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


Вот узел, который является оборудованием ISL (обведенный красным) в транспортном положении.
На вопрос: «это ли ISL?», сам Маск написал/подтвердил — «Laser…»

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»

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

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.

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.

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 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

, , , , , ,

Читайте также

Меню