Začala nová éra internetu? Na oběžnou dráhu se vydaly desítky vysílačů

aktualizováno 
Společnost SpaceX v pátek 24. května poprvé vynesla na oběžnou dráhu satelity pro svůj projekt „internetu z vesmíru“ Starlink. Jak projekt má přesně fungovat, komu má sloužit a jak?

Nosič Falcon 9 připravený k vynesení první skupiny satelitů Starlink | foto: SpaceX

Jedním z velkých plánů společnosti SpaceX je kromě kolonizace Marsu a rapidní znovupoužitelnosti raket také vybudování obří satelitní konstelace Starlink na nízké oběžné dráze, jejímž prostřednictvím by společnost chtěla zajišťovat rychlý internet doslova po celém světě. To by zároveň představovalo lákavý zdroj příjmů, který by SpaceX rádo využilo k financování vývoje pokročilejších raket a kosmických lodí.

O projektu se mluví již dlouho, na konci května společnosti v jeho realizaci učinila důležitý krok: vynesla na oběžnou dráhu první várku družic, které mají vysílání zajišťovat. Nosič Falcon 9 dopravil na oběžnou dráhu šedesát zhruba čtvrttunových satelitů, které tvoří malý předvoj internetové vesmírné flotily společnosti.

Zrod

Společnost oznámila plány na vybudování konstelace už v lednu 2015, ale následně o ní dlouho nemluvila. Roušku tajemství odhalila až před startem první várky satelitů v rámci mise Starlink-1 v květnu 2019. Už předtím se však dala řada věcí vyčíst z různých povolenek a žádostí úřadů FAA a FCC. Design celé konstelace v průběhu let prošel výraznými změnami. Jméno Starlink je podle Elona Muska inspirováno románem Hvězdy nám nepřály.

SpaceX původně plánovalo konstelaci tvořenou 4425 satelity ve výšce 1110 až 1325 km nad zemí, které by později doplnila sada dalších 7518 satelitů umístěných na orbitách ve výšce kolem 320 km. Povolení od FCC pro provoz prvních 4425 satelitů společnost získala v březnu 2018, čímž došlo ke spuštění důležitého odpočtu. FCC totiž udělení licencí podmiňuje tím, že zájemci musejí do šesti let od získání prvotního povolení vynést polovinu plánovaných satelitů. FCC zároveň požaduje, aby všechny satelity byly na oběžné dráze do devíti let. Pokud firmy termíny nestihnou, získají povolení k provozu pouze tolika satelitů, kolik jich bylo v době vypršení času na orbitě.

SpaceX pak v listopadu 2018 získalo od FCC povolení také na vynesení a provoz zbylých 7518 satelitů. Spolu s tím SpaceX požádalo o úpravu předchozího povolení. Z původních 4425 satelitů totiž v dané výšce totiž firma nakonec plánuje provozovat jen 2825 satelitů, zároveň ale přidala 1584 satelitů na orbitu ve výšce 550 km. Ve výsledku tedy kompletní plánovaná konstelace čítá 11 924 družic:

  • 1584 satelitů ve výšce 550 km, rozdělených po 66 satelitech do 24 orbitálních rovin s inklinací 53° (tyto družice budou vyneseny jako první a budou představovat první fázi projektu)
  • 2825 satelitů ve výšce 1110–1325 km, rozdělených do různých rovin s odlišnými inklinacemi (viz tabulku níže)
  • 7518 satelitů ve výšce kolem 320 km (ty budou nejspíš vyneseny jako poslední)

Internetové připojení, které bude tato konstelace zprostředkovávat, využijí především odlehlé a rozvojové oblasti, kde lidé internet nemají, ale Starlink také bude konkurovat poskytovatelům internetu v oblastech, kde lidé připojení už mají, ale je drahé nebo pomalé. Podle OSN v současnosti zhruba 57 % světové populace nemá přístup k internetu, takže potenciální trh je obrovský.

SpaceX si od Starlinku slibuje hlavně významný zdroj příjmů, které pak může využít pro vývoj stále pokročilejších raket a lodí. Roční příjmy SpaceX ze startů raket budou výhledově dosahovat maximálně 3 miliardy dolarů, ale příjmy z poskytování internetového připojení přes Starlink by se prý mohly pohybovat kolem 30 miliard. Elon Musk by si rád ukrojil 3 až 5 procent z celosvětových příjmů v oboru telekomunikací, které dosahují přibližně jednoho bilionu dolarů (tisíc miliard). SpaceX se však nesnaží vyšachovat existující operátory, spíše s nimi prý bude spolupracovat.

Konstelace

Plánovaná konstelace bude opravdu obří, po jejím dokončení bude čítat skoro 12 000 satelitů. Pro představu, v roce 2019 Zemi celkově obíhalo 1957 funkčních satelitů. Konstelace SpaceX by tedy počet aktivních satelitů na oběžné dráze rovnou zněkolikanásobila.

Tyto satelity se budou nacházet na nízké oběžné dráze ve výšce 340 až 1300 km a budou časem vzájemně propojeny pomocí laserů (první generace však lasery ještě disponovat nebude) a konstelace svým signálem pokryje celý povrch Země v pásmech Ku (12–18 GHz), Ka (26,5–40 GHz) a V (40–75 GHz).

Pásma V a Ku budou sloužit uživatelům sítě a pásma V a Ka budou sloužit pro spojení s pozemními branami, sledování, příkazy a telemetrii. 7518 satelitů umístěných na velmi nízké oběžné dráze bude používat pásma V pro všechny účely. Rozpis konkrétních frekvencí pásem, které bude Starlink využívat:

  • Přenos ze satelitu k uživatelským terminálům: 10,7 – 12,7 GHz
  • Přenos ze satelitu k pozemním bránám: 17,8 – 18,6 GHz + 18,8 – 19,3 GHz
  • Přenos z terminálů k satelitům: 14,0 – 14,5 GHz
  • Přenos z bran k satelitům: 27,5 – 29,1 GHz + 29,5 – 30,0 GHz
  • Sledování, telemetrie a příkazy směrem dolů: 12,15 – 12,25 GHz + 18,55 – 18,60 GHz
  • Sledování, telemetrie a příkazy směrem nahoru: 13,85 – 14,00 GHz
  • Komunikace vesmír-Země (pásmo V): 47,2 – 50,2 GHz
  • Komunikace Země-vesmír (pásmo V): 50,4 – 51,4 GHz

Satelity budou komunikovat buď přímo s uživatelskými terminály nebo pozemními branami, které budou obvykle umístěny u významných internetových uzlů. SpaceX má momentálně povolení pro provozování prvních šesti bran, které budou umístěny na různých místech v USA.

SpaceX dále plánuje na začátku provozovat dvě pozemní stanice pro sledování a přenos telemetrie, jednu na západním pobřeží USA a druhou na východním (u města Brewster ve Washingtonu).

A jaké parametry připojení bude tato konstelace umožňovat? Podle SpaceX lze očekávat gigabitové rychlosti s velmi nízkou latencí do 20 milisekund, což je víc než dostatečné i pro hraní online her citlivých na rychlost odezvy. Oproti tomu současné metody satelitního připojení k internetu jsou nesrovnatelně pomalejší a jejich hlavní nevýhodou je vzhledem k umístění satelitů na geostacionární dráze ve výšce kolem 35 000 km vysoká latence v řádu stovek milisekund. To už je do jisté míry omezující i při běžném používání, o hraní stříleček nemluvě.

Ve srovnání s klasickou sítí má satelitní internet výhodu v tom, že světlo putuje optickým kabelem pomaleji než volným prostorem (navíc data musejí po cestě projít mnoha mezibody, které ve výsledku nepředstavují fyzicky nejkratší trasu), což by v případě Starlinku mělo umožnit rychlejší odezvu při komunikaci na velké vzdálenosti. Nutno však upozornit, že dokud nebude Starlink zprovozněn, nevíme, jak SpaceX nastaví tarify a limity, a neznáme hodnoty rychlosti a odezvy, kterých bude dosaženo v praxi.

Elon Musk také prozradil, že síťový protokol bude jednodušší než IPv6 a pakety budou mít velmi malou hlavičku. Přenášená data navíc budou kompletně šifrovaná na úrovni firmwaru.

Zkouška motorů pro satelity Starlink v laboratořích SpaceX

Zkouška motorů pro satelity Starlink v laboratořích SpaceX

Satelity

Vývoj a výroba satelitů pro Starlink probíhá v pobočce SpaceX v Redmondu poblíž Seattlu a momentálně není v plánu výrobu přesunout jinam. Výroba prvních 60 satelitů zabrala „pár měsíců“, ale vzhledem k potřebnému počtu družic se dá očekávat, že proces se bude postupně zrychlovat.

Satelity jsou jako první v historii vybaveny iontovými motory, které využívají krypton. Krypton je méně efektivní než tradiční xenon, takže jsou potřeba větší nádrže, ale zato je desetkrát levnější. Specifický impuls motoru je kolem 1500 sekund. Motory budou využívány k přesunu satelitů na cílovou orbitu, následné manévrování a také deorbitaci na konci životního cyklu.

Satelity dokážou určit svou pozici pomocí GPS a zařízení pro sledování hvězd, které si SpaceX samo vyvinulo. Díky tomu zvládnou lépe směrovat svůj signál a také se automaticky vyhýbat odpadu a ostatním družicím na oběžné dráze. Informace o pozicích těchto objektů družice získávají z databáze NORADu

Vypuštění satelitů je hodně unikátní. Horní stupeň se pomalu roztočí podél horizontální osy a po oddělení satelitů od rakety se o jejich rozprostření postará moment setrvačnosti. Systém neobsahuje žádné pružiny. Satelity do sebe během vypouštění můžou lehce drknout, ale prý jsou na to stavěny.

Každý z 60 satelitů vynesených v rámci mise Starlink-1 má podle SpaceX hmotnost 227 kg. Jde však o první generaci družic, jejichž design se průběžně mění, takže hmotnost se může u příštích misí lišit.

Satelity jsou velice ploché, aby jich bylo možné do aerodynamického krytu umístit co nejvíce, a každý je vybaven jen jedním skládacím solárním panelem tvořeným standardizovanými články.

24.května 2019 v 04:27, příspěvek archivován: 25.května 2019 v 22:51

VIDEO: Starlink satellites are equipped with one solar array instead of two, minimizing potential points of failure https://t.co/bJirVr67fF

Pro zobrazen? videa mus?te m?t zapnutou podporu JavaScriptu

Starlink satellites are equipped with one solar array instead of two, minimizing potential points of failure https://t.co/bJirVr67fF

Satelity jsou vybaveny čtyřmi výkonnými anténami fungujícími na principu fázového pole („phased array“). Satelitům vyneseným během mise Starlink-1 zatím chybí antény pro pásmo Ka, ale jinak jsou prý v podstatě stejné jako budoucí satelity první generace. V plánu jsou další generace, které časem přidají také laserové spojení mezi satelity. Momentálně jsou satelity propojeny pouze pomocí pozemních bran, přičemž prý možná bude potřeba umístit některé brány také na lodě na moři.

Každých 60 satelitů představuje zhruba 1 terabit užitečné kapacity, avšak celkem možná 2–3 terabity. Jeden satelit by tedy měl mít kapacitu 16–50 Gb/s.

Momentálně prý stojí vynesení satelitů víc než jejich výroba, z čehož se dá odvodit, že výroba jednoho satelitu vyjde maximálně na 500 tisíc dolarů. Satelity jsou relativně levné, protože si je SpaceX vyrábí samo a při tolika kusech se projeví úspory z rozsahu.

Očekává se, že satelity budou po pěti letech zastaralé, a tak budou průběžně nahrazovány novými generacemi. Krátká životnost snižuje náklady na každý satelit a také umožňuje rychlejší míru inovace. Zároveň společnost může rychleji reagovat na měnící se požadavky zákazníků. (K velmi podobným závěrům o životnosti satelitů došla celá řada společností, které se dnes snaží prosadit na trhu, pozn.red.)

Uživatelské terminály

Koncový uživatel se bude moci k satelitům připojit pomocí speciálního terminálu ve tvaru placatého disku o velikosti středně velké pizzy. Toto zařízení bude disponovat elektronicky směrovatelnou anténou („phased array“), takže se nebude muset fyzicky otáčet. Přepínání mezi satelity by mělo být nepostřehnutelné. Terminál bude potřebovat přímý výhled na oblohu a SpaceX usiluje o to, aby stál maximálně 200 dolarů (zhruba pět tisíc korun). Anténa funguje i za pohybu, takže může být umístěna na auto, loď či letadlo.

V únoru 2019 firma podala žádost u telekomunikačního úřadu FCC o povolení provozovat až milion těchto uživatelských terminálů na území Spojených států.

Komunikace mezi satelity a terminály bude ovlivněna počasím (déšť, hustá oblačnost apod.), ale momentálně není jasné, jak velký problém to bude v praxi.

Harmonogram

Dva testovací satelity označované Tintin A a Tintin B SpaceX vyneslo v únoru 2018 jako sekundární náklad v rámci mise Paz. Firma prostřednictvím těchto dvou satelitů otestovala vzájemnou laserovou komunikaci a také spojení s několika pozemními stanicemi, které byly rozmístěny v rozličných zařízeních SpaceX v Hawthorne, McGregoru, Brownsville a Redmondu. Jedna stanice je také v budově společnosti Tesla v kalifornském Fremontu a další tři mobilní stanice byly umístěny v dodávkách. Satelity obíhají ve výšce 514 km.

Testovací satelity Tintin A a Tintin B internetové konstelace Starlink

Testovací satelity Tintin A a Tintin B internetové konstelace Starlink

Firma poté začala s vynášením většího počtu satelitů první generace v květnu 2019, kdy vypustila prvních 60 exemplářů v rámci mise Starlink-1. Telekomunikační úřad FCC požaduje, aby celá konstelace čítající 11 924 kusů byla dokončena do listopadu 2027 (a do roku 2024 musí být vynesena alespoň polovina všech satelitů). Ani poté ale SpaceX nepřestane vynášet další satelity, protože tou dobou už bude potřeba začít postupně obměňovat staré satelity, které byly vyneseny na začátku.

Společnost tvrdí, že komerční provoz může být spuštěn pro oblast severní části Spojených států a Kanady již po šesti startech. Pokud vše půjde dobře, už na přelomu let 2019 a 2020 by SpaceX mohlo začít poskytovat služby telekomunikačním firmám a dalším zákazníkům.

Financování

Prezidentka SpaceX Gwynne Shotwellová odhaduje, že zprovoznění sítě Starlink bude stát kolem 10 miliard dolarů. Do SpaceX už v roce 2015 investovala společnost Google spolu s fondem Fidelity miliardu dolarů a má se za to, že hlavním účelem investice byl právě projekt Starlink.

Elon Musk tvrdí, že SpaceX má dostatek financí pro výstavbu funkční konstelace čítající několik set satelitů. Získání dalšího kapitálu by prý bylo potřeba jen v případě, že se něco pokazí. SpaceX ale nemá problém kapitál získat – v posledním investičním kole prý byl větší zájem investorů než bylo potřeba.

SpaceX zatím neuzavřelo smlouvu s žádným zákazníkem, ale probíhají jednání se strategickými partnery, jako jsou například telekomunikační společnosti v zemích, kde je na venkově špatné internetové připojení.

Vynášení satelitů

Jak vlastně SpaceX plánuje vynést několik tisíc satelitů během pouhých pár let? Společnost oznámila, že toho hodlá docílit pomocí své rakety Falcon 9 a klíčem k úspěchu bude její rapidní znovupoužitelnost, kterou má umožnit vylepšená varianta Falconu 9 zvaná Block 5. Firma dokonce chce časem dosáhnout 24hodinového obratu jedné rakety. Každý jednotlivý stupeň navíc bude možné využít minimálně desetkrát.

Pokud se tedy plány SpaceX naplní, rychlá znovupoužitelnost Falconu 9 by v kombinaci s několika aktivními rampami mohla umožnit vynést velké množství satelitů každý rok, a to relativně levně. Při prvním startu bude vyneseno 60 satelitů, ale u dalších misí mohou být počty jiné. Elon Musk očekává, že pomocí raket Falcon bude možné vynášet 1 až 2 tisíce družic ročně, přičemž pro pokrytí Spojených států bude potřeba 12 startů a pro ucházející globální pokrytí alespoň 24 startů. Pro nepřerušovaný signál po celém světě je potřeba provozovat satelity v alespoň šesti rovinách.

24.května 2019 v 04:25, příspěvek archivován: 25.května 2019 v 22:54

VIDEO: Starlink will connect the globe with reliable and affordable high-speed broadband services https://t.co/dWVvPwVWU4

Pro zobrazen? videa mus?te m?t zapnutou podporu JavaScriptu

Starlink will connect the globe with reliable and affordable high-speed broadband services https://t.co/dWVvPwVWU4

Hlavním omezujícím faktorem během vynášení družic je momentálně velikost aerodynamického krytu, nikoli nosnost rakety, takže využití Falconu Heavy, který sice má vyšší nosnost, ale má stejně velký kryt jako Falcon 9, by SpaceX neumožnilo vynášet více satelitů najednou. Zajímavostí je, že u startů s družicemi pro Starlink není aerodynamický kryt vybaven akustickými destičkami, které během letu normálně chrání náklad před hlukem a vibracemi. Důvodem by mohla být maximalizace dostupného prostoru uvnitř krytu pro umístění co nejvyššího počtu satelitů.

Vyvíjená raketa Starship už má výrazně větší nákladní prostor, ale podle Muska není pro dokončení konstelace nezbytně nutná. Musk však doufá, že Starship začne létat dlouho předtím, než SpaceX vynese všech 12 000 družic. Náklady na start Starship by totiž díky kompletní znovupoužitelnosti měly být o dost nižší (prý minimálně pětkrát).

Poskytování služeb Starlinku prý může začít už po vynesení 400 satelitů, ale pro ekonomickou návratnost je podle Elona Muska potřeba provozovat alespoň 1000 satelitů.

Problém se smetím

Na oběžné dráze Země je stále více a více objektů – nejen aktivních satelitů, ale také zbytků raket, různých malých i velkých trosek, nefunkčních družic atd. V závislosti na typu orbity, po které se daný objekt pohybuje, může proces samovolné deorbitace trvat od několika měsíců v případě nízké oběžné dráhy až po tisíce let v případě geostacionárních drah. Správní orgány i odborníci se tedy oprávněně obávají zhoršení problému vesmírného smetí a zvýšení rizika vzniku Kesslerova syndromu následkem vytvoření rozsáhlých konstelací, jaké kromě SpaceX plánují i další firmy. SpaceX však tvrdí, že riziko není zdaleka tak vysoké, jak by se mohlo zdát. Satelity jsou malé a v okolí Země je neuvěřitelné množství místa. Konstelace navíc bude navržena tak, aby co nejvíce minimalizovala rizika a potenciál vzniku vesmírného smetí:

  • Satelity mají vlastní pohon a budou schopny se vyhnout případné srážce s jiným objektem – ať už jiným satelitem, vesmírným smetím či nefunkčním satelitem z vlastní konstelace.
  • Dosluhující satelity (předpokládá se životnost kolem 5 let) budou včas přesunuty na takovou orbitu, která do 1–5 let způsobí vstup do atmosféry, kde satelit shoří. Tento proces je o dost rychlejší než 25 let, které momentálně vyžadují mezinárodní standardy.
  • V případě té části konstelace, která se nachází na velmi nízké oběžné dráze, se problém vesmírného smetí řeší sám. Satelity budou obíhat tak nízko, že budou muset periodicky udržovat potřebnou výšku pomocí motorů, jinak by následkem atmosférického tření došlo v řádu týdnů k jejich deorbitaci. I pokud tedy satelit selže a přijde o možnost vlastního pohonu nebo se přeruší kontakt se Zemí, během krátké doby sám shoří v atmosféře a nepřispěje tak k problému vesmírného smetí.

Družice jsou navíc navrženy tak, že se po deorbitaci kompletně rozpadnou. Žádná jejich část tedy nedopadne na zemský povrch, kde by mohla někoho ohrozit. Výjimku tvoří prvních několik desítek satelitů, které používají ještě starý design, u něhož některé komponenty nemusí kompletně shořet.

Konkurence

SpaceX není jedinou firmou, která provozuje nebo plánuje vytvořit globální internetovou konstelaci, avšak většina z nich je navržena pro jiné účely (např. Iridium či Orbcomm) nebo mají značně omezenou kapacitu kvůli nízkému počtu satelitů (HughesNet, Viasat).

Největšími potenciálními konkurenty Starlinku jsou konstelace společností OneWeb (psali jsme o ni zde), Telesat a Amazon a dále projekt LeoSat. Avšak pouze SpaceX, Telesat a OneWeb zatím vynesly testovací satelity pro své konstelace. OneWeb a SpaceX zároveň už několik let mezi sebou vedou spory.

SpaceX si navíc na rozdíl od ostatních firem může zajistit dopravu satelitů na oběžnou dráhu pomocí vlastních raket, což představuje nemalé úspory a velkou konkurenční výhodu. SpaceX však podle Elona Muska nikdy neodmítne vynesení satelitů pro konkurenční konstelaci, pokud o to někdo projeví zájem.

Článek byl převzat z webu ElonX.cz, který se věnuje především firmě SpaceX, ale i dalším aktivitám Elona Muska. Originál textu, který autor hodlá v budoucnosti aktualizovat a doplňovat o další informace, najdete zde.

Autor:

50. výročí přistání na Měsící

Americký kosmický let Apollo 11 splnil svoji misi 20. července 1969. Na povrch Měsíce jako první člověk vstoupil velitel posádky Neil Armstrong. Doprovázel jej Edwin "Buzz" Aldrin, zatímco Michael Collins zůstal na palubě vesmírné lodi.

Téma Apollo 11 v článcích Technet.cz:
O čem si povídali kosmonauti Apolla 11. Poslechněte si tisíce hodin „ticha“
Co kdyby Apollo 11 zůstalo na Měsíci? Pohřbili by je přes rádio zaživa
Vlajky na Měsíci stále stojí. Podívejte se na důkaz ze sondy LRO

Nejčtenější

U Prochorovky to bylo jinak. Němci nám kradou tankovou bitvu, zuří Rusko

U Prochorovky se v červenci 1943 odehrála jedna z největších tankových bitev.

Nejslavnější tanková bitva u Prochorovky je ruská propaganda, napsal Die Welt s odkazem na zjištění německých a...

K síti se připojila největší solární elektrárna. Rekord dlouho nevydrží

Pohled na elektrárnu Nur Abú Zabí ze vzduchu

Ve Spojených arabských emirátech k začátku července spustili největší fotovoltaickou elektrárnu na světě. Má maximální...

Amatérský astronom vyfotografoval supertajný americký raketoplán X-37B

Americký raketoplán X-37B na orbitě

Nizozemský pozorovatel satelitů a vědecký novinář Ralf Vandebergh nejspíš udělal nejlepší fotku svého života. Podařilo...

Jeho formule chtěl každý. Autor slavných vystřihovánek slaví devadesátiny

Richard Vyškovský se svým modelem cisternové stříkačky CAS 32 na podvozku Tatra...

Richard Vyškovský je pro laickou veřejnost nepříliš známé jméno, v modelářské komunitě je však doslova celebritou. S...

Největší dobrodružství 20. století začalo o tři čtvrtě sekundy později

Tři Američané právě odstartovali na misi, kterou bedlivě sleduje celý svět.

Ani ostřílený hlasatel vesmírného střediska na Mysu Canaveral nedokáže zakrýt pohnutí. Je 16. července 1969, 9:32 ráno...

Další z rubriky

Víte o přistání na Měsíci všechno? Jedenáct otázek k výročí Apolla 11

Tato fotka patří mezi nejznámější. Řada lidí si proto myslí, že je na ní Neil...

O přistání na Měsíci jste nejspíše v posledních dnech slyšeli hodně. Ale znáte ho do detailu? Vybrali jsme pro vás k...

„Stanuli jsme na Měsíci jménem celého lidstva.“ Nové fotky z Apolla 11

Přistání člověka na Měsíci bylo nejsledovanější událostí v historii lidstva....

Přistání člověka na Měsíci bylo nejsledovanější událostí v historii lidstva. Přesto se najdou fotografie, které jste...

Amatérský astronom vyfotografoval supertajný americký raketoplán X-37B

Americký raketoplán X-37B na orbitě

Nizozemský pozorovatel satelitů a vědecký novinář Ralf Vandebergh nejspíš udělal nejlepší fotku svého života. Podařilo...

Najdete na iDNES.cz