vsatman888 (vsatman888) wrote,
vsatman888
vsatman888

Category:

Спутники СтарЛинк могут стать повысить точность навигации (GPS) в несколько раз

Обнаружил в сети интересную статью о СтарЛинк и еще одной ниточке, которая в будущем может связать ее и Пентагон. (правда пока большой уверенности тут нет). Ниже ее перевод .

В США выполнено научное исследование, финансируемое армией США, которое пришло к выводу, что группировка типа СтарЛинк на низкой орбите  может стать отличным дополнением системы GPS.

В статье   Тодд Хамфрис и Питер Яннуччи из  Радионавигационной лаборатории  Техасского университета в Остине (Todd Humphreys and Peter Iannucci of the Radionavigation Laboratory at the University of Texas at Austin) утверждают, что разработали систему, которая использует  спутники СтарЛинк, совмещая традиционные сигналы GPS, для обеспечения точности определения местоположения до 10 раза лучше, чем GPS и которая гораздо менее подвержена вражеским  помехам.

Глобальная система определения местоположения состоит из группы из 30 спутников, находящихся на орбите на высоте 20 000 километров над Землей. Каждый спутник непрерывно передает радиосигнал, содержащий информацию о его местоположении и точном времени по очень точным атомным часам на борту. Затем наземные приемники могут сравнивать время, необходимое для прибытия сигналов от нескольких спутников, и вычислять свое местоположение, обычно с точностью до нескольких метров. Проблема с GPS заключается в том, что эти сигналы чрезвычайно слабы к тому времени, когда достигают Земли, и легко подавляются случайными помехами или радиоэлектронной борьбой. В Китае  загадочные GPS-атаки  успешно «обманули» корабли, в то время как сигналы GPS регулярно блокируются в восточном Средиземноморье.

Военные США в значительной степени полагаются на GPS. В прошлом году US Army Futures Command (Подразделение для поиска технологий будущего ), посетило лабораторию Хамфриса, чтобы узнать о стартапе под названием Coherent Navigation, который он основал в 2008 году.  Coherent, целью которого было использование сигналов со спутников Iridium в качестве грубой альтернативы GPS была приобретена Apple в 2015 году.  «Они сказали мне, что армия поддерживает отношения со SpaceX [она подписала соглашение о тестировании Starlink для передачи данных по военным сетям в мае], и они свели меня с сотрудниками  SpaceX, и я им рассказал о моей идее  использовании спутников Starlink таким же образом, как я использовал старые Спутники Иридиум? » - говорит Хамфрис.  SpaceX, это понравилось, и армия дала нам год, чтобы разобраться в проблеме». Futures Command также  предоставила финансирование в размере нескольких миллионов долларов .

Концепция использования спутников LEO для навигации не нова. Фактически, некоторые из первых космических аппаратов США, запущенных в 1960-х годах, были спутниками Transit, вращавшимися на орбите на высоте 1100 километров, предоставляя информацию о местоположении кораблей и подводных лодок ВМФ. Преимущество созвездия LEO состоит в том, что сигналы могут быть в тысячу раз сильнее, чем сигналы GPS. Недостатком является то, что каждый спутник может обслуживать только небольшую область под ним, поэтому для надежного глобального покрытия требуются сотни или даже тысячи спутников.

Идея Хамфриса и Яннуччи использовать простое обновление программного обеспечения, чтобы модифицировать спутники Starlink, чтобы объединить  коммуникационные возможности и существующие сигналы GPS для  предоставления услуг позиционирования и навигации.
Они утверждают, что их новая система может даже, как это ни парадоксально, обеспечить лучшую точность для большинства пользователей, чем технология GPS, на которой она полагается. Это связано с тем, что приемник GPS на каждом спутнике Starlink для определения его местоположения с точностью до нескольких сантиметров использует алгоритмы, которые редко встречаются в обычном ширпотребе. Эти технологии используют физические свойства радиосигнала GPS и его кодирование для повышения точности вычислений местоположения. По сути, спутники Starlink могут выполнять сложную вычислительную работу для своих пользователей.
Спутники Starlink  являются интернет-маршрутизаторами в космосе (для нынешнего поколения ИСЗ это СПОРНОЕ УТВЕРЖДЕНИЕ !!! но для поколения Gen2 наличие обработки на борту вполне возможно), способными передавать данные со скоростью до 100 мегабит в секунду. При этом спутники GPS обмениваются данными со скоростью менее 100 бит в секунду.
«Для передачи данных GPS доступно так мало бит в секунду, что они не могут позволить себе включать новые, высокоточные данные о том, где на самом деле находятся спутники», - говорит Яннуччи. «Если у вас есть в миллион раз больше возможностей отправить информацию со своего спутника  данные могут быть намного точнее».
По его оценкам, новая система, которую Хамфрис называет fused LEO navigation, будет использовать мгновенные вычисления орбиты и времени  для определения местоположения пользователей с точностью до 70 сантиметров. Для сравнения, большинство систем GPS в смартфонах, часах и автомобилях имеют точность до нескольких метров.
Но ключевым преимуществом для Пентагона является то, что объединенную LEO навигацию будет значительно труднее заблокировать или обмануть. Мало того, что его сигналы намного сильнее на уровне земли, но и антенны для его микроволновых частот примерно в 10 раз более направленные, чем антенны GPS. Это означает, что будет легче уловить истинные спутниковые сигналы, чем сигналы от глушителя. «По крайней мере, это надежда», - говорит Хамфрис.
Согласно расчетам Хамфриса и Яннуччи, их объединенная навигационная система LEO может обеспечить непрерывное навигационное обслуживание 99,8% населения мира, используя менее 1% пропускной способности канала связи  Starlink и менее 0,5% ее электрической энергии.
«Я действительно думаю, что это может привести к более надежному и точному решению, чем только GPS», - говорит Тодд Уолтер из лаборатории GPS Стэнфордского университета, который не принимал участия в исследовании. «И если вам не нужно модифицировать спутники Starlink для этого, это, безусловно, быстрый и простой способ».

Технология навигации не ограничивается только спутниками SpaceX. Созвездие обанкротившихся OneWeb, которое покупает правительство Великобритании, также может служить в качестве  британской  навигационной системы , говорит Яннуччи, «хотя Starlink сейчас находится в выигрышном положении».

Однако у навигации , встроенной спутники LEO есть свои недостатки. Первоначальная мега-группировка Starlink, как ожидается, не будет действовать выше 60 градусов широты, а это означает, что жители Хельсинки,  как и солдаты в любых будущих спорных арктических или антарктических регионах не смогут ей воспользоваться. 
Использование системы на земле также означало бы полагаться на антенну Starlink SpaceX, с диаметром 47 см и вероятно, очень дорогую, а не на дешевые чипы GPS, которые могут поместиться в смартфоны и часы. Любая будущая объединенная навигационная служба LEO, в отличие от GPS, будет также иметь значительную цену, не в последнюю очередь потому, что SpaceX должна начать получать прибыль от своих огромных инвестиций в Starlink . По этим причинам не все думают, что этот путь (интеграция в СтарЛинк)  самый лучший .

Однако, есть и альтернативные проекты, так например, стартап Xona Space Systems планирует запустить в течение следующих 6 лет отдельную группировку из 300 ИСЗ Pulsar на LEO орбиты для обеспечения навигации.. «Мы рассмотрели этот (комбинация со спутниками связи) подход давно, и ни коммерческие, ни технические возможности такой системы не конкурентны , поэтому мы работаем над независимым созвездием», - говорит генеральный директор Xona Брайан Мэннинг.
Ни командование будущего армии США, ни SpaceX не ответили на запросы о комментариях, но исследователи UT надеются, что Илон Маск поймет ценность новой технологии. «Здесь есть потенциал, чтобы действительно изменить навигацию во всем мире», - говорит Яннуччи.

 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Пара слов от себя. Некоторые указанные выше недостатки, например ограниченное покрытие  , на самом деле не так принципиальны, в конце концов по планах сети СтарЛинк  2-го поколения там будет и глобальное покрытие, и межспутниковые связи ,да и запроектировать маршрутизатор для обработки на борту то же можно. Но главная проблема это  частоты и вытекающий из них размер приемного терминала. GPS работает на частотах 1,2..1,5 Гигагерц, а СтарЛинк на 11-12 Гигагерц, и для приема сигнала GPS со скоростью несколько бит достаточно крошечной антенны площадью считанные милиметры, и стоимостью менее 10 долларов, а если нам нужно 100 мбит нам потребуется уже тазик размером 50 см и ценой под 1000 и это коренным образом сужает спектр потенциальных потребителей системы и делает расчет бизнес плана крайне сложным, особенно учитывая тот фактор, что GPS сейчас по сути бесплатна, а точность "военного" варианта приемников GPS скорее всего близка к той, что может в теории иметь вариант с использованием СтарЛинк.. В общем нужен ББ (Богатый Буратино), который оплатит этот праздник жизни..
А пока единственный известный
мне ББ с приличной success record нацелен на строительство колонии на Марсе,  может конечно эту идею подхватит другой ББ, не все же ему сидеть на своем складе.. ..

Так же отмечу , что предложенный метод есть не альтернатива GPS, а его дополнение, сами ИСЗ СтарЛинк  не имеют права передавать сигналы на частотах выделенных для GPS (по крайней мере Спейс Х не обращался в ФСС за таким разрешением). Однако, теоретически спутники СтарЛинк в качестве полезной нагрузки могут получить и атомные часы и радиоаапратуру для L диапазона.

Но, безусловно это говорит о том, что будущие группировки на LEO, да еще с такими каналами связи скорее всего будут универсальными  и включать в себя оборудование для ДЗЗ, метеорологии и возможно Астрономии.
Tags: gps, space x, starlink, Пентагон, США, космос, наука
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 92 comments