Современный мир требует все более эффективных решений в области связи. Низкоорбитальные спутники представляют собой один из ключевых инструментов, обеспечивающих высокоскоростной интернет для миллионов людей по всему миру. Тем не менее, традиционная технология сталкивается с серьезными ограничениями, что затрудняет расширение покрытия. Теперь группа исследователей из Принстонского инженерного института и Университета Ян Мин Цзяотун представила инновационный метод, который может кардинально изменить ситуацию.
Текущая система спутниковой связи страдает от проблемы, когда антенные решетки могут обслуживать только одного пользователя одновременно. Это создает необходимость в запуске большого количества спутников, что обременяет компании высокими затратами и сложностями. Например, SpaceX запустила уже больше 6 000 спутников для своей сети StarLink и планирует добавить еще десятки тысяч в ближайшие годы. Эта стратегия приводит к переполнению орбит и увеличивает риск столкновений.
Ученые из Принстона и Тайваня предложили решение, которое позволяет спутниковым антеннам управлять сигналами для нескольких пользователей одновременно. Их работа, опубликованная в журнале IEEE Transactions on Signal Processing, описывает методику, которая преодолевает ограничения, связанные с обслуживанием одного пользователя. Основная идея заключается в том, чтобы направить радиоволны точно туда, где они необходимы, что позволяет эффективно делить сигнал на несколько потоков.
Каждый поток передает информацию, включая текстовые сообщения и телефонные звонки. В то время как наземные антенные решетки могут обрабатывать множество сигналов одновременно, спутники сталкиваются с проблемами из-за своей высокой скорости и постоянно меняющегося положения. Спутники движутся со скоростью более 32 000 километров в час, что делает практически невозможным одновременную обработку нескольких сигналов без их смешения.
«Чтобы вышка сотовой связи могла связаться с автомобилем, движущимся со скоростью 60 миль в час по шоссе, по сравнению со скоростью обмена данными, автомобиль не должен двигаться слишком уж сильно», — сказал соавтор Х. Винсент Пур, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Майкла Генри Стратера в Принстоне. — «Но эти спутники движутся очень быстро, чтобы оставаться там, поэтому информация о них быстро меняется».
Чтобы справиться с этой задачей, исследователи разработали систему, которая позволяет одной антенной решетке разделять сигнал на несколько лучей, не требуя дополнительного оборудования.
Профессор Шан-Хо (Лоуренс) Цай сравнил эту технологию с использованием одного фонарика, который может создавать несколько лучей света, вместо того чтобы устанавливать несколько лампочек. Это значительно снижает затраты и энергопотребление. Благодаря новому подходу количество необходимых спутников может сократиться с 70-80 до 16 для покрытия всей территории США.
Пур также отметил, что новая технология может быть интегрирована в уже существующие спутники, что позволяет упростить их проектирование. Это означает, что компании смогут создавать более компактные и экономичные спутники, что особенно важно в условиях ограниченного космического пространства.
Низкоорбитальные спутники располагаются на высоте от 160 до 2000 км над землей, и с увеличением числа объектов в этой области возрастает риск столкновений и образования космического мусора. Пур подчеркивает, что не только возможность столкновения с другими спутниками вызывает беспокойство, но и долгосрочные последствия для атмосферы из-за накопления мусора.
С учетом стремительного развития индустрии спутниковой связи, новая технология может помочь снизить риски, связанные с космическими столкновениями. Хотя работа исследователей в основном теоретическая, они уже провели полевые испытания, которые подтвердили эффективность предложенного метода. Следующий шаг — реализация технологии на реальных спутниках и их запуск в космос.
Разработка нового метода управления сигналами для низкоорбитальных спутников открывает новые перспективы для глобальной связи. Это не только снизит затраты на запуск спутников, но и улучшит качество связи для пользователей по всему миру.
