211service.com
Kurš var raidīt radioviļņus kosmosā?
Satelīti nav īpaši noderīgi, ja tie nevar sazināties
2019. gada 26. jūnijs
Konceptuāla ilustrācija, kurā redzams izsmidzinātājs “Lūdzu, paņemiet numuru”. Nikolass Ortega
Tur augšā kļūst pārpildīts. Zemo Zemes orbītu ātri aizpilda kubestu bari, orbītas kameru flotes un pirmie platjoslas interneta megakonstelācijas no tādiem kā SpaceX, Amazon un OneWeb. Ja visi pakalpojumi tiks palaisti, kā plānots, drīzumā orbītā varētu darboties 10 reizes vairāk satelītu nekā pašlaik.
Bažas rada bīstamo kosmosa atkritumu pieaugums. Taču satelītu operatoriem ir tūlītējas galvassāpes: radiofrekvenču spektra saspiešana, kas nepieciešama, lai darbotos no orbītas. Vai kosmosa jaunizveidotie uzņēmumi, kas strīdas par savu taisnīgo daļu, patiešām varētu kavēt šo topošo nozari?
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada jūlija numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Elektromagnētiskais starojums aptver plašu frekvenču un enerģiju diapazonu, taču saziņai uz un no kosmosa ir noderīgas tikai noteiktas joslas. Augstas frekvences rentgenstari būtu bīstami; mikroviļņu signālus absorbē atmosfēra; zemfrekvences radioviļņi ir mazāk efektīvi informācijas pārraidē, un tiem ir nepieciešamas lielas, neglītas antenas.
Tāpat kā cilvēki, kas kliedz ballītē, konkurējoši signāli vienā radio frekvencē var traucēt un apgrūtināt saziņu, tāpēc spektrs ir jāsadala mazos gabalos dažādiem lietojumiem. Multipleksēšanas sistēmas ļauj operatoriem koplietot spektru, smalki sadalot laika nišas un frekvenču kanālus, kā arī kodējot signālus, lai vienlaikus varētu pārsūtīt daudz dažādu ziņojumu. Taču frekvenču joslas joprojām ir jāpiešķir konkrētiem lietotājiem, lai izvairītos no traucējumiem, kas padarītu radiofrekvenču spektru nelietojamu. Daudzas no vēlamākajām orbitālo savienojumu frekvencēm tika piešķirtas tradicionālajiem radio un TV raidījumiem ilgi pirms pirmo satelītu palaišanas. Tagad, kad debesis piepildās ar arvien vairāk satelītu, cīņa par radiofrekvenču laika nišām kļūst arvien trakāka. Regulatoriem tiek lūgts risināt vairāk uzņēmumu, vairāk kosmosa kuģu un vairāk strīdu nekā jebkad agrāk. Dokumentu kārtošana var izstiepties gadiem ilgi, pat ja entuziasma pilni jaunuzņēmumi mēģina izjaukt konservatīvu nozari.
Swarm Technologies nav sveši regulējoši strīdi. Kad šis mazais Silīcija ielejas starta uzņēmums 2018. gadā palaida četrus sīkus eksperimentālos satelītus, tas nesaņēma nepieciešamo atļauju no ASV Federālās sakaru komisijas, kas ir viena no aģentūrām, kuras apstiprinājums ir jāsaņem pirms palaišanas. FCC uzzināja un piesprieda uzņēmumam 900 000 USD sodu.
Uzņēmums tagad vēlas palaist 150 spēcīgu zvaigznāju, lai sazinātos ar arvien pieaugošo internetam pieslēgto ierīču skaitu uz Zemes. Tā kā tās satelīti ir tik mazi un līdz ar to lēti palaist, Swarm uzskata, ka tā ziņojumapmaiņas pakalpojumi maksās par vienu pakāpi mazāk nekā esošās satelītu sistēmas. Viss, kas tam nepieciešams, ir dažas VHF radio spektra šķēles.
Tomēr ilggadējais satelītu operators Orbcomm ir prasījis šīs frekvences jau gadu desmitiem, un tas pārvalda vienu no ziņojumapmaiņas sistēmām, ko Swarm cenšas izjaukt. Lūgumrakstā FCC, lai noraidītu Swarm konstelācijas pieteikumu, Orbcomm rakstīja, ka starta uzņēmums mēģina vienkārši ignorēt Orbcomm skaidri piešķirtās … spektra tiesības.
Orbītā patiešām pastāv bažas par trūkumu, saka Tomass Hazletts, Klemsonas universitātes ekonomikas profesors un grāmatas autors. Politiskais spektrs . Ja vēlaties izveidot satelītu saziņai, jums var rasties konflikti ar citiem lietotājiem. Ir patiešām nepieciešami noteikumi, kas palīdzētu koordinēt šo izmantošanu.
Starptautiskā telekomunikāciju savienība (ITU) ir iestāde, kuras uzdevums ir novērst šīs konkurējošās prasības. Tas tika izveidots 19. gadsimta vidū, lai standartizētu telegrāfa tehnoloģijas, un kopš kosmosa laikmeta sākuma tas ir palīdzējis regulēt, kurš var novietot satelītus orbītā. Aģentūra, kas nodrošina arī iespēju veikt tālruņa zvanus no vienas valsts uz otru, kā arī neskaitāmus citus regulatīvos pienākumus, tagad ir daļa no Apvienoto Nāciju Organizācijas. Bet atsevišķas valstis arī vēlas izteikties par kosmosa kuģiem, kas lido virs galvas. Tas nozīmē, ka operatoriem, piemēram, Swarm, ir arī jāsadarbojas ar nacionālajām aģentūrām valstīs, kurās tie plāno darboties (jo īpaši FCC kontrolē piekļuvi ļoti svarīgajam Amerikas tirgum).
Nav pārsteidzoši, ka jaunpienācēji šos noteikumus uzskata par šķēršļiem, kuru mērķis ir tos noturēt uz vietas. Garā atbildē FCC Swarm apgalvoja, ka Orbcomm nav tiesību uz spektru, ko tas vēlas izmantot, un ka uzņēmuma vieglprātīgais lūgumraksts ir nekas vairāk kā ilgstoša monopolista mēģinājums izmantot licencēšanas procesu, lai saglabātu savas privilēģijas.
Stabilas riņķveida orbītas ap Zemi ir saistītas ar noteiktiem ātrumiem, kas mainās atkarībā no augstuma. (Satelīti eliptiskās orbītās paātrinās, kad tie nonāk tuvāk Zemei, un palēninās, kad tie sasniedz vistālāko punktu savā orbītā.) 35 786 kilometros (22 236 jūdzes) orbītas ātrums atbilst Zemes rotācijai. Kosmosa kuģis, kas lido tieši virs ekvatora šajā augstumā, novērotājam uz virsmas debesīs šķitīs sasalis. Šādi ģeostacionārie sloti ļauj vienam lielam satelītam apkalpot plašu ģeogrāfisko apgabalu, pārraidot sakarus vai, piemēram, uzraugot laika apstākļus.
Pieļaujot nelielu attālumu starp blakus esošajiem satelītiem, šajā lielajā lokā, iespējams, ir 1800 noderīgu ģeostacionāru punktu, no kuriem aptuveni 400 gadu gaitā ir kļuvuši aizņemti. Kā jau varēja gaidīt, interese ir lielāka par vietām virs bagātiem reģioniem, piemēram, Ziemeļamerikas un Eiropas, nekā virs mazapdzīvotajām Klusā okeāna salām. Valstīm tika piešķirtas laika nišas virs to garuma, un pēc tam atsevišķiem satelītiem tika atļauts apmesties uz dzīvi rindas kārtībā.
Nikolass Ortega
Sākumā spektrs šķita atrisināma problēma. Frekvences bija ne tikai jāsadala starp tikai nelielu skaitu operatoru vienā apgabalā, bet tās pašas frekvences varēja izmantot atkal un atkal visā pasaulē. Ikviens saprata noteikumus, saka Tims Farārs no satelīta konsultāciju firmas TMF Associates.
Tomēr spēles noteikumi mainās. Operatori vēlas iepakot mazus, lētus satelītus kopbraukšanas raķetēs un nosūtīt tos zemā Zemes orbītā jeb LEO. Jau no dažiem simtiem vai tūkstošiem kilometru uz augšu satelītiem ar kamerām ir daudz labāks skats uz planētu; sakaru sistēmām īsāks attālums līdz virsmai var ietaupīt enerģiju un samazināt latentumu. Tā kā izvēlēties no daudziem augstumiem un orbītām, ir jābūt vietai visiem.
Spektrs tagad kļūst par ierobežojošo faktoru, kas var izvietot jaunus sakaru konstelācijas. LEO satelīti svilpo ap planētu dažu stundu laikā, potenciāli radot traucējumus ne tikai viens otram, bet arī katram ģeostacionārajam satelītam, kas palaiž garām. Sākumā ITU risinājums bija darīt to pašu, ko tas darīja ģeostacionārajai orbītai: prioritāte tika piešķirta pirmajam operatoram, kurš pieteicās izmantot spektra šķēli. Visiem, kas seko, būtu jāpiekrīt neiejaukties.
Spektrs tagad kļūst par ierobežojošo faktoru, kas var izvietot jaunus sakaru konstelācijas.
Bet iejaukšanās ir slidens jēdziens. Ģeostacionārā koordinācija ir salīdzinoši vienkārša, saka Dīderiks Kelders, LeoSat galvenais stratēģijas vadītājs, kas plāno izveidot vismaz 84 interneta satelītu konstelāciju LEO. Savukārt [LEO] tā ir ļoti sarežģīta lieta. Lai uztvertu ietekmi, jums ir nepieciešami ļoti sarežģīti modelēšanas rīki.
Paredzot tuvojošos frekvenču spektra trūkumu, FCC nolēma virzīt uz priekšu spektra koplietošanas politiku, kurā visi, kas plāno izmantot līdzīgas frekvences, tiktu izskatīti vienlaikus — tā sauktās apstrādes kārtas, kas teorētiski radītu godīgākus spēles noteikumus.
Bet ir bijušas neparedzētas sekas. Ir izcēlušies arvien vairāk strīdu, jo jaunpienācēji mēģina atrast regulējuma nepilnības vai tehniskus labojumus, kamēr pieredzējušie operatori cenšas aizsargāt savas frekvences no reāliem vai iedomātiem traucējumiem. Stimuls uzņēmumiem pēc iespējas ātrāk pieteikties uz frekvencēm nozīmē arī to, ka tiem ir jāiesniedz pieprasījumi ITU un FCC ilgi pirms to satelītu uzbūves vai dažkārt pat pilnībā projektēti.
SpaceX ir ambiciozākais no jaunās LEO paaudzes. 2015. gadā Īlons Masks nāca klajā ar plānu izmantot satelītu milzīgo zvaigznāju Starlink, lai nodrošinātu globālu platjoslas internetu, kas sasniegtu daudzus jaunattīstības un nepietiekami apkalpotos reģionus. SpaceX sākotnēji lūdza atļauju palaist 4425 satelītus, taču 2017. gadā to palielināja līdz gandrīz 12 000 — šo zvaigznāju FCC beidzot licencēja 2018. gada beigās.
Gatavojoties savu pirmo komerciālo satelītu palaišanai, SpaceX vēlreiz izstrādāja savu plānu, lūdzot pārvietot dažus satelītus tuvāk Zemei un mainīt to izmantotās frekvences. Tās pašas veiktās analīzes it kā neuzrādīja jaunus traucējumus, taču citi satelītu uzņēmumi nebija apmierināti. Kepler, vēl viens satelītsakaru starta uzņēmums, savus apgalvojumus nosauca par maldinošiem. OneWeb, kas plāno savu vairāk nekā 2500 interneta satelītu lielu konstelāciju, līdzīgi norādīja, ka SpaceX traucējumu aprēķinos [ietver] maldinošus darbības pieņēmumus, nepilnīgu analīzes parametru kopu un ļoti maldinošus secinājumus.
FCC apstiprināja SpaceX plānu, un uzņēmums maijā palaida savus pirmos 60 Starlink satelītus. Tās konkurentiem tagad būs jāpalaiž savi satelīti, cerot, ka viņu bažas par traucējumiem bija nepamatotas.
Vismaz šis strīds tika ātri atrisināts. Jaunpienācēju murgs ir tas, ka strīdi var izraisīt neierobežotu regulējuma kavēšanos.
Piemēram, 2001. gadā uzņēmums Mobile Satellite Ventures vērsās FCC, lai pārdalītu dažas tās satelītu frekvences hibrīda satelīta/virszemes sakaru pakalpojumam. Desmit gadus vēlāk uzņēmums, ko tagad sauc par LightSquared, saņēma nosacītu atbrīvojumu, kas tika ātri apturēts, jo bija bažas, ka tas varētu traucēt GPS navigācijas signāliem. LightSquared gandrīz nekavējoties iesniedza bankrota pieteikumu, taču, pagājuši vēl gandrīz desmit gadi un vēl viena nosaukuma maiņa, Ligado Networks turpina LightSquared cīņu. Tas ir apsolījis samazināt savu transmisiju jaudu par vairāk nekā 99%, taču joprojām saskaras ar ilgstošu atgrūšanos no nervoziem un, iespējams, greizsirdīgiem aviācijas konkurentiem.
Ligado lēmumu izšķērdēt 40 MHz satelīta spektra nevajadzētu atalgot ar negaidītu atlīdzību, konkurējošais satelītu operators Iridium 2018. gada jūlijā rakstīja FCC. Aprīlī Ligado sanāksmē ar FCC atzīmēja, ka aģentūra ir izskatījusi savu jaunāko pieteikumu vairāk nekā 1000 dienas. Kad šis jautājums nonāca presē, FCC par to vēl bija jāpieņem.
Tomēr Ligado pieeja parāda, kā tehnoloģija var palīdzēt apspiest strīdus. Uzņēmums spēja ievērojami samazināt savas jaudas prasības, pateicoties arvien jutīgākiem uztvērējiem. Arī multipleksēšanas sistēmas turpina uzlaboties gan uzlabotas skaitļošanas jaudas, gan arvien sarežģītākas, gudras signālu kodēšanas un dekodēšanas tehnikas dēļ.
Augstas pastiprinājuma antenas ļauj satelītiem izveidot fokusētus staru kūļus, kas mērķēti uz noteiktiem apgabaliem zem tiem. Jo ciešāks fokuss, jo biežāk šīs frekvences var izmantot atkārtoti. Citas jaunās sistēmas plāno izmantot vēl ciešāk fokusētus lāzerus vienam satelītam, lai sazinātos ar otru, tādējādi samazinot radiofrekvenču pieprasījumu. Jaunās fāzētu masīvu tehnoloģijas nozīmē, ka satelīta signālus tagad var uztvert ar mazām un lētām elektroniski vadāmām plakanā paneļa antenām, nevis vecajām, smagnējām paraboliskām antenām. Gan ar GPS aprīkotus satelītus, gan lietotāju termināļus var ieprogrammēt, lai izvairītos no pārraides uz konkurējošiem LEO vai ģeostacionāriem satelītiem.
Daži eksperti uzskata, ka labākais veids, kā atraisīt tehnoloģiskos jauninājumus, ir regulējuma atcelšana uz tirgu balstītiem risinājumiem, piemēram, esošajām zemes bezvadu spektra izsolēm. Taču nav skaidra mehānisma šādai globālai spektra izsolei.
Jebkurā gadījumā, lai gan satelītu frekvenču bezmaksas piešķīrumu konvertēšana tirgojamās tiesībās varētu radīt stimulus sadarbībai šķēršļu pārvarēšanā, globālā mērogā tas būtu sarežģīts process. Orbitālajā ekonomikā jau dominē dažas pasaules spēcīgākās valstis. Šķiet, ka preferenciālas piekļuves piešķiršana tiem uzņēmumiem, kuriem ir visdziļākās kabatas, varētu iemūžināt vēsturisko nevienlīdzību un izslēgt jaunattīstības valstis, kurām ir vislielākais ieguvums no nākamās tehnoloģiskās robežas sasniegšanas.
Ne visi redz vajadzību pēc revolūcijas orbītā. Farrars uzskata, ka satelīti un zemes stacijas regulāri būs spiestas apturēt darbību, līdz mazināsies traucējumu risks, tādējādi krasi samazinot to jaudu un apdraudot jau tā nestabilos biznesa plānus. No ekonomiskā viedokļa tā būtu katastrofa, ja visi varētu darboties, viņš saka. Taču ir neiedomājami, ka [visi šie uzņēmumi] darīs to, ko viņi ir paziņojuši, ka plāno darīt.
Tādā gadījumā sarežģīta birokrātija, kas atliek, aizkavē un izjauc biznesa plānus, varētu būt tieši tas, kas nepieciešams telpai.
Marks Heriss ir rakstnieks Sietlā un biežs līdzstrādnieks.