartemen dan bangunan tempat tinggal adalah apartemen komunal, tetapi kualitas layanan Internet lebih rendah daripada air, listrik atau gas.
Masalah dengan status quo adalah bahwa, tidak seperti air, listrik, atau gas, Internet masih muda dan berkembang pesat. Kami terus-menerus menemukan kegunaan baru untuk itu. Yang paling revolusioner masih belum terbuka, tetapi paket rencana meredam kemungkinan persaingan dan inovasi. Miliaran orang tersingkir dari revolusi digital karena keadaan kelahiran, atau karena negara mereka terlalu jauh dari belalai kabel bawah laut. Satelit geostasioner masih mengantarkan Internet ke wilayah besar planet ini dengan harga yang mahal.
Starlink, yang terus-menerus mendistribusikan Internet dari langit, melanggar model ini. Saya belum tahu cara lain yang lebih baik untuk menghubungkan miliaran orang ke Internet. SpaceX sedang dalam perjalanan untuk menjadi Penyedia Layanan Internet dan, berpotensi, perusahaan Internet yang bersaing dengan Google dan Facebook. Saya yakin Anda tidak pernah memikirkan hal itu.
Fakta bahwa Internet satelit adalah pilihan terbaik tidak jelas. SpaceX dan hanya SpaceX berada dalam posisi untuk dengan cepat membuat konstelasi satelit yang luas, karena hanya itu menewaskan satu dekade untuk mematahkan monopoli pemerintah-militer pada peluncuran pesawat ruang angkasa. Bahkan jika Iridium melampaui ponsel di pasaran sepuluh kali lipat, Iridium masih belum banyak digunakan menggunakan pembalut tradisional. Tanpa SpaceX dan model bisnisnya yang unik, kemungkinan besar Internet satelit global tidak akan pernah terjadi.
Pukulan besar kedua adalah astronomi. Setelah peluncuran 60 satelit Starlink pertama, gelombang kritik dimulai dari komunitas astronomi internasional, mengatakan bahwa peningkatan signifikan jumlah satelit akan menghalangi akses mereka ke langit malam. Ada pepatah: di antara para astronom, yang lebih dingin dengan teleskop terbesar. Tanpa dibesar-besarkan, untuk terlibat dalam astronomi di era modern adalah tugas architrual, mengingatkan pada perjuangan terus menerus untuk meningkatkan kualitas analisis dengan latar belakang polusi cahaya yang tumbuh dan sumber kebisingan lainnya.
Paling tidak, astronom membutuhkan ribuan satelit yang cerah berkedip-kedip di fokus teleskop. Memang, kelompok pertama Iridium memperoleh ketenaran karena memberi "cahaya" karena panel besar yang memantulkan sinar matahari pada area kecil di Bumi. Kebetulan mereka mencapai kecerahan seperempat bulan dan kadang-kadang bahkan tanpa sengaja merusak sensor astronomi yang sensitif. Ketakutan bahwa Starlink akan menyerang band-band radio yang digunakan dalam astronomi radio tidak berdasar.
Jika Anda mengunduh aplikasi pelacakan satelit, Anda dapat melihat puluhan satelit terbang di langit pada malam yang cerah. Satelit terlihat setelah matahari terbenam dan sebelum fajar, tetapi hanya ketika mereka diterangi oleh sinar matahari. Kemudian, pada malam hari, satelit tidak terlihat dalam bayang-bayang Bumi. Mungil, sangat jauh, mereka bergerak sangat cepat. Ada kemungkinan bahwa mereka akan mengaburkan bintang yang jauh untuk kurang dari satu milidetik, tetapi saya pikir bahkan mendeteksi ini adalah satu lagi wasir.
Kekhawatiran yang kuat karena flare langit lahir karena lapisan satelit peluncuran pertama dibangun dekat dengan terminator Bumi, mis. malam demi malam, Eropa - dan itu musim panas - menyaksikan gambaran epik tentang bagaimana satelit terbang di langit pada malam hari senja. Selanjutnya, simulasi berdasarkan laporan di FCC menunjukkan bahwa satelit di orbit pada 1.150 km akan terlihat bahkan setelah senja astronomi berlalu. Secara umum, senja melewati tiga tahap: sipil, kelautan dan astronomi, yaitu ketika matahari masing-masing 6, 12 dan 18 derajat di bawah cakrawala. Pada akhir senja astronomi, sinar matahari terletak sekitar 650 km dari permukaan di puncak, jauh melampaui atmosfer dan sebagian besar orbit Bumi rendah. Berdasarkan data dari situs web Starlink , saya percaya bahwa semua satelit akan ditempatkan pada ketinggian di bawah 600 km. Dalam hal ini, mereka dapat dilihat saat senja, tetapi tidak setelah malam tiba, yang secara signifikan akan mengurangi konsekuensi potensial untuk astronomi.
Masalah ketiga adalah puing orbital. Dalam posting sebelumnya, saya menunjukkan bahwa satelit dan puing di bawah 600 km akan keluar dari orbit dalam beberapa tahun - karena resistensi atmosfer, sangat mengurangi kemungkinan sindrom Kessler. SpaceX mengganggu kotoran, seolah-olah mereka tidak memikirkan puing-puing ruang sama sekali. Saat saya melihat detail implementasi Starlink, sulit bagi saya untuk membayangkan cara terbaik untuk mengurangi jumlah sampah di orbit.
Satelit ditampilkan pada ketinggian 350 km, kemudian mereka terbang ke orbit yang diinginkan menggunakan mesin bawaan. Setiap satelit yang mati saat diluncurkan akan keluar dari orbit dalam beberapa minggu, dan itu tidak akan terluka di tempat yang lebih tinggi daripada seribu tahun ke depan. Penempatan seperti itu secara strategis melibatkan pengujian untuk masuk gratis. Lebih jauh, satelit Starlink datar di bagian melintang, yang berarti bahwa, kehilangan kendali ketinggian, mereka memasuki lapisan atmosfer yang padat.
Hanya sedikit orang yang tahu bahwa SpaceX menjadi pelopor dalam bidang astronotika, mulai menggunakan jenis gunung alternatif alih-alih squibs. Hampir semua landasan peluncuran menggunakan squib saat memasang langkah, satelit, fairing, dll., Sehingga meningkatkan jumlah sampah potensial. SpaceX juga dengan sengaja menghilangkan langkah-langkah atas dari orbit, mencegah mereka nongkrong di ruang angkasa selamanya, sehingga mereka tidak memburuk di sana dan tidak membusuk di lingkungan ruang yang kaku.
Dan akhirnya, masalah terakhir yang ingin saya sebutkan adalah kesempatan bahwa SpaceX akan menggantikan monopoli yang ada di Internet, membuatnya sendiri. Dalam ceruknya, SpaceX telah memonopoli peluncuran. Hanya keinginan pemerintah saingan untuk mendapatkan jaminan akses ke ruang angkasa yang tidak memungkinkan mereka untuk menghapuskan rudal yang mahal dan usang, yang sering kali dikumpulkan oleh kontraktor pertahanan monopolistik besar.
Tidak terlalu sulit untuk membayangkan bagaimana pada 2030 SpaceX akan meluncurkan 6.000 satelitnya setiap tahun, ditambah beberapa satelit mata-mata - dari memori lama. Satelit SpaceX yang murah dan dapat diandalkan akan mulai menjual "ruang-rak" untuk perangkat pihak ketiga. Universitas mana pun yang telah menciptakan kamera yang cocok untuk digunakan di ruang angkasa akan dapat menempatkannya di orbit, dan tidak perlu untuk menutup biaya pembuatan platform ruang angkasa secara keseluruhan. Dengan akses canggih dan tak terbatas ke ruang angkasa seperti itu, Starlink sudah dikaitkan dengan satelit, sementara pabrikan bersejarah adalah hal di masa lalu.
Ada contoh perusahaan berpandangan jauh dalam sejarah yang telah menempati ceruk yang begitu besar di pasar sehingga nama mereka telah menjadi kata benda yang umum: Hoover, Westinghouse, Kleenex, Google, Frisbee, Xerox, Kodak, Motorola, IBM.
Suatu masalah dapat timbul ketika perusahaan perintis melakukan praktik-praktik anti-persaingan untuk mempertahankan pangsa pasarnya, meskipun hal ini sering tidak dilarang sejak Presiden Reagan. SpaceX dapat mempertahankan monopoli Starlink dengan memaksa pengembang konstelasi satelit lainnya meluncurkan satelit di roket Soviet lama. Tindakan serupa yang diambil oleh perusahaan United Aircraft and Transportation , ditambah dengan penetapan harga surat, menyebabkannya runtuh pada tahun 1934. Untungnya, SpaceX tidak mungkin untuk selamanya mempertahankan monopoli absolut pada roket yang dapat digunakan kembali.
Yang lebih mengkhawatirkan adalah kenyataan bahwa penyebaran SpaceX dari puluhan ribu satelit di orbit rendah dapat dirancang sebagai kooptasi dari domain publik. Perusahaan swasta, yang mengejar keuntungan pribadi, memperoleh kepemilikan permanen atas posisi orbital yang sebelumnya dapat diakses dan tidak dihuni. Dan meskipun inovasi SpaceX memungkinkan untuk benar-benar menghasilkan uang dalam ruang hampa, sebagian besar modal intelektual SpaceX dibangun di atas miliaran dolar yang dialokasikan dari anggaran penelitian.
Di satu sisi, undang-undang diperlukan untuk melindungi investasi, penelitian dan pengembangan swasta. Tanpa perlindungan ini, para inovator tidak akan dapat membiayai proyek ambisius atau memindahkan perusahaan mereka ke tempat mereka akan diberikan perlindungan semacam itu. Bagaimanapun, masyarakat menderita karena tidak ada laba yang terbentuk. , , , — , . , . SpaceX . , , .
, — Starship . . Starship, Starlink — , , . , , , Starlink, , ( ) .
, , Starlink Starship .
, Starship, , Starlink.
, — , , . Starship Starlink — , , .