Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

„Podniebny światłowód” bliżej 5. poziomu gotowości technologicznej

Europa nieustannie rozbudowuje swoje sieci światłowodowe, lecz już za kilka lat, w 2025 roku, może rozpocząć się budowa podobnej technologii na niskiej orbicie okołoziemskiej. Konstelacje satelitów wyposażonych w łącza optyczne mają dwie kluczowe zalety, których nie mają istniejące rozwiązania – mogą dostarczać sygnał do najbardziej odległych zakątków naszej planety, a jednocześnie mogą zapewniać szybkie i stabilne połączenia ruchomym obiektom, takim jak samoloty i łodzie.

Przemysł kosmiczny

Niektórzy mogą uznać ten fakt za zaskakujący, jednak nawet w 2020 roku na świecie nadal istnieją pewne odległe obszary, w których dostęp do internetu nie jest zwyczajnie możliwy, jednak sytuacja ta ulega na szczęście szybkiej poprawie. Pomimo tego, że satelity wysokiej przepustowości (High-Throughput Satellites, HTS) pierwszej generacji, wyniesione na orbitę w ciągu ostatnich 10 lat, spotkały się raczej z chłodnym przyjęciem w Europie i Ameryce Północnej, głównie ze względu na duże opóźnienia komunikacji, ograniczoną przepustowość i wysokie koszty, konstelacje satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej sprawiają wrażenie dużo bardziej obiecującego rozwiązania. Konstelacje składające się z setek satelitów kosztujących mniej niż 1 milion euro za sztukę, umieszczonych na niskiej lub średniej orbicie okołoziemskiej, wykorzystują komercyjne i dostępne na rynku elementy w celu obniżenia kosztów ich wytwarzania i eksploatacji. Jedynym problemem wynikającym z tego podejścia jest ograniczona żywotność i wytrzymałość takich rozwiązań, które nie zostały zaprojektowane z myślą o zastosowaniach kosmicznych. Następnym krokiem na drodze do rozwoju tej technologii są konstelacje satelitów wyposażonych w symetryczne optyczne łącza międzysatelitarne (OISL). „W konstelacji połączonej łączami symetrycznymi pojedyncze satelity pełnią rolę węzłów latającej sieci optycznej, łączącej się z użytkownikami i internetem przez bramy przy pomocy częstotliwości radiowych”, wyjaśnia Karen Ravel, kierowniczka projektu w firmie Sodern oraz koordynatorka projektu SODaH. Konsorcjum skupione wokół projektu SODaH określa rozwijaną technologię mianem „podniebnego światłowodu” i koncentruje się na jej usprawnieniu dzięki wsparciu w ramach programu „Horyzont 2020”. Obecnie istnieje już kilka kluczowych elementów umożliwiających realizację tej technologii, uznawanych za wystarczająco dojrzała do zastosowań w rozwiązaniach na najwyższym poziomie. Komunikacja międzysatelitarna wykorzystująca optyczne łącza opiera się na terminalach komunikacji laserowej, przetworniku cyfrowym oraz odbiorniku częstotliwości radiowych. Warto jednak zauważyć, że wraz z miniaturyzacją i zmniejszaniem kosztów pojedynczych satelitów w konstelacjach, a także zwiększaniem ich wszechstronności i możliwości konfiguracji, pojawiają się nowe problemy, które należy rozwiązać. Obejmują one między innymi opracowanie nowatorskich koncepcji ładunków użytkowych satelitów, takich jak przetworniki fal częstotliwości radiowej oraz fotonicznych, a także routerów. „Aby sprostać tym wymaganiom, skupiliśmy się na rozwoju rozwiązania Photonic Modulation Routing and Digitalisation (P_MRD) Unit, czyli fotonicznej jednostki modulującej i digitalizującej. Urządzenie P_MRD służy jako interfejs pomiędzy łączami optycznymi satelitów (zwykle czterech na satelitę) oraz przetwornikiem cyfrowym, który dzięki antenom częstotliwości radiowej łączy się z bramami i użytkownikami końcowymi. Takie rozwiązanie jest kluczem do zapewnienia elastyczności, sprawnego trasowania, redundancji i zaawansowanej multipleksacji sygnałów”, twierdzi Ravel. Uczestnicy projektu SODaH opracowują jednostkę P_MRD od końca 2018 roku, a ich celem jest osiągnięcie pełnej gotowości rozwiązania do zastosowania w konstelacjach przyszłości już w 2025 roku. Do tej pory badaczom i inżynierom udało się osiągnąć pierwszy kamień milowy – realizację czterech celów projektowych. Należały do nich zbadanie osiągów konstelacji będących kandydatami do wdrożenia rozwiązania, określenie architektury rozwiązania w celu zapewnienia wymaganej przepustowości, opracowanie specyfikacji podzespołów na potrzeby kolejnych iteracji i finalizacji, a także określenie planu testów w celu scharakteryzowania prototypu rozwiązania na poziomie systemu. Już wkrótce zespołowi może udać się osiągnięcie kolejnego kluczowego założenia projektowego – oceny projektu jednostki P_MRD, która ma być gotowa wraz z końcem października 2020 roku. Z chwilą zakończenia projektu pod koniec roku jednostka P_MRD powinna osiągnąć 5. poziom gotowości technologicznej. Osiągnięcie tego celu pozwoli na komercyjne wykorzystanie konstelacji satelitarnych wyposażonych w łącza optyczne. Użytkownicy końcowi będą wtedy mogli czerpać korzyści wynikające z możliwości wykorzystywania satelitarnych łączy o przepustowości 100+ Mbps, bezproblemowo integrujących się z sieciami telefonii komórkowej 5G. Takie rozwiązanie byłoby nie tylko ważne z punktu widzenia odległych obszarów, na których dostęp do sieci jest obecnie mocno utrudniony, ale także ruchomych odbiorców – mogą to być między innymi łodzie i samoloty.

Słowa kluczowe

SODaH, satelita, niska orbita okołoziemska, internet, 5G, odległe obszary, OISL, HTS, konstelacja

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania