Starlink moti astronome, a tudi operaterje

Kaj bo omrežje satelitov na nizki zemeljski tirnici prineslo običajnim gospodinjstvom in kaj velikim ponudnikom?
Fotografija: Postavitev globalnega internetnega omrežja, ki bo omogočalo dostop ne glede na lokacijo, brez satelitske tehnologije ni mogoča. Foto Spacex
Odpri galerijo
Postavitev globalnega internetnega omrežja, ki bo omogočalo dostop ne glede na lokacijo, brez satelitske tehnologije ni mogoča. Foto Spacex

Poleg optičnih širokopasovnih tehnologij in javnih mobilnih omrežij naslednje generacije v pomoč pri zagotavljanju širokopasovnega dostopa do interneta v poskusno obratovanje prihajajo še omrežja satelitov v nizkih zemeljskih tirnicah, med katerimi je najbolj razvpit pred šestimi leti začeti projekt Starlink, ki ima v vesolju že 1378 majhnih satelitov.

Poleg skorajda polovice od 2,2 milijarde svetovnih gospodinjstev, ki nimajo povezave s fiksnim širokopasovnim omrežjem, nanj nestrpno čakajo tudi v gospodinjstvih na slovenskem podeželju, ki ima še vedno veliko belih lis brez širokopasovne infrastrukture in obenem za njeno gradnjo ni tržnega zanimanja pri operaterjih. To so območja, ki jih ne pokriva niti četrta generacija javnih mobilnih omrežij (4G) in že več kot desetletje čakajo na gradnjo odprtih širokopasovnih omrežij.



V nasprotju z običajnimi zemeljskimi komunikacijskimi omrežji, pri katerih internetni promet potuje po optičnih kablih ali na kratke razdalje po zraku, satelitsko internetno omrežje prenaša informacije s pomočjo mikrovalovnega valovanja, ki potuje med satelitom in uporabnikom na Zemlji. Z globalnim satelitskim omrežjem Starlink, ki bo pokrivalo ves svet med geografskimi širinami 70 stopinj severno in prav toliko južno, se odpirajo tudi možnosti, kot so manjše zakasnitve in redundanca obstoječih zemeljskih omrežij.
 

Prvi val nasprotovanja


Filantrop, inženir in podjetnik Elon Musk mora na poti do cilja, ki je delujoče širokopasovno omrežje majhnih satelitov Starlink, za katero bo njegovo vesoljsko transportno podjetje Spacex potrošilo 10 milijard dolarjev, preskočiti celo vrsto ovir. Čeprav inženirji večinoma občudujemo v skrivnostno tančico ovite tehnološke dosežke, ne gre prezreti kritik nekaterih interesnih skupin. Prvi so bili astronomi, nato naravovarstveniki, sledila je ustavitev projekta zaradi nevarnosti padca odsluženih satelitov na Zemljo. V začetku leta so nato še kongresniki od ameriškega regulatorja FCC zahtevali presojo, ali je Spacex upravičen do denarne pomoči, namenjene opremljanju podeželja s širokopasovnim internetom.

image_alt
Zvezde ali zveze, je zdaj vprašanje


Prva serija svetlečih satelitov na nebu je zmotila opazovanje vesolja z Zemlje in projektu so takoj ostro nasprotovali tako ljubiteljski astronomi kot poklicni astrofiziki in kozmologi. Upravičeno so se jezili, novica je preplavila medije in morda bi jo lahko označili celo za eno najboljših reklamnih kampanj, ki se je v obliki vlakca svetlečih satelitov vozila prek neba, še posebej dobro pa so jih opazili na svetlobno manj onesnaženem podeželju, torej prav ciljna skupina, na katero računa Elon Musk.

Ko so tudi v najbolj odročnih krajih tako izvedeli za satelitski internet, je Spacex oznanil, da bodo satelite naslednje serije oblekli v temen absorpcijski premaz za zmanjšanje svetlobne odbojnosti in sončne panele usmerili stran od Zemlje. Naslednja serija satelitov je bila precej manj vidna, astronomi so bili nekoliko potolaženi, čeprav so na velikih in občutljivih teleskopih njihove sledi še vedno zaznavne.

Naravovarstveniki so kmalu po oznanitvi projekta Starlink začeli opozarjati, da bo velikansko število satelitov (42 tisoč) imelo velike posledice za bližnjo okolico našega planeta. Skrbijo jih vesoljske smeti, ki potujejo s hitrostjo skoraj 8 km/s in imajo kljub majhni masi zaradi velike hitrosti ogromno kinetično energijo. Že manjši delci pomenijo nevarnost za satelite in ob morebitnem trčenju lahko povzročijo Kesslerjev pojav oziroma kaskado trkov, ki bi nam lahko celo zaprla pot do vesolja.

Rešitev je Spacex predstavil z uporabo nizke zemeljske tirnice, na kateri se odsluženi ali pokvarjeni sateliti sami umikajo vse nižje in nato padejo v atmosfero. Glede na to, da je Spacex leta 2017 dobil dovoljenje za namestitev 11.927 satelitov Starlink in da je predvidena življenjska doba posameznega satelita šest let, bo vsak dan proti Zemlji padlo in zagorelo v povprečju malo več kot pet satelitov. V prihodnje torej lahko pričakujemo utrinke umetnih satelitov, in čeprav je bilo izračunano tveganje za človeške žrtve 1 : 18.200 (vsakih šest let en poškodovan ali ubit Zemljan), kar je nad zahtevami Ese in Nase, je ameriški regulator FCC marca 2019 s Spacexom dosegel dogovor o preoblikovanju satelitov, tako da bodo med padanjem v celoti zgoreli v ozračju. To je bilo mogoče le z zmanjšanjem mase s prvotno načrtovanih 500 kilogramov za posamezni satelit na sedanjih 260 kilogramov.

image_alt
Nesramno bogati mesija za spreminjanje sveta na boljše


Projekt Starlink je vnesel nemir tudi med člane ameriškega združenja optičnih širokopasovnih omrežji (NTCA), saj bodo dobili močno konkurenco. Spacex je namreč za opremljanje 10 odstotkov belih lis v ZDA od FCC dobil 886 milijonov dolarjev. Pri tem pa se ponuja vprašanje, ali jim bo do pogodbenega leta 2028 uspelo izpolniti zahteve po pokritosti redko poseljenih območij. Podobno kot po vseh razvitih državah imajo tudi ZDA cilj omogočiti vsem prebivalcem vsaj 100 Mbit/s na dotoku in vsaj 20 Mbit/s na odtoku. Že hitri izračuni pokažejo, da je zmogljivost na posamezen satelit trenutno premajhna, saj vsak podatkovne zmogljivosti deli na več uporabnikov. Neodvisne simulacije so pokazale, da bodo v urah z največjim dnevnim prometom te degradirane pri več kot 56 odstotkih uporabnikov. Spacex se zagovarja, da omrežje nenehno dopolnjuje in izboljšuje ter da je o neizpolnjevanju zahtev nemogoče soditi sedem let pred rokom.
 

Prihranki in inovativni tehnološki dosežki


Pri spremljanju velikopoteznih poslovnih ciljev projekta Starlink se upravičeno postavlja vprašanje, zakaj bi Elonu Musku uspelo, če se mnogim predhodnikom satelitske storitve poslovno niso izšle in so jih morali na koncu opustiti zaradi visokih stroškov, ki so posledično privabili premalo uporabnikov. Musk je s kopico inovativnih poslovnih in tehničnih rešitev postavil konkurenčno izhodiščno ceno, ki za naročnika znaša 499 dolarjev za komunikacijsko vozlišče in 99 dolarjev mesečne naročnine.



Dolgo je veljalo, da so za komunikacije najbolj primerni veliki sateliti na geostacionarni tirnici, katere višino je izračunal slovenski inženir vesoljskih tehnologij in pionir vesoljskih poletov Herman Potočnik Noordung v knjigi Problem vožnje po vesolju že leta 1928. Za globalno pokrivanje celotne zemeljske površine ob ekvatorju so potrebni le trije geostacionarni sateliti na nadmorski višini 36 tisoč kilometrov. Pri satelitih na nizki tirnici pa je potrebnih bistveno več satelitov, ki morajo povrhu še usklajeno delovati.

Slabost trenutnega satelitskega internetnega omrežja, ki ga zagotavljajo veliki geostacionarni sateliti, je razmeroma velika zakasnitev signala zaradi oddaljenosti od uporabnika. Ta je v obe smeri za opazovalca, ki ima geostacionarni satelit v nadglavišču, najmanj 240 milisekund, v praksi pa se zaradi neidealnega položaja in tudi štirikratnega potovanja signala med Zemljo in satelitom zakasnitev podaljša na 600 milisekund ali več. Omrežje Starlink, ki ima satelite na višini le 550 kilometrov, bo signale zakasnilo samo za nekaj 10 milisekund, k temu pa bo pripomogla tudi komunikacija med satelitskimi vozlišči v vesolju z inovativnimi laserskimi povezavami.

Velik prihranek podjetju omogoča tudi izstreljevanje v nižjo orbito s falconom 9, raketo, ki jo lahko večkrat uporabijo. Nizka cena poletov je med drugim pomembna zato, ker bo treba delujočo konstelacijo satelitov stalno dopolnjevati s približno dva tisoč novimi na leto.

Še dodatno so pri Spacexu ceno projekta znižali s serijsko proizvodnjo satelitov. Njihova življenjska doba, ki je pri geostacionarnih satelitih 15 let, se je z izbiro nizke tirnice in ionskega pogona na žalost skrajšala na tretjino, kar res ni v skladu s konceptom trajnostnega razvoja, vendar geostacionarni satelit z vsaj štirikrat večjo maso potrebuje za utirjenje tudi veliko več goriva. Kratka življenjska doba pri tehnoloških izdelkih omogoča prilagajanje na hitro spreminjajočih se trgih in dopolnjevanje z novimi tehnološkimi dosežki. Spacex si je s tem pustil odprta vrata za razmeroma hitre nadgradnje v omrežju.
 

Šele pred nekaj meseci, ko so prvi uporabniki razdrli svojo sprejemno anteno in to objavili na družbenih omrežjih, smo končno videli, kaj se skriva v inovativni sledilni anteni. Foto Youtube
Šele pred nekaj meseci, ko so prvi uporabniki razdrli svojo sprejemno anteno in to objavili na družbenih omrežjih, smo končno videli, kaj se skriva v inovativni sledilni anteni. Foto Youtube
Kaj se skriva v anteni


Vsak od satelitov v nizki tirnici ima le majhno vidno polje, kar pomeni, da komunicira samo z napravami v geografskem območju premera 940 kilometrov. V trenutni fazi nepopolne konstelacije uporabnik lahko komunicira s satelitom, ki je vsaj 25 stopinj nad obzorjem, kar pomeni, da mu je na razpolago samo pet minut. Čas, ko bo posamezen satelit uporabniku omogočal storitev, se bo dodatno skorajda prepolovil, ko bo konstelacija popolna in bo minimalna elevacija povezave 40 stopinj, saj bo takrat posamezen satelit pokrival geografsko območje s polmerom 570 kilometrov in bo svoje zmogljivosti razdelil med manj uporabnikov. Kratki časi razpoložljivosti zahtevajo hitro odzivnost uporabniške antene, bo pa manjše območje pokrivanja za dodatno milisekundo zmanjšalo tudi maksimalno zakasnitev do satelita, ki je sedaj 3,75 milisekunde.

Šele pred nekaj meseci, ko so prvi uporabniki razdrli svojo sprejemno anteno in to objavili na družbenih omrežjih, smo končno videli, kaj se skriva v inovativni sledilni anteni, veliki kot satelitski krožnik premera 48 centimetrov. V nasprotju z mobilnim omrežjem, pri katerem se oblikovanje snopa uveljavlja šele s 5G, so antenske skupine že nekaj desetletij povsem običajna tehnologija v satelitskih komunikacijah. Doslej se je oblikovanje snopa uporabljalo zgolj na satelitih, s Starlinkom pa prihajajo še v naročniška komunikacijska vozlišča. Zaradi velikih hitrosti gibanja morajo biti uporabnikove antene sposobne hitre predaje zveze (z močjo komaj 4 W) na naslednji satelit, za kar skrbi elektronsko krmiljen ozek snop antenske skupine z več kot dvesto elementi.



Poleg širokopasovnosti pa namerava Starlink zadovoljiti tudi s pasovno širino manj potratne uporabnike in jim omogočiti zgolj govorne klice. Zdi se, da poslovnim priložnostim ni konca, saj bo internetni dostop prav tako ponujal na ladjah, letalih in drugih vozilih, kar pomeni, da bo omrežje omogočalo stalen dostop do interneta tudi na območjih, kjer je pokritost danes draga in nezanesljiva.
 

Pričakovane globalne spremembe


Z vidika alternativne rešitve je smiselno projekt Starlink podpreti in omogočiti tudi v Sloveniji, saj optično vlakno še dolgo ne bo prisotno na vseh podeželskih domovih. Postavitev globalnega internetnega omrežja, ki bo omogočalo dostop ne glede na lokacijo, brez satelitske tehnologije ni mogoča, poleg tega je satelitsko omrežje zelo pomembno kot rezervna infrastruktura v primeru naravnih nesreč. Navsezadnje pa gre za zunanjepolitični projekt, s katerim bodo ZDA okrepile svoj položaj in zagotovile šifrirano širokopasovno povezavo vsem svojim zaveznikom. Starlinkov globalni internet bo odporen proti lokalnemu cenzuriranju in omejevanju storitev, saj bo med drugim omogočal nefiltriran dostop do podatkov v državah, kjer vlade izvajajo restrikcije nad prometom. Na žalost tovrstna globalizacija omrežja lahko vodi v globalni monopol in ogrozi nevtralnost interneta. Prav zanimivo bo pogledati, kako se bodo na to odzvale druge države.



Za gospodinjstva, ki naročajo internetno storitev pri lokalnem monopolističnem ponudniku telekomunikacijskih storitev, je pomembno še to, da bo Muskov Starlink omogočil konkurenco in z diktiranjem cen satelitskega interneta vplival tudi na cene pri lokalnih ponudnikih. Optično vlakno do končnega uporabnika je namreč naravni monopol, kjer je ponudnik hkrati lastnik infrastrukture. Kljub prizadevanjem za odprta širokopasovna omrežja in možnosti najema drugih ponudnikov še vedno obstaja nevarnost kartelnega dogovora.

Uporabniki od Starlinka lahko pričakujemo podoben učinek, kot ga je imela uvedba spletnega plačevanja Paypal, ki je prav tako Muskov izum, nastal je kot alternativa takratnim papirnim metodam plačevanja in znižal visoke bančne provizije. Musk je večino izkupička od prodaje Paypala vložil v Spacex, zdaj pa vse kaže, da bo tudi s tem podjetjem poskrbel za nižanje cen na področju internetnega dostopa. Pa naj še kdo reče, da Elon Musk ni filantrop in da mu ni mar za slehernika.

———
Izr. prof. dr. Boštjan Batagelj je zaposlen na Katedri za informacijske in komunikacijske tehnologije na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani.

Preberite še:

Komentarji: