Starlink vyvolává obavy ohledně rušení, pomáhal po hurikánu Ida a možná zajistí internet pro astronauty
V dnešním přehledu novinek o družicové konstelaci Starlink se podíváme na různé zajímavosti a oznámení, které se nevešly do minulého článku. Začneme pochybnostmi britského telekomunikačního úřadu, které se týkají vzájemného rušení různých družicových konstelací a přejdeme k tomu, že patrně chybou amerického telekomunikačního úřadu bude muset SpaceX vrátit část přidělených dotací. Abychom však dnes nezmiňovali jen samé pesimistické informace, podíváme se i na to, jak je možno využít síť Starlink při živelné katastrofě. Náš přehled pak zakončíme možným kosmickým využitím Starlinku. A protože informací je spousta, raději rovnou začneme.
S první novinkou dnešního přehledu přišel v červenci letošního roku britský státní telekomunikační regulátor Ofcom. Tento státní úřad se totiž obává, že s nárůstem počtu družic různých satelitních operátorů začne víc a víc docházet k vzájemnému rušení signálu (interferenci). Situace se má následovně. Dokud internetové připojení zajišťovaly pouze družice na geostacionární oběžné dráze (GEO), riziko interference bylo velmi nízké. Uživatel namířil svou parabolickou anténu na danou družici a signál poté proudil od uživatele ke družici a zpět. Pokud se družice nachází na GEO, je prakticky vyloučeno, aby došlo k interferenci, protože na jednom místě na obloze se dvě družice ocitnout nemohou. Pokud se družice nachází na jakékoliv jiné dráze, lze již na obloze zaznamenat její pohyb. Aby ovšem uživatel satelitního internetu měl nepřetržité připojení, musí jeho satelitní anténa sledovat signál družice, která se pohybuje oblohou.
Pokrytí zemského povrchu družicemi Starlink v září 2021 (Zdroj: Mortons on the Move)
Družice různých satelitních operátorů se navíc nachází v různých operačních výškách. Kupříkladu největší družicový operátor světa, firma SpaceX, provozuje své družice ve výšce 550 km. Největší současný konkurent a číslo dvě na trhu, firma OneWeb, umisťuje své družice do výšky 1200 km nad mořskou hladinou. A zde právě nastává onen problém. V tomto případě již nelze vyloučit, že při pohledu ze Země se v jeden okamžik neobjeví družice obou firem na jedné přímce, a jejich signály se tak mohou začít vzájemně rušit. Toto sblížení sice nebude trvat dlouho, nejvýše pár sekund, ale to již může stačit na to, aby se část signálu ztratila. S nárůstem počtu družic různých operátorů se toto riziko navíc bude jen a jen zvyšovat. Pokud navíc k tomuto rušení dojde, může trvat anténě samotné mnohem delší čas, aby se znovu připojila na správnou družici.
Představa družice Starlink na oběžné dráze (Zdroj: Uswitch.com)
Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) proto vytvořila pravidla, jejichž základem je spolupráce konkurenčních firem, které mají v rámci těchto pravidel zajistit, aby k rušení nedocházelo. Podle Ofcomu jsou tato pravidla ovšem nedostatečná, důvodem je dle agentury vysoká dynamičnost těchto konstelací, které navíc mají různou míru zavádění. To mimo jiné znamená, že někteří operátoři mají již vydané licence, ale své družice začnou vypouštět až za několik let (Kuiper), jiní operátoři už své družice vypouští atd. Zkrátka a dobře, úřad se domnívá, že družicové konstelace mohou být rozmístěny a zprovozněny dříve, než bude dosažena v dostatečné míře potřebná koordinace mezi jednotlivými operátory. S touto obavou není Ofcom sám, i americký úřad FCC vydal v roce 2017 dodatečná pravidla, která mají minimalizovat riziko rušení. Základem nových pravidel britského regulátora bude rovněž spolupráce, tentokrát podmíněná přímo v licenci. Budoucí žadatelé o frekvenční pásmo budou muset při žádosti o licenci podat věrohodný důkaz o technických schopnostech svého systému a o tom, že je schopen fungovat bez vzájemného rušení s ostatními operátory. Úřad hodlá též zavést kontroly, které by zkoumaly budoucí i stávající licence. Tento krok by měl umožnit koexistenci stávajících i budoucích systémů. Úřad by zároveň chtěl zabránit i tomu, aby současní operátoři díky různým „vylepšením” znemožnili vstup nového operátora. Všechny vydané licence budou také důkladně prozkoumány a bude v nich dodatečně uvedena podmínka nutné spolupráce. Tato podmínka by zároveň měla umožnit Ofcomu vyžádat od jednotlivých operátorů nápravné akce, pokud by se vzájemné rušení dvou či více operátorů prokázalo.
Ilustrační obrázek družic různých operátorů obíhajících Zemi. Je zde vidět, že se družice mohou ocitnout v zákrytu. (Zdroj: MIT News)
Následující zpráva, kterou v našem přehledu uvedeme, je pro kalifornskou raketovou firmu poměrně nemilá. Dopředu však předesílám, že v celé záležitosti je firma s největší pravděpodobností nevinně. Ale začneme popořádku. Když jsme loni v prosinci v článku uvedli, že SpaceX v rámci aukce Federálního komunikačního úřadu (FCC) získalo nárok na až 885 milionů dolarů na připojení více než půl milionu amerických domácností k internetu, byla to pro firmu jistě vítaná zpráva. Tyto finance měly pomoci rozvíjet podnikání směrem, kterým firma napíná většinu svých sil, tedy snaze nabídnout co nejvíce zákazníkům služby sítě Starlink. V rámci prosincové aukce bylo tehdy rozděleno mezi 197 firem celkem 9,2 miliardy dolarů. Koncem července však vyšla na serveru The Verge zpráva, že 700 milionů dolarů z celkově rozdělených peněz bylo chybou v aukci určeno na zasíťování míst, na které by se dotace neměly vztahovat. Jde například o parkoviště nebo části měst, kde už je dobrá dostupnost rychlého připojení k internetu. Všechny společnosti, které získaly od FCC dotace, si tak nejprve budou muset zjistit, kolik takto chybně přidělených peněz obdržely a poté budou muset zrušit svou žádost o finance na obsloužení těchto oblastí. Dle agentury Free Press se případě SpaceX jedná o celkem 111 milionů dolarů, které firma nebude moci využít. Chyba však vznikla na straně FCC, neboť o finance pro tato místa správně nemělo být vůbec možné v rámci aukce žádat.
Když se potřebujete připojit ke Starlinku, ale v okolí máte stromy, řešením může být stožár. (Zdroj: Aluma Tower Company)
Družicová síť Starlink má za sebou i pozitivní zkušenost, kdy pomohla dobré věci. Když se koncem léta letošního roku se v Karibském moři zformoval hurikán Ida, stal se následně druhým nejničivějším hurikánem po Katarině, která v roce 2005 těžce poškodila pobřeží státu Louisiana. Hurikán 29. srpna dosáhl amerického pobřeží a způsobil tam rozsáhlé škody. Šlo o šestou nejničivější tropickou cyklónu a způsobené škody přesáhly 65 miliard dolarů. Průchod této bouře pobřežím pochopitelně poničil pozemní infrastrukturu včetně telekomunikačních spojení. Aby však záchranné týmy měly během svých zásahů možnost internetového připojení, využila nemocnice St. Charles Parish služeb sítě Starlink. Tato satelitní konstelace se sice neobejde bez pozemní infrastruktury, i tak lze však bez přehánění říct, že její hlavní část, tedy družice samotné, jsou hurikánem nepostižitelné.
Internetová síť Starlink slouží dnes uživatelům na zemském povrchu. Do budoucna se hladina jeho použitelnosti plánuje zvednout nejen do výšky pravidelných leteckých tras, ale možná i výše. S jejím využitím se totiž do budoucna možná počítá i na palubách kosmických lodí. Lze to odvodit z prohlášení, které učinil Elon Musk těsně před přistáním orbitální mise Inspiration4. Ta v polovině září vynesla na oběžnou dráhu čtyřčlennou čistě amatérskou posádku pod vedením Jareda Isaacmana. Elon tehdy doslova uvedl, že příští turistická mise lodi Crew Dragon by už měla být vybavena ohřívačem jídla a také bezplatným internetovým připojením. Na první pohled to sice vyznívá jako typický Elonův vtípek, ale když si k tomu přidáme pár dodatečných informací, jde o zajímavou věc, která by dávala smysl. Kosmonautické mise se od svých počátků primárně vždy spoléhaly na síť pozemních či námořních stanic, které posádce kosmické lodi zajišťovaly spojení. Dnes je tato síť nazývána Near Earth Network (NEN) a umožňuje přenést na Zemi až 30 terabajtů za den.
Rozmístění pozemních stanic Near Earth Network na zemském povrchu (Zdroj: NASA)
Jak se postupně rozšiřovaly možnosti kosmonautiky, na různé oběžné dráhy včetně dráhy geostacionární byly umístěny retranslační družice, které umožňují nepřetržité telekomunikační spojení pilotovaných kosmických lodí. Toto spojení je však primárně využíváno kosmickými agenturami pro provoz ISS a jiné organizace jej mohou využívat jen v podstatně omezenějším režimu. Toto omezení zmínil ve svém poletovém prohlášení i velitel mise Inspiration4, který na Twitteru uvedl, že posádka měla na oběžné dráze jen málokdy možnost používat internetové připojení pro přenos videa a fotek. Užitím sítě Starlink na palubě lodi Crew Dragon při turistických misích by tak při příštích misích mohla posádka získat lepší možnosti komunikace a vyšší rychlost internetového připojení. SpaceX navíc plánuje použít Starlink také při prvním orbitálním testu rakety Starship, takže rozhodně není nic nereálného na tom, aby byl internet přes Starlink k dispozici také v Crew Dragonu.
Podpořte projekt ElonX
Britský státní regulátor, (částečně) britský OneWeb, aktuálně zaostávající za Starlinkem. Možná jsou v tom i politické zájmy, nebo je Ofcom používán jako nástroj, který má pomoci Starlink přibrzdit… Jen moje spekulace.
Taky jsem premyslel, jestli to zminit, ze vlastnikem onewebu je i britska vlada, ale pak jsem si rekl, ze britsky statni regulator si nedovoli nikomu nadrzovat. A tak jsem to vynechal, taktez muj soukromy nazor.
Na druhou stranu pozadavek na to, aby se interference resily vcas podle me dava smysl. K cemu je zakon, narizujici neci, kdyz uz jsou druzice nahore, pokud to nejde vyresit jenom softwarove?
Na tu myšlenku mě přivedla následující věta z původního článku: To preserve competition, Ofcom said it will “introduce a competition check” into its licensing process to account for the “technical constraints that the gateway or user terminals could create on future licensees.”
Tady se tvrdí, že Ofcom má na srdci zajištění konkurenceschopnosti nových hráčů, což zní hezky, ovšem chce toho dosáhnout retroaktivními dodatky k již vydaným licencím. A tohle právě trochu smrdí, protože takový požadavek může naopak znevýhodnit – zatížit dodatečnými náklady apod. – ty, kteří už mají zainvestováno a konstelací provozují. LEO je prostě omezený zdroj, na který si brousí zuby další firmy. Rychlejší bere. OneWeb sice teoreticky drží druhé místo, ale snadno se může stát, že je někdo z konkurence předběhne, a pak bude tahat za (ještě) kratší konec. A Britům tohle všechno zřejmě došlo.
Ale jak jsem psal: jen spekulace, úvahy 🙂
Bol by to paradox, keby turistické misie SpaceX museli používať satelitný internet OneWeb, lebo budú na vyššej orbite ako je Starlink.
Bude to spojení Starlinku s družicemi fungovat i se současnou verzí? Nebo až zavedou tu laserovou komunikaci?
Pokud se nepletu, tak pokud vy Inspiration4 mohla teoreticky využívat Starlink, tak by to stejně nešlo, protože byla výše. Otázka je jak moc to bude fungovat pokud budou antény hodně blízky sebe z hlediska výšky, ale daleko od sebe v rovině. Nevíte někdo jaký je maximální úhel těch jednotlivých antének?
A jak to bude fungovat s lasery?
To je dobrá poznámka, možná je napojí na ty lasery, které by se k tomu asi využít daly.
To bude trošku složitější. Z principu samozřejmě lze propojit jakékoli dvě družice v zorném poli. Z hlediska zajištěné komunikace mezi nimi by ale bylo lepší, kdyby se prakticky nehýbaly. Nejlepší by tedy bylo, kdyby byly na stejné dráze. I tak budou muset řešit drobné houpání v měnícím se gravitačním poli a relativistické efekty, typicky posun cílové družice během dráhy letu signálu.
Posílání dat lasery tedy bude dle mého názoru nejprve zprovozněno vždy na jednotlivých orbitách a udělají prstýnky kolem Země. Jedna orbita-prstýnek tedy vždy bude potřebovat alespoň jednu základovou stanici na povrchu, aby mohla poskytovat data, a dvě základny, aby se využil přenos velkých kapacit z jedné pozemní stanice na druhou.
Z toho mi plyne, že ze začátku se budou moci využívat k připojení fázové antény družic. Neznám technické podrobnosti, možná mě někdo doplní, ale momentálně pochybuji, že by družice Starlink měly namířené antény i ven do vesmíru. Ono to teď ani nedává moc smysl. Nad orbitami Starlinku tedy nemá smysl nad přenášením signálu asi moc uvažovat, ale…
ISS létá pod Starlinkem. Není nad ní atmosféra, takže rušení minimální a tím pádem, pokud antény Starlinku mají širší zorné pole, než kolik stačí pro atmosféru, může se přenos uskutečnit. Přenos ale bude vypadávat, když nebudou nad translační stanicí. Vytvoření prstýnků z laserů bude pro trvalý signál nutnost.
Takže myslím, že ne. Laserem se na cestovní lodě signál přenášet nejspíš nebude. Signál by mohl být snadno dostupný pod slupkou Starlinkové sféry. A pokud jde o ISS samotnou, co si budeme povídat – pokud bude na Zemi dost translačních stanic, můžou ve výsledku zajistit připojení přímo na ISS ze Země.
To moc nepůjde. “finta” laserového propojení je jeho extrémní směrovost. (p2p)
A zatímco rádio má jednak širší “paprsek” a umíme ho směřovat i jinak, než fyzickým přesměrováním, tak u optiky to moc nejde (a musíme to řešit pohybem optiky). Laicky řečeno – laser na satelitu se musí otočit přesně na druhý bod…. čímž ale samozřejmě ztratí schopnost komunikovat s tím – s čím komunikoval doposud (interlink).
Logicky předpokládám, že těch laserů tam bude více, protože družice by měly komunikovat navzájem mezi sebou, nepředpokládám, že tam bude jen jeden jediný pro spojení na jednu družici.
Bude/je jich tam více…pro interlink.
Samozřejmě můžeš tam přidat další – nad rámec těch, co potřebuješ pro interlinky, ale – je to další váha navíc, která v nejlepším dokáže obsloužit 1 bod (a to ještě s řadou hvězdiček).
Předpokládám, že tam budou mít nějakou rezervu pro případ poruchy, takže by tu rezervu mohli využívat pro připojení na spodní části LEO.
S tím rušením nějak nevidím u SpaceX problém. Až bude konstelace hotova, tak každý terminál uvidí najednou na několik družic. Dráhy družic jsou známy dopředu a předpokládám že i terminály znají svoji polohu. Pokud by k nějakému překryvu mělo dojít, není problém se přepnout na jinou družici. Problém vyřeší softwarový update 🙂
Problém nebude mít Starlink ale OneWeb, který bude překrývaný.
Pokud budou vysílat na stejné frekvenci, tak asi i Starlink, protože se to bude rušit vzájemně.
Na stejné frekvenci?
Ano může být, ale někdy stačí i vedlejší frekvence a už můžou být problémy. Další problém může být interference.
Wiki: Vzhledem k principu nezávislosti šíření vlnění dochází v dané oblasti, kde se různá vlnění setkávají, k jejich skládání. Principy skládání vln jsou obdobné jako při skládání kmitů. Výsledkem skládání vln je složené vlnění. Jevy, které jsou spojeny se skládáním vlnění se označují jako interferenční jevy. Hovoří se pak o interferenci vlnění.
Neřeší vše ta fázová anténa?
Nikoliv, fázová anténa v podstatě “jen” odstraňuje nutnost mechanického naklánění antény za účelem sledování satelitu, což by pro nízko (a tedy úhlově rychle) letící satelity bylo značně nepraktické, nemluvě o poměrně dlouhé době nutné následně k přesměrování na jiný satelit (asi by to bylo nutné řešit dvojicí antén). Mechanické komponenty mají navíc tendenci se opotřebovávat rychleji, než softwarové :-). Nicméně to nepomůže k vyřešení problému, kdy je signál přicházející od satelitu zarušený jiným signálem stejné nebo podobné frekvence. Lze si to představit tak, že když vám bude někdo vysílat z vrcholu kopce zprávu morseovkou pomocí baterky v noci, tak v tom není problém. Ale pokud si někdo vyleze na komín, který je v “optické trase” nebo blízko ní a začne vysílat jinou zprávu, tak už nic moc nezachytíte. Pomoci může jen směrovější anténa (zmenší se oblast, kdy uvidíte oba zdroje současně) nebo větší rozdíl frekvencí (nežádoucí signál odstraní vstupní filtr).