Проект “Койпер”

В апреле 2019 года Amazon объявила, что профинансирует и развернет крупный проект стоимостью 10 млрд. долларов по предоставлению широкополосного спутникового интернета под названием "Project Kuiper" (Проект Койпер) для десятка миллионов людей, не имеющих базового доступа к широкополосному Интернету. Amazon не уточнила, будут ли они продавать услуги широкополосного доступа напрямую потребителям, но объявила о намерении "предлагать услуги широкополосного доступа через партнерство с другими компаниями". Предполагалось, что спутники будут использовать орбиту с высотой от 590 до 630 км (от 370 до 390 миль). Планируется, что Kuiper будет работать совместно с ранее объявленной Amazon крупной сетью из 12 наземных станций спутниковой связи ("Наземные станции AWS"). Amazon подала заявление на получение лицензионных документов в Федеральную комиссию по связи США (Federal Communications Commission, FCC) в июле 2019 года. Дочерней компанией Amazon, которая намеревалась развернуть "Койпер", будет Kuiper Systems LLC, расположенная в Сиэтле, штат Вашингтон. "Койпер" будет состоять из 3236 спутников, работающих в 98 орбитальных плоскостях в трех орбитальных оболочках, по одному на орбите высотой 590 км (370 миль), 610 км (380 миль) и 630 км (390 миль) соответственно. "Койпер" включает в себя высокопроизводительные спутники, наземные шлюзы, технологии межсетевого взаимодействия и ряд клиентских терминалов. На этапе тестирования проект "Койпер" обеспечил скорость в 400 Мбит/с. Для снижения производственных затрат необходимо было "уменьшить размер, вес и сложность" антенны. Но это сложно с оборудованием Ka-диапазона (диапазон частот сантиметровых и миллиметровых длин волн, используемых, в основном, для спутниковой радиосвязи и радиолокации. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 26,5 до 40 ГГц электромагнитного спектра, что соответствует длинам волн от 1,13 до 0,75 см), которому требуется "большее физическое разделение между передающей и приемной антеннами, чтобы охватить широкий частотный диапазон". "По этой причине, передающую и приемную антенны Ka-диапазона разместили рядом друг с другом, что требует большей площади поверхности и увеличения производственных затрат".
А ещё есть анимированный gif-файл весом 75 Мб Amazon заявила, что ее решение заключается в использовании "крошечных структур антенных элементов для наложения друг на друга. Это никогда не было достигнуто в Ka-диапазоне "... В нашей конструкции используется комбинация цифровых и аналоговых компонентов для электронного направления лучей Ka-диапазона в сторону спутника. Этот метод позволил Amazon создать "антенну с фазированной решеткой с одной апертурой и диаметром 12 дюймов, что делает ее в три раза меньше и пропорционально легче, чем у устаревших конструкций антенн", - заявили в компании. Фазированные решетки - это класс излучающих систем, в которых несколько антенн - их может быть две, а может быть и тысячи - находятся на одной апертуре, создавая сфокусированный луч радиоволн. Главной задачей было не просто создать эффективную антенну, но и сделать ее доступной для массового производства, с условием невысокой стоимости для конечного пользователя. Будет использоваться спектр частот 17.7-18.6 ГГц и 18.8-20.2 ГГц для сигнала "космос-Земля" и 27.5-30.0 ГГц для связи "Земля-космос". Amazon заявила, что успешно протестировала прототип с геостационарным спутником, хотя будет использовать низкоорбитальные спутники, когда в конечном итоге будет предоставлять клиентам широкополосную связь. "Антенна прошла все соответствующие тесты на скорость и задержку, предлагая максимальную пропускную способность до 400 Мбит/с и потоковую передачу видео качества 4K с геостационарного спутника, который расположен на высоте примерно в 50 раз дальше от Земли, чем орбита, где Project Kuiper будет развернут". Amazon нанимает сотрудников для расширения масштабов проекта. Нима Маханфар, старший руководитель по разработке антенн в Project Kuiper: "Решать энергетические проблемы в космосе сложно, а отводить тепло от этих энергетических мощностей еще сложнее. Нет воздуха для охлаждения. Поэтому наличие системы с низким энергопотреблением является ключевым моментом. Как мы можем снизить энергопотребление таких космических фазированных массивов как у нас? Это одна из серьезных проблем, с которыми приходится сталкиваться любому, кто развертывает фазированные антенные решетки на низкой околоземной орбите. Нам пришлось поломать голову над этой проблемой, но в итоге ее удалось решить". FCC дает Amazon шесть лет на запуск и эксплуатацию 50 процентов своих лицензированных спутников с крайним сроком 30 июля 2026 года. Amazon должен будет запустить остальные лицензированные спутники к 30 июля 2029 года. Amazon ранее заявляла, что планирует предоставлять клиентам широкополосную связь после запуска первых 578 спутников. Project Kuiper был назван в честь известного голландско-американского астронома Джерарда Койпера. В честь этого ученого уже названа громадная область Солнечной системы - от орбиты Нептуна до расстояния около 55 а.е. от Солнца. Пояс Койпера в 20 раз шире и в несколько десятков раз массивнее пояса астероидов. Спутники SpaceX Starlink уже обеспечивают широкополосную связь для бета-клиентов, при этом компания обещает начальную скорость от 50 до 150 Мбит/с и задержку от 20 мс до 40 мс. SpaceX заявила, что планирует значительно повысить производительность к лету 2021 года. Amazon также стоит за OneWeb, которая недавно вышла из банкротства и планирует запуски спутников в этом месяце, а также в течение 2021-2022 годов. OneWeb объявила о сделке, по которой Hughes Network Systems, традиционный поставщик спутниковой связи, "будет производить шлюзовую электронику для системы OneWeb, а также базовый модуль, который будет использоваться в каждом пользовательском терминале". Некоторые астрономы высказали предположение, что множественные спутники проекта Starlink и ему подобных на низких орбитах будут создавать помехи астрономическим наблюдениями неба и удаленных объектов. Международный астрономический союз высказал озабоченность и заявил о недостаточном понимании влияния столь крупных спутниковых созвездий. Первые наблюдения подтвердили эти опасения, показав, что спутники Starlink были одними из самых ярких и быстрых объектов на ночном небе. А еще спутники могут породить синдром Кесслера - столкновения спутников с эффектом домино: объекты в космосе сталкиваются, порождают космический мусор, который сталкивается с новыми объектами и так по нарастающей. Ведь далеко не каждый аппарат в конце своего срока активного существования культурно уходит на специальную орбиту захоронения, чтобы никому не мешать. Когда спутник отделяется от разгонного блока или последней ступени ракеты носителя, они оба находятся на целевой или переходной орбите, и не всякий разгонный блок затем уходит на свою орбиту захоронения. Особенности конструкции ракет также приводят к тому, что на один запущенный аппарат могут появиться несколько объектов космического мусора. В результате на 2020 год количество отслеживаемых объектов на орбите приблизилось к 21 тысяче. И расчеты количества космического мусора пессимистичны - спутники и отработанные ступени иногда взрываются (точнее лопаются, когда какой-нибудь бак, в котором сохранилось давление, разрушается) и, пока еще редко, сталкиваются между собой. В зависимости от настроек модели, количество мусора, медленно или быстро, но растет. И важно отметить, что эти модели пока не учитывают развертывание огромных космических созвездий Starlink, OneWeb, Project Kuiper и нескольких возможных китайских аналогов. Ссылка на источник