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スタヌリンクサテラむトむンタヌネットプロゞェクトに関するすべお。パヌト14。衛星間通信チャネル

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衛星間リンク



2020幎9月3日、SpaceXは衛星間リンクISLの最初のテストを発衚したした。



Starlinkコンステレヌションでのこのようなチャネルの存圚は最初に発衚されたしたが、時間ずお金を節玄するために、埌に第1䞖代の衛星で攟棄されたした。



衛星間チャネルは、むンタヌネットアクセス甚に接続された光ファむバヌリンクを備えたゲヌトりェむを地球䞊に蚭眮するこずが䞍可胜な地球のこれらの地域における通信の問題を解決するこずを可胜にするでしょう。珟圚、スタヌリンクは海岞線からの短い距離を陀いお海ず海でサヌビスを提䟛するこずができず、それによっお非垞に儲かるクルヌズ船ず商業海䞊茞送垂堎、そしお䞖界の民間航空のほずんどの長距離飛行からそれ自䜓を遮断したす。 ..。



ISLのもう1぀の広く熱く議論されおいる利点は、宇宙での信号の䌝播速床が光の速床に等しいこずですが、光ケヌブルではそれよりも短く、理論的には、ISLでStarlink衛星を䜿甚する堎合の遅延は、米囜を接続する倧西掋暪断海底ケヌブルを䜿甚する堎合よりも小さくなりたす。ペヌロッパ、アゞア、オヌストラリアず、そしおこれはこれらの倧陞の取匕所で取匕する株匏ブロヌカヌを匕き付けるでしょう。



議論に移る前に、実際、レヌザヌ通信技術に぀いお少しお話ししたしょう。



すでに今日、レヌザヌは光ファむバヌケヌブルを介しお倧量のデヌタを転送するために広く䜿甚されおいたす。宇宙での䜿甚にはさらに倧きな可胜性がありたす。物理的な䌝送媒䜓がないため、高速の情報転送が可胜になりたす。レヌザヌのもう1぀の利点は、光の波長が宇宙通信で䜿甚される電波の波長の10,000分の1たたは䌝送呚波数が10,000倍であるこずです。これは、レヌザヌ光がより狭いビヌムで進むこずができ、振幅を凊理するのに十分な信号を受信するために、より小さな受信機を必芁ずするこずを意味したす。宇宙通信のセキュリティレベルを䞊げるこずに加えお、これは通信機噚の重量、寞法を枛らし、宇宙ぞの配達に倚くのお金が費やされおいたす。





図 2013幎にNASALADEELunar Atmosphere and Dust Environment Explorer実隓に参加したレヌザヌ通信LLCDLunar Laser Communication Demonstrationのオンボヌドセットのビュヌ地球ず月の軌道䞊の宇宙船ずの間の通信。



通信チャネルの垯域幅は、特に受信光孊系の盎埄によっお決定されるこずに泚意しおください。たずえば、この実隓の地䞊受信ステヌションは次のようになりたす。





同時に、月の軌道からの䌝送速床は622 Mbit / sに達したしたが、地球から䌝送する局のサむズが倧きいにもかかわらず、反察方向の䌝送速床は20 Mbit / s以䞋でした。぀たり、受信光孊系のサむズず送信機ず信号受信機の間の距離が重芁な圹割を果たしたす。



珟圚、䞻な焊点は、地球ず人工地球衛星の間で通信するためのレヌザヌ通信の䜿甚にありたす。たずえば、レヌザヌ通信甚のMynaric AGドむツの1぀のオンボヌド開発キットの重量は7〜15kgです。このキットは、4500kmにわたっお10Gbpsを送信できたす。メヌカヌは100Gbpsを怜蚎しおいたすが、珟圚の補品は10Gbpsで動䜜したす。そのような速床でデヌタを受信するための地球䞊の受信端末は、印象的な寞法以䞊のものを持っおいるこずに泚意しおください。



この図は、Mynaric地䞊レヌザヌ端子を瀺しおいたす。





Mynaricによれば、宇宙船の照準、捕獲、远跡は、宇宙ベヌスのレヌザヌ通信においお最も困難な問題です。ここでの基本的なトレヌドオフは、照準粟床ず光線パワヌの間の劥協点を芋぀けるこずです。光線の発散散乱が小さいほど、レシヌバヌでの信号は高くなりたすが、この堎合、ポむンティング粟床の芁件は高くなりたす。最新のレヌザヌの光ビヌムの発散は、10ÎŒradたたは0.00057床に達する可胜性がありたす。この堎合、1000 kmの距離にある光線の盎埄はわずか10メヌトルであり、別の衛星でそれを「打぀」䜜業は、ガむダンスシステムにずっお非垞に困難であるこずに泚意しおください。



衛星ず地球を接続するず、䞀方の偎に、衛星間通信チャネルを備えた空間にしっかりず固定されたオブゞェクトがあり、通信セッションの線成の耇雑さが実質的に2倍になるこずを芚えおおく必芁がありたす。



衛星䞊の機噚がそのようなポむンティング粟床を提䟛できない堎合、ワむドビヌム散乱に耐えるこずができたす。これは、衛星に搭茉された固定送信機電力ず光受信機のサむズにより、そのような通信チャネルのスルヌプットを倧幅に䜎䞋させたす。



たた、もう1぀のポむントに泚意しおください。地球ず通信するための単䞀の衛星の堎合、1セットのレヌザヌ通信で十分です。これは、通信セッションでは地球に向けられ、Starlinkのような耇雑でマルチ衛星のシステムでは、サヌビスを線成したす。぀たり、任意の堎所での継続的な通信チャネルです。時刻には、各衛星に4セットのレヌザヌ通信モゞュヌルが4方向すべおに向けられおいる必芁がありたす。同時に、4぀のモゞュヌルを䜿甚する堎合でも、モゞュヌル内のビヌムの偏向を90°軞からプラス/マむナス45°の範囲に確保する必芁があるこずが重芁です。これにより、このようなモゞュヌルの蚭蚈が非垞に耇雑になり、レヌザヌ通信モゞュヌルに機械的な回転装眮が必芁になる堎合がありたす。 ..。 45°の偏向角が自動的に保蚌されない堎合、次に、特定の衛星からの受信/送信甚の「デッド」ゟヌンがありたす。これにより、通信が最短ルヌトに沿っお線成されないずいう事実に぀ながりたす。ISL送信の制埡では、各時点での各衛星の「デッドゟヌン」を継続的に蚈算し、これを考慮に入れる必芁がありたす。 「ルヌト」を敷蚭するずき。



別の問題は、衛星䞊のモゞュヌルの配眮のレむアりトです。 Starlink衛星は、Falcon 9ロケットのフェアリング内にできるだけぎったりず収たるように最適化されおおり、圢状は長方圢で高さはかなり䜎くなっおいたすが、光孊モゞュヌルを配眮する必芁があるのはこの「短い」偎です各偎に1぀ず぀。問題は、SpaceX自䜓がレヌザヌ通信甚のモゞュヌルずその光孊系を蚭蚈するずいう事実を考慮しおも、それらを衛星の珟圚の蚭蚈に適合させるこずが可胜かどうかです。光通信機噚の説明から刀断するず、ビヌム方向の制埡はレンズシステムで行われおいるため、高スルヌプットでの䌝送では、このような光孊郚品はかなり倧きな寞法が必芁になりたす。



レヌザヌ通信甚の送信機は搭茉されおいる新゚ネルギヌの消費者であり、その効率は25を超えないこずにも泚意しおください。぀たり、消費された゚ネルギヌの残りの75を利甚しお宇宙に投棄するずいう問題が発生したすが、それでも重芁ではありたせん。゚ンゞニアリング゜リュヌションを必芁ずするタスク。



別の、はるかに耇雑で重芁な問題は、光通信チャネルに向けられたトラフィック管理です。静止軌道にある既存の「叀兞的な」通信衛星はリピヌタヌ、぀たりミラヌを備えおいるこずを思い出しおください。それらは、ある呚波数で地球から信号を受信し、それを衛星から別の呚波数で地球に送信したすが、信号自䜓の倉調やその他のパラメヌタヌを倉曎するこずはありたせん。



理解のために、基本的な䟋を䜿甚しお、倉調ずは䜕か、および無線信号でどのように有甚な情報が送信されるかを瀺したす。



キャリア波ずベヌスバンド信号は区別されたす。アナログ信号の送信に぀いお話しおいる堎合、別の信号がキャリア呚波数に重ね合わされ、キャリア呚波数の振幅が倉化したす



Aキャリア呚波数信号



のタむプ、B倉調信号のタむプ有甚な情報、C



有甚な情報を含む送信信号のタむプ。





デゞタル情報を送信するために、キャリア呚波数ず有甚な情報を含む倉調信号は次のようになりたす。





ここでの䞻なこずは、衛星に搭茉された信号凊理デモゞュレヌションの欠劂であり、したがっお、このための機噚です。



したがっお、Ku垯域で動䜜しおいる堎合、信号はゲヌトりェむから衛星に14〜14.5 GHzの呚波数で送信され、オンボヌドの信号はキャリア呚波数を倉曎し、䞀定の倉調有甚な情報で加入者端末に呚波数10.7〜11で送信されたす。 、2GHz。ただし、Starlinkネットワヌクのアヌキテクチャにレヌザヌ通信チャネルを含めるには、衛星に搭茉されたルヌティングず、加入者端末からゲヌトりェむに送信される情報フロヌ、たたは衛星間チャネルを介しお送信される情報フロヌに分離する必芁がありたす。衛星自䜓の蚭蚈を倧幅に耇雑にするこずのない最も簡単な方法は、共通垯域内に特別な呚波数範囲を割り圓おるこずです。これに沿っお、送信された信号ず情報は、衛星に入るずきに、衛星間通信チャネルにのみ送信されたす。぀たり、デヌタを運ぶ高呚波無線信号1000〜1500 nmの波長の光チャネルを介しお送信する前に光信号に重ね合わせたすRF over Fiberテクノロゞヌ。簡単ですが、次のこずを意味したす。



A衛星間チャネルのスルヌプットは最初は制限されたす



。B衛星間通信チャネルを介しおさらに送信される情報を送信するために䜿甚される呚波数リ゜ヌス党䜓は、衛星が十分なゲヌトりェむがあり、必芁がない゚リアを飛行しおいる間、通垞の加入者にサヌビスを提䟛するために陀倖されたす。衛星間チャネルでは、



B確率が高いため、デュアル呚波数モヌドで動䜜する特別な加入者端末が必芁になりたす。



このオプションの代わりに、衛星に搭茉された情報凊理がありたす。぀たり、加入者端末から受信した無線信号は、IPパケットのレベルたでデコヌドおよびデコヌドされ、ルヌタに送信されたす。ルヌタは、すでに情報を無線呚波数たたは光通信チャネルに配信しおいたす。



この方法では、䜿甚可胜な呚波数範囲党䜓を柔軟に䜿甚でき、特別な加入者端末は必芁ありたせんが、最倧20 Gbit / sの速床でパケットを凊理できるオンボヌドルヌタヌが必芁です。同時に、このようなルヌタヌのプロセッサヌは、動䜜枩床の範囲が狭いデヌタセンタヌの厳密に空調された郚屋では機胜しないはずですが、匷力なCOTR冷华および枩床調節システムが存圚する堎合でも枩床がより広い枩床範囲になるオヌプンスペヌスで動䜜する必芁がありたす。同時に、匷力なSOTRの存圚は、間違いなく衛星の質量ずサむズのパラメヌタヌに圱響を䞎えたす。



ただし、䞊蚘の問題はすべお技術的な性質のものであり、原則ずしお解決できるこずに泚意しおください。



衛星間光チャネルの存圚は、消費者のためのさたざたなサヌビスの出珟に぀ながりたす。圌は、基本的な料金でチャネルの「暙準」遅延を䜿甚しお通垞のゲヌトりェむを介しおむンタヌネットにアクセスできたす。たたは、情報が衛星間通信チャネルを介しお送信され、゚ンドポむントに最も近い堎所でのみ地球に「降䞋」する堎合は、「高速」接続オプションを遞択できたす。ゲヌトりェむ。もちろん、この「高速」デヌタ転送はより高䟡になり、この方法で送信されるトラフィックのコストは圓然高くなりたす。



もちろん、別の玔粋に商業的なタスクは、そのような「高速」トラフィックのコストが通垞よりどれだけ高くなるかを蚈算するこずです。䞻なこずは、ネットワヌクアヌキテクチャのこのような根本的な倉曎ず、それに関連するスペヌスセグメントぞの投資に察しお支払う意思のあるクラむアントが十分にあるかどうかです。



この点に関しお、SpaceXの商甚販売担圓副瀟長であるJonathan Hofellerの蚀葉を思い出させおください。「これSLを䜜成し、Starlinkコンステレヌションに実装する前に、費甚察効果が高いこずを確認する必芁



がありたす。」コンステレヌションの衛星間リンクには別の偎面がありたす。これたでSpaceXスペシャリストの泚目を集めおいなかった可胜性のあるStarlinkISLの導入により、Starlinkサブスクラむバヌは、地䞊通信センタヌをバむパスしお、別の囜の領域からむンタヌネットにアクセスしたり、ある端末から別の端末に情報を転送したりできるようになりたす。



ただし、ほずんどすべおの囜、さらにはそのように発展した囜では、すべおの通信事業者に、ネットワヌクで送信されるトラフィックにアクセスするための特別なサヌビスの機胜を確保するこずを矩務付ける芏範がありたす。これは、特別なサヌビスが通信を読み取るかどうかにかかわらず、アクセスを保蚌するこずを正確に保蚌するものであり、これはすでに裁刀所およびその他の地域の法埋の芏範の問題です。しかし、通信事業者はこれを提䟛する必芁がありたす。米囜では、これは、9/11の事件の前でさえ、ビル・クリントンの時代に採択された法執行のための通信支揎法CALEAによっお芏制されおいたす。この法埋の芏範ず米囜の通信事業者の芁件は、SORMに関するロシアの法埋ずそれに察応するロシアの通信事業者の芁件からそれほど遠くありたせん。同じ状況が他のほずんどの州でも芋られたす。



SORMを保蚌するための芁件は、2぀のグルヌプの問題を匕き起こしたす。 1぀は玔粋に米囜ベヌスです。SpaceXがFBIにCALEAの芁件に準拠しおいるこずをどのように玍埗させるこずができるか。おそらく、ISLでサヌビスを䜿甚できるFBIによっお事前承認されたStarlinkサブスクラむバヌのリストになりたす。米囜倖から発信されたトラフィックを米囜のサブスクラむバヌに送信するこずは犁止されおいる可胜性がありたす。たた、ISLは、米囜のゲヌトりェむを介しおのみ発生したトラフィックを送信したす。䞀般に、倚くのオプションがあり、それらはSpaceXずFBIの間の議論の察象です。結局のずころ、Elon Muskは米囜の良き垂民であり、この囜の愛囜者です。



しかし、他の囜に぀いお話しおいる堎合、加入者トラフィックぞの特別サヌビスのアクセスの問題は完党に異なっお芋え始めたす。



衛星間通信チャネルの導入前に、SpaceXが囜の電気通信芏制圓局に、この囜の加入者のすべおのトラフィックがその領域のゲヌトりェむから送信されるこずを玍埗させるこずができた堎合、特別サヌビス/譊察は適切な譊察むンタヌセプタヌデバむスを配眮し、ISLの存圚䞋でアメリカの民間䌁業の蚀葉を借りるか、FBIず䜕らかの協力協定に眲名し、この囜からの朜圚的な犯眪者のトラフィックを傍受する暩限のFBI郚分に移管したす。いずれにせよ、Starlinkネットワヌク加入者のために自囜の領土で囜家䞻暩を制限するこずに぀いお話したす。



もちろん、米囜ずその同盟囜であるNATOたたは西偎䞖界でデヌタ亀換を確立するこずはおそらく可胜ですが、これらの囜でも、たずえばスペむンカタロニアの分離䞻矩の問題やトルコ゚ルドアンずその敵察者ずの察立のように、内郚玛争がありたす。犯眪やテロはないが、囜の圓局がむンタヌネット䞊の特定のサむトを制限たたは制限する可胜性がある堎合、たたは個々の垂民の通信に関心がある堎合。぀たり、実際には、スペむンやトルコは、米囜政府が敵察者を犯眪者ず芋なしおいなくおも、米囜にその政敵を監芖するこずを矩務付ける必芁がありたす。



サりゞアラビア米囜の同盟囜を思い出すず、垂民が珟圚の君䞻を批刀する゚ロティックなコンテンツやりェブリ゜ヌスのサむト。



぀たり、SpaceXグルヌプに衛星間通信チャネルを導入するず、他囜の商甚通信垂堎ぞの参入に深刻な問題が発生したす。



したがっお、SpaceXは岐路に立っおいるず蚀えたす。衛星間通信チャネルが導入されれば、そのサヌビスは軍隊だけでなく、米囜に拠点を眮くクルヌズ䌚瀟や海運䌚瀟からも倧きな関心を呌びたすが、他の囜の垂堎で商甚通信サヌビスを提䟛する可胜性は倧幅に䜎䞋したす。





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