Много кто слышал или знает о спутниковом интернете от Илона Маска c громким названием StarLink. Но мало кто знает ,что в компании StarLink есть еще одно направление-предоставление доступа в сеть интернет для Интернета вещей (IoT).Для этих целей используется группировка низкоорбитальных пикоспутников SWARM. Об этой системе сегодня я хочу вам рассказать подробнее.
История создания
Swarm Technologies, Inc. - частная компания с штаб-квартирой в Калифорнии, основанная в 2016 году Сарой Спанджело и Бенджамином Лонгмиером, бывшими сотрудниками Google и Apple и занимающаяся созданием спутниковой группировки на низкой околоземной орбите для связи с устройствами Интернета вещей (IoT). 16 июля 2021 года Swarm заключила соглашение о том, чтобы стать прямой дочерней компанией SpaceX с передачей всех лицензий.
Компания запустила свою первую партию из четырех тестовых спутников в 2018 году. Но вместе с первыми успехами начались и первые трудности. Ответственный регулирующий орган США FCC отказал в лицензировании системы в связи с тем, что спутники оказались слишком маленькими для распознавания системой космического наблюдения. Кроме того , расследование FCC показало, что Swarm не только запустила четыре несанкционированных спутника, но и незаконно передавала сигналы между ними и земными станциями в Джорджии,а также проводила другие испытания оборудования перед запуском без необходимых разрешений FCC, в том числе между метеозондами и наземными станциями.
Несмотря на это, спутники вместе с 30 другими полезными нагрузками были запущены на индийской ракете PSLV. За это FCC наложила штраф на компанию в размере 900 тысяч долларов. В последующих тестовых спутниках были добавлены радиолокационные отражатели и датчики местоположения на основе GPS ,что несколько увеличило изначальные размеры и позволило их отслеживать и, следовательно,получить лицензию от FCC.
Строительство собственной космической группировки началось с запуска двенадцати спутников третьего поколения 3 сентября 2020 года на европейской ракете Vega. После того, как к концу января 2021 года было запущено еще 48 спутников SpaceBEE, началась коммерческая эксплуатация группировки. Спутники SpaceBEE третьего поколения имеют размер 11×11×2,8 см ,весят около 400 граммов и имеют форм-фактор CubeSat(класс миниатюрных спутников, имеющих размер 10х10 см и массу не более 2 кг). Солнечные элементы для питания расположены сверху и снизу. Антенна для связи с наземными станциями оборачивается вокруг спутника при запуске и разворачивается после его запуска в космос. С одной стороны ,обмен данными с конечными устройствами происходит в относительно небольшой полосе пропускания, а с другой стороны, с наземными станциями, которые подключены к сети Интернет. После завершения создания группировки, по крайней мере, три спутника всегда должны быть доступны из любой точки на земле.
В настоящее время система Swarm доступна только в США, Канаде, Великобритании, Ирландии, Дании, Гренландии, Исландии, Германии, Нидерландах, Швеции, Испании, Австрии, Австралии, Новой Зеландии и Антарктиде. Swarm также находится в коммерческой эксплуатации в Бразилии.
Swarm Technologies предлагает тарифные планы передачи данных от 60 долларов США в год за одно подключенное устройство. По этой цене ежемесячно может передаваться 750 пакетов данных по 192 байта каждый.
На текущий момент Swarm предоставляет самую дешевую в мире глобальную сеть двусторонней спутниковой связи для устройств Интернета вещей (IoT). В настоящее время на орбите находятся 93 сверхмалых спутника (пикоспутника) Swarm, которые применяются в различных отраслях, включая морское судоходство, сельское хозяйство, энергетику, логистику и транспорт, глобальное развитие, экологические исследования и многое другое. Они обеспечивают глобальное покрытие и хорошо подходят для использования в условиях низкой пропускной способности, таких как отслеживание транспорта и мониторинг датчиков. А недавно Swarm Technologies интегрировала устройство LoRa от компании Semtech , которое обеспечивает двустороннюю связь со своими спутниками на низкой околоземной орбите (LEO) и обратно ,с использованием на очень высоких частотах (УКВ) для восходящей и нисходящей связи со своими спутниками. Пришлось даже разработать собственные сетевые протоколы и модернизировать спутники, чтобы сделать LoRa пригодным для космической связи ,и они могли лучше отправлять и принимать сигналы LoRa на сверхдальние расстояния. LoRa оказался подходящим аппаратным протоколом радиосвязи для интеграции в спутники, чтобы снизить итоговую стоимость спутниковой связи для абонентов.
Посмотреть карту покрытия спутников можно на этом сайте.
Давайте перенесемся к "железной" составляющей наземной части данной системы.Самым простым и дешевым устройством является модем Swarm M138.
Модем Swarm M138
Модем представляет собой плату с размерами 51х30 мм. Он передает и принимает двухсторонние данные через спутниковую сеть Swarm и предназначен для встраивания в устройства Интернета вещей сторонних производителей.
Технические характеристики:
Состав: GPS, УКВ приёмо-передатчик со встроенным переключателем T/R, разъем U.FL для антенн GPS и УКВ, процессор ARM Cortex-M4, светодиодные индикаторы, последовательный интерфейс UART 3,3 В, GPIO 3,3 В
Датчики: встроенный GPS (lat/lon/alt), CPU температура
Потребляемый ток: Режим ожидания: 3,3 В, 80 мкА (макс.)
Режим приема: 3,3 В, 26 мА (тип), 40 мА (макс.)
Режим передачи: 3,3 В, 850 мА (тип), 1000 мА (макс.)
Протокол передачи : Данные, отправляемые на модем, должны быть отформатированы в строку hex-ascii.
Двухбуквенные команды, подобные NMEA, отправляются на последовательный UART с КМОП напряжением 3,3 В.
Частоты: 137-138 МГц (нисходящий канал);148-150 МГц (восходящий канал)
Скорость передачи данных: 1 Кбит/с
Рабочая температура: от -40 ° C до + 85 ° C
Размеры: 51.0x30.0x5.3мм
Масса: 9.6г
Стандартная стоимость модема составляет 99$, со скидкой можно купить за 89$.
Плата модема Swarm предназначена для подключения к стандартному разъему карты mPCIE,что позволяет ее использовать в большинстве современных ноутбуках.
На модеме размещены два штекерных разъёма поверхностного монтажа U.FL: для спутниковой антенны VHF и для антенны GPS . Антенна VHF должна быть правильно настроена для работы со спутниками Swarm, КСВ не должно превышать <0,5.
Антенна диапазона VHF для иллюстрации на фотографии изображена в виде четвертьволновой спиральной антенны длинной 50см и диаметром 0,812мм.
Один из вариантов подключения модема Swarm M138 -через коммутационную плату от SparkFun electronics. Этот модуль коммутации спутникового приемопередатчика создан , чтобы максимально упростить использование модема Swarm M138. Хотите подключить его к своему ноутбуку или Raspberry Pi , отправлять и получать сообщения в любом месте ,или подключить его к плате Arduino и отправлять/получать сообщения через последовательный интерфейс UART модема? Вы можете это сделать!
SWARM EVAL KIT
Также предлагается набор с солнечной батареей SWARM EVAL KIT.
Он представляет собой комплект в готовом виде для быстрой настройки. Включает в себя все необходимое для быстрой разработки, тестирования и создания продуктов(услуг) Интернета вещей.
- штатив 1шт
- модем Swarm M138 1шт
- VHF антенна 1шт
- солнечная панель 9W 1шт
- противовес 1шт
- аккумуляторы 18650 3шт
- плата FeatherS2 на базе ESP32 1шт
- OLED экран Adafruit FeatherWing OLED =1шт
Стандартная стоимость комплекта составляет 499$, со скидкой можно купить за 449$.
Swarm Asset Tracker
Третий вариант комплекта называется Swarm Asset Tracker.
Swarm Asset Tracker - это комплексное решение для отслеживания оборудования, транспортных средств и других удаленных объектов или устройств. Swarm Asset Tracker функционирует в любой точке мира, используя глобальную спутниковую сеть Swarm, и идеально подходит для удаленных мест, где отсутствует покрытие наземной сети.
Swarm Asset Tracker можно настроить в течение нескольких минут для передачи GPS-информации.Этот комплект уже имеет защиту от пыли и влаги по стандарту IP67 ;расширенный диапазон рабочих температур от -40 ° C до + 60 ° C ;литий-ионный аккумулятор (37,8 Втч); разъём для подключения внешнего источника питания постоянного тока (6-28 В); автономность более 40 дней в зависимости от интервала передачи при отсутствии подключения к внешнему источнику питания.
Данные отображаются в личном кабинете
Переданные данные будут доступны пользователям через веб-портал клиента Swarm Hive,который включает в себя функции отображения и отчетности позволяющий клиентам просматривать данные о местоположении на карте. Переданные данные могут быть извлечены из Swarm Hive через предоставленный REST API или отправлены на внутренний сервер клиента.
Стандартная стоимость этого варианта составляет 119$, со скидкой можно купить за 99$.
Перспективы развития
Во многих отраслях уже существует огромный спрос на недорогую глобальную связь для устройств Интернета вещей. По данным Statista, к 2025 году ожидается подключение 75 миллиардов устройств Интернета вещей, многие из которых находятся в сельской или отдаленной местности, где отсутствуют надежные или доступные решения для подключения к сети Интернет. Спутниковые сети позволяют этим устройствам работать по всему миру. Это может помочь создать более эффективные цепочки поставок, снизить порчу урожая, контролировать доступ к воде, поддерживать распространение вакцин и многое другое.
Заглядывая в будущее, преимущества глобальной связи и обмена информацией слишком многочисленны, чтобы их можно было перечислять. Связь ,на текущий момент, в нашем Мире влияет на здоровье, безопасность, образование, здравоохранение, торговлю, финансы и многое другое. Во многих частях мира наземные сети слишком дороги или сложны в развертывании, поэтому именно здесь могут вступить в игру сети космического базирования такие как Swarm. Как только стоимость спутниковой связи снизится, появится бесконечное количество новых вариантов использования. Спутниковые сети будут играть важную роль во всем: от автомобилей с автопилотом до личных коммуникаций.