Clever Geek Handbook

Segala sesuatu tentang proyek Internet Starlink Satellite. Bagian 14. Saluran komunikasi antar-satelit

Bagian 1 ‣ Bagian 2 ‣ Bagian 3 ‣ Bagian 4 ‣ Bagian 5 ‣ Bagian 6 ‣ Bagian 7 ‣ Bagian 8 ‣ Bagian 9 ‣ Bagian 10 ‣ Bagian 11 ‣ Bagian 12 ‣ Bagian 13



Tautan antar-satelit



Pada 3 September 2020, SpaceX mengumumkan tes pertama hubungan antar-satelit (ISL).



Kehadiran saluran seperti itu di konstelasi Starlink diumumkan di awal, tetapi kemudian ditinggalkan di satelit generasi pertama untuk menghemat waktu dan uang.



Saluran antar-satelit akan memungkinkan untuk memecahkan masalah komunikasi di daerah-daerah di planet ini di mana tidak mungkin untuk memasang gateway di bumi dengan sambungan serat optik yang terhubung dengannya untuk akses Internet. Saat ini, Starlink tidak dapat menyediakan layanan di laut dan samudera, kecuali untuk jarak yang dekat dari garis pantai, sehingga memutuskan diri dari pasar kapal pesiar dan pengiriman maritim komersial yang sangat menguntungkan, serta dari sebagian besar penerbangan jarak jauh dalam penerbangan sipil global. ...



Keuntungan lain dari ISL yang banyak didiskusikan secara luas dan hangat adalah bahwa kecepatan propagasi sinyal di ruang angkasa sama dengan kecepatan cahaya, tetapi di kabel optik lebih kecil, dan secara teoritis, penundaan saat menggunakan satelit Starlink dengan ISL akan lebih kecil daripada saat menggunakan kabel bawah laut transatlantik yang menghubungkan Amerika Serikat dengan Eropa, Asia dan Australia, dan ini akan menarik pialang saham untuk berdagang di bursa benua ini.



Sebelum melanjutkan ke pembahasan, mari kita ceritakan sedikit, faktanya, tentang teknologi komunikasi laser.



Saat ini, laser banyak digunakan untuk mentransfer data dalam jumlah besar melalui kabel serat optik. Penggunaannya di ruang angkasa memiliki potensi yang lebih besar; tidak adanya media transmisi fisik akan memungkinkan untuk memperoleh transfer informasi dengan kecepatan tinggi. Keuntungan lain dari laser adalah bahwa cahaya memiliki panjang gelombang 10.000 kali lebih pendek daripada panjang gelombang gelombang radio yang digunakan dalam komunikasi ruang angkasa (atau frekuensi transmisi 10.000 kali lebih tinggi). Ini berarti bahwa sinar laser dapat bergerak dalam berkas yang lebih sempit, dan akan membutuhkan penerima yang lebih kecil untuk menerima sinyal yang cukup untuk memproses amplitudo. Selain meningkatkan tingkat keamanan ruang komunikasi, hal ini akan mengurangi bobot, dimensi peralatan komunikasi,banyak uang dihabiskan untuk pengirimannya ke luar angkasa.





Angka: Tampilan set onboard untuk komunikasi laser LLCD (Demonstrasi Komunikasi Laser Bulan), yang berpartisipasi dalam eksperimen NASA LADEE (Penjelajah Atmosfer Bulan dan Debu) pada tahun 2013: komunikasi antara Bumi dan pesawat ruang angkasa di orbit Bulan.



Perlu dicatat bahwa bandwidth saluran komunikasi ditentukan antara lain oleh diameter optik penerima, misalnya stasiun penerima ground untuk percobaan ini terlihat seperti ini:





Pada saat yang sama, kecepatan transmisi dari orbit Bulan mencapai 622 Mbit / s, tetapi kecepatan transmisi pada arah yang berlawanan, meskipun stasiun pemancar dari Bumi berukuran besar, tidak lebih dari 20 Mbit / s. Artinya, ukuran optik penerima dan jarak antara pemancar dan penerima sinyal memainkan peran kunci.



Saat ini, fokus utamanya adalah pada penggunaan komunikasi laser untuk berkomunikasi antara Bumi dan satelit bumi buatan. Misalnya, satu kit pengembangan onboard dari Mynaric AG (Jerman) untuk komunikasi laser memiliki berat 7-15 kg. Kit ini dapat mengirimkan 10 Gbps selama 4.500 km. Pabrikan sedang mempertimbangkan 100 Gbps, tetapi produknya saat ini berjalan pada 10 Gbps. Perhatikan bahwa terminal penerima di Bumi untuk menerima data dengan kecepatan seperti itu memiliki dimensi yang lebih dari sekadar mengesankan.



Gambar tersebut menunjukkan terminal laser tanah Mynaric.





Membidik, menangkap, dan melacak pesawat ruang angkasa adalah masalah paling menantang dalam komunikasi laser berbasis ruang angkasa, menurut Mynaric. Pertukaran mendasar di sini adalah menemukan kompromi antara akurasi bidikan dan kekuatan berkas cahaya: semakin kecil divergensi (hamburan) berkas cahaya, semakin tinggi sinyal di penerima, tetapi dalam hal ini persyaratan untuk akurasi penunjuk semakin tinggi. Perbedaan berkas cahaya laser modern dapat mencapai 10 μrad (atau 0,00057 derajat). Perhatikan bahwa dalam hal ini berkas cahaya pada jarak 1000 km memiliki diameter hanya 10 meter, dan tugas "menabrak" dengan satelit lain akan sangat sulit bagi sistem pemandu.



Harus diingat bahwa dengan koneksi antara satelit dan Bumi, di satu sisi kita memiliki sebuah objek yang dipasang secara kaku di ruang angkasa, dengan saluran komunikasi antar-satelit, kompleksitas pengorganisasian sesi komunikasi praktis berlipat ganda.



Jika peralatan di satelit tidak dapat memberikan akurasi penunjuk seperti itu, maka tetap tahan dengan hamburan sinar lebar, yang, dengan daya pemancar tetap di papan satelit dan ukuran penerima optik, secara signifikan mengurangi throughput saluran komunikasi semacam itu.



Kami juga mencatat satu hal lagi: jika untuk satu satelit untuk komunikasinya dengan Bumi, satu set komunikasi laser sudah cukup, yang dalam sesi komunikasi akan berorientasi ke Bumi, maka dalam sistem yang kompleks dan multi-satelit seperti Starlink untuk mengatur layanan, yaitu saluran komunikasi berkelanjutan di mana saja Saat ini, setiap satelit harus memiliki 4 set modul komunikasi laser, yang berorientasi pada keempat arah. Pada saat yang sama, penting bahwa bahkan dengan empat modul, tetap perlu untuk memastikan defleksi berkas dalam modul dalam kisaran 90 ° (plus / minus 45 ° dari sumbu), yang membuat desain modul semacam itu sangat kompleks dan mungkin memerlukan perangkat putar mekanis dalam modul komunikasi laser. ... Jika sudut defleksi 45 ° tidak dijamin secara otomatis,lalu ada zona "mati" untuk penerimaan / transmisi dari satelit tertentu, yang akan mengarah pada fakta bahwa komunikasi tidak akan diatur di sepanjang rute terpendek, dan kontrol transmisi ISL akan memerlukan penghitungan terus menerus "zona mati" untuk setiap satelit di setiap saat dan mempertimbangkannya. saat meletakkan "rute".



Masalah terpisah adalah tata letak penempatan modul pada satelit. Satelit Starlink sekarang dioptimalkan agar pas di dalam fairing roket Falcon 9 dan berbentuk persegi panjang dengan ketinggian yang cukup rendah, tetapi pada sisi "pendek" inilah modul optik perlu ditempatkan (satu di setiap sisi). Pertanyaannya adalah apakah mungkin untuk menyesuaikannya dengan desain satelit saat ini, bahkan dengan mempertimbangkan fakta bahwa SpaceX sendiri akan merancang modul untuk komunikasi laser dan optiknya. Dilihat dari deskripsi peralatan komunikasi optik, arah pancaran dikendalikan oleh sistem lensa, dan bagian optik semacam itu memerlukan dimensi yang agak besar dalam hal transmisi throughput tinggi.



Perhatikan juga bahwa pemancar untuk komunikasi laser adalah konsumen energi baru di pesawat, dan efisiensinya tidak melebihi 25%, yaitu, masalah yang muncul saat memanfaatkan dan membuang 75% sisa energi yang dikonsumsi ke ruang angkasa, yang, meskipun tidak kritis, tetap saja tugas yang membutuhkan solusi teknik.



Masalah terpisah, jauh lebih kompleks dan penting adalah manajemen lalu lintas yang diarahkan ke saluran komunikasi optik. Mari kita ingat bahwa satelit komunikasi "klasik" yang ada di orbit geostasioner adalah repeater, yaitu dengan cermin. Mereka menerima sinyal dari Bumi di satu frekuensi dan mengirimkannya dari satelit ke Bumi di frekuensi lain, tetapi tanpa mengubah modulasi dan parameter lain dari sinyal itu sendiri.



Untuk memahami, kami akan menunjukkan dengan contoh dasar apa itu modulasi dan bagaimana informasi yang berguna ditransmisikan dalam sinyal radio.



Perbedaan dibuat antara gelombang pembawa dan sinyal pita dasar. Jika kita berbicara tentang transmisi sinyal analog, maka sinyal lain ditumpangkan pada frekuensi pembawa, mengubah amplitudo frekuensi pembawa:



A) jenis sinyal frekuensi pembawa,



B) jenis sinyal modulasi (informasi berguna), C



) jenis sinyal yang ditransmisikan dengan informasi yang berguna.





Untuk mengirimkan informasi digital, frekuensi pembawa dan sinyal termodulasi dengan informasi berguna terlihat seperti ini:





Hal utama di sini adalah tidak adanya pemrosesan sinyal (demodulasi) pada satelit dan, karenanya, peralatan untuk ini.



Jadi, ketika beroperasi di Ku-band, sinyal ditransmisikan dari gateway ke satelit pada frekuensi 14-14.5 GHz, sinyal onboard mengubah frekuensi pembawa dan dengan modulasi konstan (informasi berguna) ditransmisikan ke terminal pelanggan pada frekuensi 10.7-11 , 2 GHz. Namun, penyertaan saluran komunikasi laser dalam arsitektur jaringan Starlink akan memerlukan perutean pada satelit dan pemisahan arus informasi dari terminal pelanggan ke yang akan dikirim ke gateway atau lebih jauh melalui saluran antar-satelit. Cara termudah tanpa mempersulit desain satelit itu sendiri adalah dengan mengalokasikan rentang frekuensi khusus dalam pita bersama, di mana sinyal dan informasi yang ditransmisikan, ketika memasuki satelit, dikirim secara eksklusif ke saluran komunikasi antar-satelit. Artinya, sinyal radio frekuensi tinggi membawa dataditumpangkan pada sinyal cahaya sebelum transmisi melalui saluran optik dengan panjang gelombang 1000-1500 nm (teknologi RF over fiber). Ini lebih sederhana, tetapi artinya:



A) throughput saluran antar-satelit pada awalnya akan dibatasi,



B) seluruh sumber daya frekuensi yang digunakan untuk mentransmisikan informasi yang ditransmisikan lebih lanjut melalui saluran komunikasi antar-satelit akan dikecualikan untuk melayani pelanggan biasa selama periode saat satelit terbang di atas area di mana terdapat cukup gateway dan tidak diperlukan dalam saluran antar-satelit,



B) dengan kemungkinan tingkat tinggi, akan dibutuhkan terminal pelanggan khusus yang beroperasi dalam mode frekuensi ganda.



Alternatif untuk opsi ini adalah pemrosesan informasi di atas satelit. Artinya, sinyal radio yang diterima dari terminal pelanggan didemodulasi dan didekodekan ke tingkat paket IP, dikirim ke router, yang telah mendistribusikan informasi ke frekuensi radio atau saluran komunikasi optik.



Metode ini memungkinkan penggunaan yang fleksibel dari seluruh rentang frekuensi yang tersedia dan tidak memerlukan terminal pelanggan khusus, tetapi memerlukan router onboard yang mampu memproses paket dengan kecepatan hingga 20 Gbit / s. Pada saat yang sama, prosesor router semacam itu tidak boleh bekerja di ruang pusat data yang ber-AC dengan kisaran suhu operasi yang sempit, tetapi di ruang terbuka, di mana suhu, bahkan dengan adanya COTR yang kuat (sistem pendingin dan termoregulasi), akan berada dalam kisaran suhu yang lebih besar. Pada saat yang sama, kehadiran SRT yang kuat niscaya akan mempengaruhi parameter massa dan ukuran satelit.



Perhatikan, bagaimanapun, bahwa semua masalah di atas bersifat teknis dan, pada prinsipnya, dapat diselesaikan.



Kehadiran saluran optik antar satelit akan menyebabkan munculnya berbagai layanan bagi konsumen. Dia dapat mengakses Internet melalui gateway biasa dengan tarif dasar dan dengan penundaan "standar" di saluran, atau dia dapat memilih opsi koneksi "cepat", ketika informasinya dikirim melalui saluran komunikasi antar-satelit dan "turun" ke Bumi hanya di titik terdekat ke titik akhir. pintu gerbang. Tentu saja, pengiriman data yang "cepat" ini akan lebih mahal, dan biaya lalu lintas yang dikirimkan dengan cara ini secara alami akan lebih tinggi.



Tentu saja, tugas komersial murni yang terpisah adalah menghitung berapa biaya lalu lintas "cepat" seperti itu harus lebih tinggi dari biasanya, dan yang utama adalah apakah akan ada cukup banyak klien yang bersedia membayar untuk perubahan mendasar dalam arsitektur jaringan dan investasi terkait di segmen ruang angkasa.



Izinkan saya mengingatkan Anda dalam hal ini kata-kata Jonathan Hofeller, wakil presiden penjualan komersial untuk SpaceX: “Kami perlu memastikan bahwa ini hemat biaya sebelum membuat (SL) ini dan menerapkannya di konstelasi Starlink.”



Ada aspek lain dari memiliki hubungan antar-satelit di konstelasi Starlink, yang mungkin tidak menarik perhatian spesialis SpaceX sejauh ini. Pengenalan ISL akan memungkinkan pelanggan Starlink mengakses Internet dari wilayah negara lain atau mentransfer informasi dari satu terminal ke terminal lain, melewati pusat komunikasi darat mana pun.



Namun, hampir semua negara, bahkan lebih negara maju, memiliki norma dalam perundang-undangan yang mewajibkan semua operator telekomunikasi untuk memastikan bahwa layanan khusus dapat mengakses lalu lintas yang dikirimkan di jaringan mereka. Justru soal jaminan kepastian akses, apakah dinas khusus akan membaca korespondensi atau tidak, ini sudah menjadi urusan pengadilan dan norma peraturan daerah lainnya. Tapi operator telekomunikasi harus menyediakan ini. Di Amerika Serikat, hal ini diatur oleh The Communications Assistance for Law Enforcement Act (CALEA), yang diterapkan di era Bill Clinton, bahkan sebelum peristiwa 9/11. Norma undang-undang ini dan persyaratan untuk operator telekomunikasi di Amerika Serikat tidak jauh dari undang-undang Rusia tentang SORM dan persyaratan terkait untuk operator telekomunikasi Rusia, situasi yang sama terjadi di sebagian besar negara bagian lain.



Persyaratan untuk dukungan SORM menimbulkan dua kelompok masalah. Yang satu murni Amerika - bagaimana SpaceX dapat meyakinkan FBI bahwa mereka mematuhi persyaratan CALEA. Mungkin ini adalah daftar pelanggan Starlink yang telah disetujui sebelumnya oleh FBI yang dapat menggunakan layanan dengan ISL, mungkin dilarang mengirimkan lalu lintas yang berasal dari luar Amerika Serikat ke pelanggan di Amerika Serikat, atau ISL dapat mengirimkan lalu lintas yang ditingkatkan hanya melalui gateway di Amerika Serikat. Secara umum, ada banyak opsi dan itu adalah subjek diskusi antara SpaceX dan FBI, lagipula, Elon Musk adalah warga negara Amerika Serikat yang baik dan patriot negara ini.



Namun masalah akses layanan khusus ke lalu lintas pelanggan mulai terlihat sangat berbeda jika kita berbicara tentang negara lain.



Jika, sebelum saluran komunikasi antar-satelit diperkenalkan, SpaceX dapat meyakinkan regulator telekomunikasi nasional bahwa semua lalu lintas untuk pelanggan negara ini akan keluar dari gerbang di wilayahnya, di mana dinas / polisi khusus akan memasok perangkat pencegat polisi yang sesuai, maka dengan kehadiran ISL mereka harus melakukannya baik mengambil kata-kata perusahaan swasta Amerika, atau menandatangani semacam perjanjian kerja sama dengan FBI, memberi FBI sebagian kewenangan untuk mencegat lalu lintas calon penjahat dari negara ini. Bagaimanapun, kami akan berbicara tentang membatasi kedaulatan nasional di wilayah mereka sendiri untuk pelanggan jaringan Starlink.



Tentu saja, kemungkinan besar akan memungkinkan untuk membangun pertukaran data di Amerika Serikat dan sekutunya di NATO atau dunia Barat, tetapi bahkan di negara-negara ini ada konflik internal, seperti, misalnya, di Spanyol - masalah separatisme di Catalonia, atau di Turki - konfrontasi antara Erdogan dan lawan-lawannya. di mana tidak ada kejahatan atau terorisme, tetapi otoritas negara membatasi atau mungkin membatasi situs tertentu di Internet atau tertarik dengan korespondensi setiap warga negara. Artinya, pada kenyataannya, Spanyol atau Turki harus mewajibkan Amerika Serikat untuk memantau lawan politiknya, bahkan jika pemerintah Amerika Serikat tidak menganggap mereka sebagai kriminal. Dan



jika kita mengingat Arab Saudi (sekutu AS), maka kecil kemungkinannya akan siap untuk membuka akses penuh warganya ke situs konten erotis atau sumber web yang mengkritik raja saat ini.



Singkatnya, pengenalan saluran komunikasi antar-satelit di grup SpaceX akan menyebabkan masalah serius untuk masuk ke pasar komunikasi komersial negara lain.



Jadi, kita dapat mengatakan bahwa SpaceX berada di persimpangan jalan. Jika saluran komunikasi antar-satelit diperkenalkan, maka layanannya akan menarik minat yang signifikan dari militer, serta perusahaan pelayaran dan pelayaran yang berbasis di Amerika Serikat, tetapi peluang untuk menyediakan layanan komunikasi komersial di pasar negara lain akan menurun secara signifikan.





More articles:


All Articles