Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

Предлагаю ознакомиться с ранее размещенными материалами по проекту Starlink (SL):
Часть 20. Внутреннее устройство терминала SL Часть 21. SL и проблемы поляризаци Часть 22. Проблемы электромагнитной совместимости c другими спутниками. Часть 23. Промежуточные итоги аукциона RDOF

Состоявшийся в январе 2021 года пуск миссии Transporter-1 принес весьма интересную информацию: новые более подробные фото ИСЗ Starlink и их новой модификации с оборудованием Межспутникового лазерного канала связи ака InterSatellite Link

Вид всей укладки 5 спутников в стопке


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

Вот узел, который является оборудованием ISL (обведенный красным) в транспортном положении.

На вопрос: «это ли ISL?», сам Маск написал/подтвердил — «Laser…»


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

Предположение неизвестного автора, как может произойти его развертывание.

Отметим, что комплекс ISL возможно включает в себя как лазерный источник (черная труба), так и приемник сигнала (продолжение черной трубы металлическая «плита-площадка», соединенная с черной трубой белым кабелем).

В данном случае, автор никак не претендует на «истину в последней инстанции»


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

В любом случае это признак, что работа в Редмонде кипит, и создан за очень короткий срок практически предсерийный или даже серийный образец.

Интересный вопрос — кто из компаний в области лазерной коммуникации сотрудничает со SpaceХ? Возможно, компания Tesat из Германии. www.tesat.de/products#laser

Представитель Tesat-Spacecom Маттиас Моцигемба сообщил, что компания планирует испытывать в космосе полезную нагрузку оптической связи в течение двух лет и провести эксперименты, направленные на построение глобальной сети космических и наземных узлов.

Моцигемба сказал, что не может раскрыть заказчиков терминалов межспутниковой лазерной связи, но отметил, что Tesat в настоящее время поставляет оптические межспутниковые линии связи американским компаниям, строящим группировки на низкой околоземной орбите.

Вот продукция компании Tesat


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

Tesat может предложить подходящие лазерные терминалы для широкого спектра применений. В случае SpaceDataHighway это LCT135, который может безопасно, быстро и полностью отказоустойчиво передавать до 1,8 Гбит/с на расстояния до 80 000 километров.


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

Для приложений на низких околоземных орбитах (LEO) есть SmartLCT, который можно развернуть на более мелких и легких спутниках с большой экономией веса и размера. Передача данных на расстояние до 45 000 километров при сохранении высокой скорости передачи данных до 1,8 Гбит/с. SmartLCT весит всего около 30 килограммов.


      Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 24. Лазерные Каналы -2

На фото терминал Smart LCT для низкоорбитальных группировок. На видео с корпоративного сайта Tesat можно найти отсылки к спутниковой сети Starlink и ее ИСЗ.

www.tesat.de/images/tesat/products/ConLCT_Video.mp4

Для спутников еще меньшего размера в портфолио Tesat Laser входят TOSIRIS и CubeLCT, которые могут передавать данные прямо на Землю со скоростью 10 Гбит/с (TOSIRIS) или 100 Мбит/с (CubeLCT). Особенно впечатляет связанное с этим снижение веса. И без того небольшой TOSIRIS весит всего 8 кг, в то время как CubeLCT с длиной корпуса всего 10 сантиметров весит всего 360 грамм.

Важный вопрос: как информация попадет в лазерный канал? Напомню, что сейчас сеть Starlink использует 2 диапазона: на линии ИСЗ – абонтерминал — это Кu (11/14 ГГц), на линии ИСЗ- Гейтвей -Ка диапазон. Все современные спутники просто преобразовывают сигнал на одной частоте в сигнал той же ширины на другой. Вся информация хранится в волне, в которой модулируется несущая частота (те самые Кu или Ка). Если мы хотим использовать лазерный канал, то самое простое- это некую полосу частот Ка-диапазона на ИСЗ преобразовывать не в Кu для передачи на терминал вниз, а преобразовать в диапазон частот ТераГерцы, где и работают лазеры…

Это самый простой вариант. Нам не нужно демодулировать радиосигнал, превращать его в совокупность кадров, извлекать их него Ip пакеты, и их как-то по ранее полученной таблице маршрутизации направлять на другой спутник. То есть не заниматься тем, что называется «обработка на борту» и пока, кроме одного неудачного опыта примерно 10 лет назад, не используется.

Однако, в этом случае, на терминале и гейтвее должен быть ВЫДЕЛЕН отдельный диапазон частот, и транспондер на борту ИСЗ, который, приняв Кu передает его в лазерный канал между ИСЗ.

Технически это осуществимо, но минус тут, что этот диапазон частот будет изъят из диапазона, на котором обслуживается основная масса абонентов, даже 100 МГц — это где-то 3% от общего ресурса.

Второй вопрос гораздо более серьезный — это управление и наведение лазерным лучом. В одном из известных видо в youtube луч очень ловко и красиво переключается с одного ИСЗ на другой, и от Нью-Йрка до Сингапура по кратчайшему маршруту бегут пакеты биржевых торговцев. Но реальность, как всегда, жестче – вот несколько цифр.

Время сканирования луча антенны с ФАР от 5 до 10 МИКРОсекунд

Задержка (пинг) в сети Starlink к сейчас Земля-Спутник- Земля 20-40 МИЛЛИсекунд

Критичная задержка по программе RDOF (интернет для сельской местности в CША) не более 100 МИЛЛИсекунд (видимо при ее превышении, нет гарантии комфортной работы VPN и прочих приложений.

Задержка в сетях на Геостационарных ИСЗ – 600-800 МИЛЛИсекунд.

Итак, сколько времени нужно, чтобы лазерный канал (устройство) переключилось на борту ИСЗ с одного ИСЗ на другой – то есть это в среднем 90 градусов, максимум видимо 150 градусов. Это точно не миллисекунды, а секунды, возможно минуты. Примеры управления лазерным лучом с помощью электромагнитного поля пока неизвестны, а это единственный вариант перенацеливать луч лазера в течение микросекунд, то есть без ОБРЫВА СЕАНСА связи.

Если мы допускаем обрыв канала, то не надо даже на пушечный выстрел подходить к биржевым игрокам.

Какие есть варианты? Возможно самый простой и надежный – вообще отказаться от переключения лазерных лучей между ИСЗ. Так как все спутники летят по жестко закрепленным орбитам и на фиксированных местах внутри нее, то, имея допустим 2 лазерных канала на каждом ИСЗ, можно обеспечить лазерное «кольцо» в данной плоскости орбиты для всех 18-20 ИСЗ, каждый ИСЗ имеет один канал на ИСЗ спереди и один канал на ИСЗ сзади, то есть можно пересылать информацию по ИСЗ в одной плоскости орбиты до тех пор, пока один из ИСЗ не окажется в зоне действия какого-либо наземного Гейтвея.

Если у нас будет 4 лазера на каждом ИСЗ, (достаточно спорный вариант с учетом указанных выше габаритов и весовых параметров лазеров), то тогда ИСЗ связывается с соседями спереди, слева в другой плоскости, сзади и справа. Тогда теоретически появляется возможность более быстрого прохождения луча над территорией без гейтвеев.

Но опять-таки рассчитывать на то, что трафик пойдет по самому КРАТЧАЙШЕМУ пути в таком варианте не стоит…

Резюме. Опция лазерных каналов связи усложнит существующую сеть ИСЗ и, видимо, сделает ИСЗ дороже (стоимость 2 комплектов лазерного канала от компании компании Mynaric составила 1,9 миллиона долларов). Безусловно, серийное производство значительно снизит эту сумму, но не до 100 долларов.
Источник

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *