העברת אינטרנט איכותי בכל מקום בעולם באמצעות לוויינים

הקדמה:

הימצאותם של הלוויינים הטבעיים (כוכבי הלכת) היו מאז ומתמיד גורם שמימי שלא נראה כי התערבות אנושית יכולה להתחקות אחריו. מציאות שכזו התבדתה לאור העובדה כי בשנת 1957 שיגרו הסובייטים את הלוויין המלאכותי הראשון Sputnik 1 שהחל את “המרוץ לחלל” למול ארה”ב שהגיעו ליעד זה רק בשיגורם את הלוויין Explorer 1  ב-1958.

הלוויין המסחרי התקשורתי הראשון Telstar 1  שוגר ב- 1962 ע”י ארה”ב, לוויין אשר הדגים לאנושות את כדאיות העברת המידע באמצעות לוויין. בנוסף, הראה את הישימות בשימוש בלוויינים על מנת לספק שירותי תקשורת של קול, חוזי ונתונים בין יבשות (לדוגמת שידורי טלוויזיה בין יבשתיים), דבר שהיווה צעד גדול לקראת ההקמה של כפר התקשורת הגלובלי ממנו אנו נהנים כיום.

בניסיונות אלו שוגרו לוויינים למסלולLEO   (Low Earth Orbit ( דהיינו שיגור לוויין לגובה שתחום 290-1600 ק”מ מעל גובה פני הים,

ולוויינים במסלולים גבוהים יותר (MEO, GEO).

במקביל ליצירת הלוויינים המלאכותיים לצורך העברת תקשורת על שלל גווניה, התפתח תחום נוסף הלא הוא תחום המרשתת (אינטרנט בלעז), מבחינת פיתוחו על ספקטרום הזמן.

האינטרנט נוצר לראשונה בשנות ה-60 של המאה הקודמת, בתורARPANET  – רשת מחשבים צבאית של האמריקנים אשר נועדה לחבר בין בסיסי שילוח של טילים גרעיניים, כך שבמקרה שאויב יתקוף וישמיד את אחד מהם, הבסיס האחר יוכל להגיב בחזרה מבלי לאבד את יכולת התקשורת שלו.
בשנות ה-80 החלו להשתמש ברשת למטרות מדעיות, מאחר ומחשבים היו רק באוניברסיטאות עשירות, השתמשו ברשת ע”מ להעביר תכניות וחישובים אל מחשבים מאוניברסיטאות קטנות שאין להן מחשב משלהן והתוצאות היו חוזרות בחזרה דרך הרשת.
בסוף שנות ה-80 המציא איש המחשבים טים ברנרס-לי את שפת HTML, כך שבשנת 1991 הופיעה ברשת הWWW בשורת הכתובות של המרשתת, שזהו קיצור של World Wide Web – רשת עם אוסף הקבצים שאליהם ניתן להגיע דרך האינטרנט. מאז באו שורת דפדפנים וטכנולוגיות שכל אחת לקחה את האינטרנט לשימושים חדשים.

בין השאיפות הבולטות בתחום האינטרנט הלווייני המוקדם היה פרויקט שאפתני בשם Teledesic, אשר מומן בחלקו על ידי Microsoft ועלה יותר מ -9 מיליארד דולר. הרעיון היה לייצר קונסטלציה (רשת) לוויינית בפס רחב של מאות לוויינים קטנים ויאפשר ביצוע הורדות המהירות של עד 720 מגה ביט/לשנייה ומתן גישה מוזלת לאינטרנט.

הפרויקט ננטש בתחילת שנת 2003 ממספר סיבות. כישלונו של Teledesic, יחד עם הגשת פשיטת הרגל של ספקיות התקשורת הלוויינית המתחרות Iridium Communications ו Globalstar, דעכה ההתלהבות בשוק מפיתוח אינטרנט לווייני ורק בספטמבר 2003 הושק הלוויין הראשון לאינטרנט לצרכנים על ידי ארגון Eutelsat אשר הוקם בשנת 1977 ומטרתו הייתה לפתח תשתית לתקשורת לוויינית לאירופה.

עליית מדרגה משמעותית בגלישה באמצעות אינטרנט לווייני שהתרחשה בשנת 2004, בשיגור לוויין 2Anik-F שהוא הלוויין הראשון ששוגר מסוגHigh-throughput satellite  שפירשו לוויין מהדור החדש המספק קיבולת ורוחב פס הרבה יותר גדולים בהשוואה ללוויינים מהדור הקודם. לוויינים אלו יכולים לספק קיבולת של יותר מ-100 Gbps. לצורך השוואה, זה פי 100 מהקיבולת של לוויין מסוג (FSS (Fixed-satellite service מהדור הקודם.

כתוצאה מכך מהירות הגלישה השתפרה פלאים, ממהירות של 1-3Mbps  למהירות של 12-15 Mbps ויותר.

ומאז 2014 עולה מספר החברות המעוניינות להיכנס לתחום שירותי האינטרנט הלווייני כדוגמת

SpaceX, One Web, Amazon אשר כל אחת מהן מתכננות לשגר יותר מ-1000 לוויינים (מדובר בעלות של מיליארדי דולרים).

פעולת אינטרנט לווייני

אינטרנט לווייני כולל מספר מרכיבים עיקריים:

הראשון  הוא כמובן הלוויין, אשר נע באחד מכמה מסלולים אפשריים ומשמש כמתווך שדרכו עובר המידע בין המשתמש לספק. החלק השני הינו מספר תחנות קרקע שתפקידם לקשר בין הלוויין לרשת האינטרנט. כאשר המשתמש מבקש מידע כלשהו הבקשה נשלחת אל הלוויין וממנו לתחנת הקרקע של הספק, לאחר עיבוד המידע, התחנה שולחת חזרה את המידע אל המשתמש דרך הלוויין אשר נקלט אצל המשתמש דרך המרכיב השלישי שהוא אנטנה מיוחדת מסוג VSAT (Very Small Aperture Terminal) כדי שנוכל לשדר ולקלוט אותות באמצעות הלוויין.

הלוויין

ניתן לחלק את הלוויינים לשתי חלוקות עיקריות

הסוג הראשון הינו לוויין גיאוסטציונרי ((Geostationary.

מדובר בלוויינים בעלי הספק גבוהה הממוקמים במסלול מסביב לקו המשווה בגובה של קרוב ל36000 ק”מ מעל פני כדה”א, הפועלים ב K_a-band דהיינו בתחום תדרים של 18.3-30 GHZ. היתרון בשימוש בלוויינים אלו הוא שמיקום הלוויין לא משתנה ביחס לכדור הארץ ומסתובב יחד אתו.

לוויינים אלה המיועדים ומותאמים ליישומי פס רחב, ומשתמשים בעלומות נקודתיות (narrow spot beams) רבות, אשר מכוונות לאזור קטן בהרבה מהעלומות הרחבות ששימשו לווייני תקשורת קודמים במטרה לכסות שטח גאוגרפי מוגבל על פני כדור הארץ ועל ידי כך לנצל את הספק השידור בצורה מיטבית.

עלומות נקודתיות מאפשרות ללוויינים להעביר מידע שונה באותו התדר. מכיוון שללוויינים יש מספר מוגבל של תדרים לשימוש, הרעיון היה להשתמש מחדש באותו התדר במיקומים גיאוגרפיים שונים (מבלי שנתונים שונים יפריעו זה לזה אצל המקלט) במילים אחרות תדר אחד יכול לשמש למס’ אזורים.

מאחר ועלומות נקודתיות אלו מאפשרות ללוויינים להשתמש שוב ושוב באותו רוחב הפס שהוקצה עבורן, ניתן להשיג קיבולת גבוהה בהרבה מאשר לווייני עלומות רחבות סטנדרטיים. עלומות נקודתיות יכולות גם להגדיל את הביצועים ואת יכולת תוצאת הדיוק על ידי הגברת ההספק (דבר שיגרום לקליטה טובה יותר).

תצורתן של עלומות נקודתיות במבט מאקרו ומיקרו

בהשוואה לתקשורת מבוססת קרקע (סיבים אופטיים), שימוש בלוויינים גיאוסטציונרים ייתן לנו השהייה גדולה יותר וזאת מהסיבה כי האות צריך לעבור כ 36,000 קילומטר בחלל ואז בחזרה לארץ, תהליך זה ייקח במצב אידיאלי כ280 מילי שניות, כאשר נרצה לקבל מידע השהייה תהיה כפולה כי הפעם המידע עובר את אותו המסלול פעמיים, פעם שהמשתמש מבקש את המידע ופעם כשהמידע נשלח אל המשתמש, השהייה הסופית תהיה בין שניה לשנייה וחצי!

בנוסף לזאת, השהייה משפיעה על פרוטוקולי אבטחת מידע לדוגמה SSL אשר דורש העברת מידע רב ויציב בין השרת והמשתמש. כדי להקטין את זמן ההשהיה היה צורך בסוג חדש של לוויינים, לווייני LEO/MEO.

לוויינים במסלול נמוך-בינוני .LEO/MEO -Low/Medium Earth Orbit

לוויינים אלה הם בעלי זמן השהייה נמוך מזה של הלוויינים גיאוסטציונרים מהסיבה שהם קרובים יותר לכדור הארץ,

לדוגמה: קבוצת הלוויינים של חברת Globalstar הם בעלי זמן השהייה של כ40 מילי שניות וגובהם הוא כ 1400ק”מ.

בשונה מלוויינים גיאוסטציונרים, לוויינים במסלול נמוך אינם נשארים באותו מיקום ביחס לכדור הארץ וכתוצאה מכך גם האנטנות על הקרקע סובלות מקשיי נעילה על לוויינים אלו, שכן מיקומם ביחס לאנטנה משתנה.

כדי להתגבר על בעיה זו הפתרון יהיה להשתמש במספר לוויינים ו”לקפוץ” ביניהם כדי לקבל חיבור יציב ורציף, ככל שהמסלול של הלוויינים נמוך יותר נצטרך להשתמש ביותר לוויינים מהסיבה שכל לוויין מכסה פחות שטח על כדור הארץ.

עם זאת, מספר הלוויינים במסלול נמוך/בינוני גבוה בהרבה מאשר מספרם של לווייני GEO ולכן נקבל כיסוי רחב של אזורים על האדמה כל עוד קיים קו ראיה (Line Of Sight) עם הלוויין.

 

קבוצות לוויין שהוצעו ב- LEO כמו Star link, קבוצת Tele sat ו- Leo Sat ישתמשו בציוד תקשורת לייזר לקישור אופטי בין לוויינים בעלי תפוקה גבוהה. הלוויינים המחוברים זה לזה מאפשרים ניתוב ישיר של נתוני משתמשים מלוויין ללוויין ויוצרים ביעילות רשת אופטית שהיא סוג של רשת המפעילה תקשורת סיב אופטית קווית (או תקשורת אופטית אלחוטית) בחלל הפנוי בארכיטקטורת רשת, במטרה ליצור ניהול רשת חלק ורציפות במתן השירות. יש לזכור כי היום רוב המידע עובר דרך בקרני אור דרך סיבים אופטיים בקרקעית הים אך כאשר אנחנו מעבירים את המידע בתוך סיבים, מהירות העברת האור קטנה ביחס התלוי במקדם השבירה של החומר, ונמוכה במידה ניכרת ממהירות המקסימלית בריק (בחלל) של 300,000 קילומטר לשנייה ולכן יש ללוויינים ייתרון ברור במהירות העברת המידע על פני סיבים.

בין הלוויינים ששוגרו ישם מספר לווייני אינטרנט גיאוסטציונרים שהיוו אבן דרך ותרמו משמעותית לפיתוח עתידי של אינטרנט מהיר באמצעות מערכות לוויינים:

לוויין WINDS – שוגר בתאריך 23 בפברואר 2008, הלוויין שימש להעברת אינטרנט ליפן ולאזורי אסיה. הלוויין סיפק מהירות של מקסימלית של 155Mbit/s להורדה ו6 Mbit/s העלאה למשתמשים, הלוויין יצא משימוש.

לוויין SkyTerra-1 – שוגר באמצע נובמבר 2010 וסיפק אינטרנט לצפון אמריקה.

לוויין Hylas-1 – שוגר בנובמבר 2010, סיפק אינטרנט לאירופה.

לוויין KA-SAT – בתאריך 26 בדצמבר 2019 חברת Eutelsat שיגרה את הלוויין שלה, הלוויין כיסה את אירופה ואת המזרח התיכון עם 80 אלומות (אותות מדויקים המכסים שטח של מאות קילומטרים) , בשיטה זאת היה ניתן להשתמש בתדרים גבוהים יותר וכתוצאה להגדיל את קיבולת הערוץ, כל עלומה היא בעלת קיבולת של 900 Mbps ובסך הכל הלוויין היה בעל קיבולת שידור של 70Gbps

לוויין ViaSat-1 – הוא הלוויין בעל קיבולת השידור הגבוה ביותר כיום, שוגר ב19 באוקטובר 2011 מקזחסטן, בעל קיבולת של 140Gbps

לוויין EchoStar XVII – שוגר ב5 ביולי 2012 למסלול גיאוסטציונרי ובעל יותר מ 100Gbps קיבולת שידור.

NOC – Network Operation Center

מפעיל רשת מרכזי NOC (Network Operation center) מפקח ומנהל את תעבורת הרשת. תפקידו הראשי של מרכז השליטה הוא הקישור בין המידע של הלקוח המגיע דרך הלוויין והעברתו אל רשת האינטרנט הגלובלית ולהפך, תפקיד נוסף הוא לתת מענה לתקלות הרשת ולשמור על איכות השירות. חברות לרוב מפעילות מספר מרכזי שליטה כדי למנוע את נפילת הרשת במקרה שמרכז אחד נופל.

הלוויין עובד בשיתוף פעולה עם שער פס רחב, ומפעיל טופולוגית רשת “Star network”  בה כל תקשורת הרשת עוברת דרך מעבד הרכזות של הרשת. מעבד אשר משמש כצינור להעברת מסרים. המעבד נמצא במרכז ה“Star network”. באופן זה, מספר VSATs מרוחקים שניתן לחבר לרכזת הוא כמעט בלתי מוגבל.

ציוד קצה

לבסוף, כדי שנוכל להנות משירותי האינטרנט הלווייני נצטרך ציוד קצה המתחלק לרכיבים הבאים:

יחידת החוץ (ODU – Out Door unit)

בקצה הרחוק של היחידה החיצונית נמצאת בדרך כלל אנטנה מסוג צלחת קטנה (בעלת קוטר 60-90 ס”מ). האנטנה של הVSAT חייבת להיות בעלת קשר ישיר ללא חוצצים לשמיים בכדי לאפשר קו ראייה תקין (LOS (line of sight ללוויין.

ממיר חסימת חסימות (BUC – Block Up Converter)

תפקידו להמיר את האות מהמודם לתדר גבוה יותר ולהגבירו לפני שהוא משתקף מצלחת המשתמש ולכיוון הלוויין.

ממיר חסימת רעש נמוךLNB – Low Noise Block Downconverter) )

תפקידו הוא להגביר את אות הלוויין שהתקבל מהצלחת שמשמשת כרפלקטור ולסנן את הרעש, ה- LNB מעביר את האות המוגבר והמסונן למודם הלוויין אצל המשתמש.

יחידה פנימית – מודם (IDU – In Door Unit)

מודם הלוויין משמש כממסר בין יחידת החוץ למחשב ושולט בתעבורת הרשת.

היחידה הפנימית משמשת לקבלה ושליחה של המידע, כשנרצה לשלוח מידע, היחידה מאפננת את המידע לתצורה של גלי רדיו וכאשר נרצה לקלוט מידע המגיע מהלוויין היחידה תבצע גילוי למידע לתצורה שהמחשב מבין.

על אף שהלוויין בהחלט יקר יותר מרוב הסוגים האחרים של מתן שירות אינטרנטי, יש לו הטבה משמעותית הבולטת מכל האפשרויות האחרות. מכיוון שהוא משודר מלוויינים ברחבי העולם, אין כמעט אזור מרוחק שהוא לא יכול להגיע אליו כל עוד קיים קו ראיה (Line Of Sight).

הלוויינים הזעירים

עם התקדמות הטכנולוגיה גדלה יכולת המזעור של רכיבים חשמליים וכתוצאה מכך צץ תחום חדש של לוויינים הנקרא לוויינים זעירים.

לוויין זעיר הוא לוויין מלאכותי ומשקלו קטן מ-50 קילוגרם, גודל הלוויין הזעיר קובע את הסיווג שלו בהשוואה ללוויינים אחרים. ע”מ לחסוך בעלויות שיגור הלוויינים הזעירים (בהסתמך על יתרון משקלם הייחודי), משגרים את הלוויין הזעיר על גבו של לוויין גדול. כך שכאשר הלוויין הגדול מגיע למיקום בו מתוכננת פריקת הלוויינים הזעירים, נשלחת פקודה על ידי המחשב המשגרת את הלוויינים הזעירים החוצה, בזה אחר זה.

את הלוויינים הזעירים ניתן לחלק ל3 קטגוריות, לוויינים משוכללים מאוד שהם לוויינים המפותחים על ידי חברות וגופים ביטחוניים, לוויינים משוכללים שמפותחים על ידי מוסדות ממשלתיים כמו NASA בשיתוף עם אוניברסיטאות מובילות בתחום ולוויינים פשוטים שמפותחים על ידי חובבים וסטודנטים למטרות לימוד בעיקר.

כיום יותר ויותר חברות מתחילות להתעניין בלווייני אינטרנט זעירים אך עם זאת מגיעות צרות נוספות, הוספת לוויינים קטנים אלו מגדילה את בעיית פסולת החלל עליה נרחיב בהמשך. יש לזכור שלוויינים אלו מאוד רגישים ואפילו החלקיקים הקטנים ביותר יכולים לרסק אותם לחתיכות.

בתחום זה ישנן שתי חברות ישראליות בולטות המהוות “גאווה ישראלית”,

חברות “גילת  וNSLComm .

חברת גילת נכנסה לעולם לווייני התקשורת האינטרנטי על ידי שיתוף פעולה עם 2 חברות גדולות נוספות חברת O3b Networks וחברת Google. מטרת החברה הייתה לספק שירותי אינטרנט מהיר בעלות נמוכה מהמתחרות המצויות כעת בשוק. הפרויקט מבוסס על 20 לווייני תקשורת חדישים. כחלק משיתוף הפעולה של גילת עם החברות גוגל ו O3b. גילת פיתחה וסיפקה ציוד במסגרת פרויקט גלובאלי להשקת שירותים מבוססי-לוויין במהירות גבוהה עבור ספקי תקשורת בשווקים מתפתחים. עבור גילת, מדובר בהרחבת הפעילות לשווקי יעד נוספים, שכן עד היום סיפקה גילת תשתיות תקשורת ללוויינים מסוג GEO וLEO  בלבד.

בשנה הנוכחית חברת COMTECH Telecommunications האמריקאית רכשה את “גילת לוויינים”. החברה הרוכשת מספקת פתרונות תקשורת עבור גופי ביטחון בעוד שגילת מספקת פתרונות תקשורת בפס רחב, בעיקר באמצעות תקשורת לוויינית, רכישה זאת מקנה לחברת COMTECH אפיקי התרחבות חדשים שלא היו לחברה לפני כן.

חברה ישראלית נוספת בתחום הינה חברת הסטרטאפ NSLComm אשר עובדת על סוג חדש של לוויינים. הלוויין הראשון אותו שיגרו הינו בעל אנטנה מתקפלת ששוגר בשנת 2019 כחלק מתוכנית לשגר מאות לוויינים שיספקו אינטרנט ברחבי העולם עד שנת 2023.

לפי התוכנית, הלוויין הראשון NSLSat-1 ששוגר מרוסיה ישהה במסלול נמוך (LEO) סביב כדור הארץ במשך חמש שנים. הוא קטן מלווייני תקשורת טיפוסיים אך עתיד לספק קצב נתונים מרשים יחסית – 1.5 Gbps, לעומת 20 Mbps בלוויינים בגודל זהה. אחד היתרונות הבולטים של NSLSat-1 הוא האנטנה הייחודית שהוא נושא, הבנויה מחומר גמיש המאפשר לה להתקפל ולחסוך במקום בעת השיגור. בחלל היא נפרשת באופן המאפשר למקסם את יכולות השידור עד פי 100 ביחס ללוויינים באותו גודל. לצד הוכחת היתכנות האנטנה, החברה אשר הנתמכת על ידי סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה, הצהירה על חזון שאפתני ביותר – שיגור 30 לוויינים עד 2021 ומאות לוויינים עד 2023, על מנת לפרוש רשת לוויינים שתספק תקשורת גלובלית במהירות גבוהה. זו עשויה לשמש את התעשייה הצבאית, תחום הספנות ותחומים נוספים.

אילוסטרציה של לוויין NSLSat-1 של חברת NSL Comm

אז מה בעצם ההשלכות והאתגרים של העברת אינטרנט באמצעות הלוויין?
אינטרנט לווייני הוא לפעמים האפשרות היחידה עבור אנשים המתגוררים באזורים כפריים, באפשרותו לספק אינטרנט מהיר יחסית ללקוחות. עם זאת, ישנם כמה חסרונות שהופכים את האינטרנט הלווייני לבעייתי.

טווח המחירים הנגבה היום מהלקוח עבור שירותי לוויין הינו גבוה משמעותית מהאפשרויות האחרות (DSL,סיבים אופטיים ורשתות סלולאריות). המחירים מתחילים מ- 50 $ ויכולים להגיע אף ל 500 $ לחודש, אך עם כניסת מתחרות חדשות לתחום המחירים צפויים לרדת.

בחיבור לווייני נדרש קו ראיה(line of sight)  LOS רציף עם הלוויין, במידה וקיימות חסימות כלשהן (מדובר בעצמים כגון ענפים או מבנים) החוצצות בין הלוויין למקלט של המשתמש הן יכולות לשבש בנקל את האות המשודר,

ולכן בשביל קליטת אינטרנט אידיאלית דרך לוויין, נדרש שיהיה קו ראיה “נקי” בין הלוויין לבין המקלט של המשתמש. ככל שהתדרים הולכים וקטנים כך יותר קל למידע לעבור דרך עצמים, אך רוב מערכות הלווייניות פועלות בתדרים גבוהים דבר שהופך אותן לרגישות להפרעות.

מזג האוויר משפיע גם כן על נתיב האות, במהלך סופות רוח או גשמים עזים, מהירות האינטרנט יורדת, אם בכלל קיימת.

הפרעות אלו הופכות ליותר משמעותיות ככל שמשתמשים בתדרים גבוהים יותר ולכן שימוש באינטרנט לווייני באזורים בעלי כמות משקעים גבוהה תיעשה בתדרים נמוכים יותר – GHz 2\1 או בעזרת שימוש בטכניקות מיוחדות כמו הורדת קצב הביטים לשנייה ושינוי עוצמת האות.

כיום אצל הצרכנים המשתמשים באינטרנט לווייני מותקנות צלחות הנוטות להיות די קטנות, דבר שפוגע באיכות הקליטה או גורמות לדרישה של הגברת האות מהלוויין אל המשתמש. לרוב זאת עסקה משתלמת לספקיות, שכן יהיה כדאי להן להשקיע יותר בלוויין בעל הגבר גדול יותר ולחסוך למשתמשים במחיר הצלחת.

מנגד, לוויינים בדרך כלל משתמשים בתאים סולאריים כדי לספק אנרגיה ללוויין, אך לוויין המשדר בעוצמה חזקה יותר ידרוש תאים גדולים יותר, הכוללים בדרך כלל משדר מוגדל, הגדלת הרכיבים לא רק מגדיל את עלות החלקים, אלא גם את משקל הלוויין ומכאן גם את עלות השיגור. פעולה נוספת שניתן לבצע כדי לייעל את הלוויינים היא ניתור מזג האוויר ועל ידי כך לקבוע את כמות המידע ואת התדר שבו יבוצע השידור, לדוגמה אם השמיים בהירים ניתן יהיה לשדר בתדר גבוה יותר מאשר כאשר יורד גשם ואיכות השידור נפגעת.

כאשר מדובר על לווייני GEO או לוויינים מהדור הישן ישנה בעיית זמן השהייה.

הסיבה לכך היא שנדרש לשלוח נתונים ללוויין, ממנו חזרה לארץ אל ספק שירותי האינטרנט ומשם במסע חזרה אל הצרכן, מאחר ומדובר במרחק של אלפי קילומטרים, הפעולה לוקחת זמן רב. ולכן, אם מדובר בלקוח הדורש מהירות גלישה יש להשתמש בלווייני LEO/MEO חדשים או באלטרנטיבות אחרות.

תופעת זיהום החלל

כחלק מההשלכות הבולטות של לווייני אינטרנט, אנו נחשפים גם לכאלו שהן פחות חיוביות, ביניהן הינו עניין זיהום החלל הנגרם מפסולת הלוויינים ששוגרו (Space Debris)

עם כל לוויינים החגים מעלינו כיום, ועם כל התוכניות לשיגור אלפי לוויינים נוספים גדלה בעיית הזיהום בחלל, זיהום בחלל הוא שם כולל לאובייקטים מעשי אדם שאינם משמשים מטרה מסוימת בדרך כלל סביב כדור הארץ , מדובר בדרך כלל על לוויינים לא פעילים, חלקים ממעבורות חלל ומרכבי שיגור. בעיית הזיהום הינה בעיה מסוכנת ללוויינים הקיימים כבר בחלל ולמעבורות חלל הנושאות אסטרונאוטים (מה שיכול לסכן את חייהם). עם מגמת העלייה בשיגורים סיכויי ההתנגשות של הלוויינים גדלים והחרפת בעיית הפסולת גדלה גם כן.

על בעיה זו ניתן יהיה להתגבר על ידי גופי פיקוח שונים אשר יפקחו, ינתרו ויתנו המלצות כיצד לצמצם את התופעה, גופים כאלה כוללים את NASA האמריקאית ואת סוכנות החלל האירופאית ESA. כחלק מהפתרונות המוצעות למיגור זיהום החלל על ידי לוויינים, ישנה הצעה לפיתוח עתידי הכוללת חלליות שיטוסו לחלל וישמידו את שאריות הלוויין הלא פעיל באמצעות לייזר או שיילקטו ויאספו השאריות בחזרה לכדוה”א.

	מהירות	עלות ללקוח	זמינות	אמינות	הצפנה
אינטרנט באמצעות לוויינים	מהירות גבוהה וזמן השהייה נמוך ביותר	עלות גבוהה יחסית כי הטכנולוגיה חדשה אך עם הזמן העלות תקטן	זמין כמעט בכל מקום בעולם כל עוד קיים Line Of Sight	אמינות נמוכה יחסית בגלל מספרם הנמוך של הלוויינים, בנוסף האמינות מושפעת ממזג האוויר במזג אוויר סוער הקליטה לא תהא טובה	בינונית
אינטרנט דרך סיב אופטי	מהירות גבוהה עם זמן השהייה רגיל	עלות גבוהה יחסית	זמין רק במקומות שנפרש בהם סיב אופטי ולכן הזמינות היא נמוכה	הסיב האופטי מבודד וקבור באדמה ולכן מהימנותו לקליטת אינטרנט טובה מאוד ואינו מושפע מתנאי מזג האוויר	חזקה מאוד
אינטרנט דרך כבל DSL	מהירות נמוכה עם זמן השהייה גבוה	עלות נמוכה ביחס לאפשרויות האחרות	זמינות גבוה יותר מהסיבה שהטכנולוגיה ישנה ופרוסה בהרבה אזורים	אמין, אינו מושפע מתנאי מזג האוויר, הכבלים מסוככים ומבודדים היטב	חלשה

על אף ההתקדמות המהירה והפיתוחים החדשים בתחום האינטרנט הלווייני, ישנם מספר פרויקטים או אף חברות שלא שפר עליהם מזלם ועמדו במספר ניסיונות שנכשלו  כדוגמת חברת Teledesic, אף על פי שכן הצליחו לתרום להתקדמות הטכנולוגית בתחום.

העתיד

הדור הבא של לווייני האינטרנט יהיה התוצאה של מרוץ אחר אינטרנט מהיר, בעל השהייה נמוכה ובר השגה גם לאזורים מבודדים בעולם, מספר מדינות וחברות גדולות כבר התחילו בשיגור הלוויינים שלהם ואחרות מתכוננות לשגר את שלהם בקרוב. המשמעותיות הן:

Star Link – SpaceX

חברת הטילים של אילון מאסק (מייסד טסלה) SpaceX מתמקדת בשני פרויקטים הקשורים לחלל, Starlink וStarship

כאשר Starlink היא התוכנית שלהם למערך לווייני האינטרנט שלהם. בפברואר 2018 SpaceX שיגרה בהצלחה שני לוויינים במסלול נמוך tintinA וtintinB למטרות ניסוי, הניסוי צלח ולאחר מכן נשלחו עוד כ21 לוויינים נוספים ב2018, בסך הכל שגרה החברה כ775 לוויינים לרגע כתיבת שורות אלו.

המטרה הסופית של Starlink היא לשגר כ12,000 לווייני אינטרנט עד שנת 2024 ועל ידי כך ליצור קונסטלציה של לווייני LEO שיגיעו כמעט לכל נקודה על כדור הארץ, מסירות בלב ים, כפרים מרוחקים ועד אזורים נידחים בעולם. כדי לעמוד בקצב שנקבע על החברה לשגר כ60 לוויינים כל שבועיים, קצב זה הוא חסר תקדים, למען ההשוואה, בשנת 2018 נשלחו בסך הכול 382 עצמים לחלל. יש לזכור שחברת  SpaceXעובדת על טכנולוגיית מחזור טילים שבו הטיל הנושא את הלוויינים חוזר ארצה וניתן להשתמש בו מחדש, טכנולוגיה שמוזילה מאוד את עלות שילוח הלוויינים.

Project Kuiper – Amazon’s Blue Origin & Telesat

חברת אמזון מצטרפת גם כן למרוץ שידור האינטרנט דרך לוויינים בעזרת כ3,236 לוויינים במסלול נמוך LEO,  לרגע זה אמזון היא החברה היחידה בעלת האמצעים הדרושים למימון פרויקט בסדר גודל שכזה. למרות שפיתוח לווייני אינטרנט ושיגורם הוא מורכב מאוד זהו רק האתגר הראשון, בסופו של דבר החברות צריכות למצוא מודל כלכלי מתאים שיצדיק השקעה שכזאת, שכן לווייני אינטרנט מציעים את האפשרות לגשת לאינטרנט במקומות מרוחקים אך בדרך כלל אלו גם מקומות שאין באפשרותם לשלם על השירות.

לאמזון ישנם 2 יתרונות מרכזיים על המתחרים בתחום, הראשון הוא כמובן הפן הכלכלי, לאמזון יש כ37 מיליארד דולר מוכנים להשקעה, סכום שרוב החברות רק יכולות לחלום עליו. והיתרון השני הוא בתוכן אותו אמזון מספקת, האפשרות לשדר תוכן תוצרת בית של אמזון כמו וידאו, ספרים, מוזיקה ללא התערבות של ספקיות אינטרנט ייתן לאמזון אפשרות לספק מחירים טובים יותר מהמתחרות.

בנוסף, כידוע אמזון ידועה בתור חברה המתמחה בלוגיסטיקה מורכבת ופתרונות אספקה שיעזרו לה להתפתח במהירות.

One Web – Qua Airbus, Virgin Atlantic

חברת One Web הינה חיבור של מספר חברות שמטרתה היא להנגשה האינטרנט לכל חלקי העולם. חברת One Web מייצרת בעצמה את הלוויינים שלה ומתכננת לשגר כ900 לוויינים במסלול נמוך. עד לכתיבת שורות אלו שוגרו כ74 לוויינים.

לאחרונה הגישה החברה בקשה לפשיטת רגל עקב המגיפה העולמית (COVID-19) וכעת נעזרת בתמיכה פיננסית של הבית הלבן, עזרה זו באה עקב שיתוף פעולה אדוק עם חיל החלל האמריקני מאחר והוא מעוניין להרחיב את יכולות התקשורת של הצבא בצפון הרחוק, אשר לשם כך הוא נזקק לשירותיו של One Web.

עם זאת, שתי חברות סיניות (אנונימיות) הגישו הצעה להשקעה, דבר שעורר חששות גדולים בקרב גורמים במשרד ההגנה האמריקאי, מאחר ומדובר במדינה יריבה אשר יכולה להשתמש בחוסר היציבות הכספית שנגרמת מנגיף הקורונה כהזדמנות להגדיל את ההשקעות בחברות טכנולוגיה עם יישומי ביטחון לאומי.

  הסיניתLINKSURE

חברת אבטחת המידע הסינית הודיעה כי היא מתכוונת לשגר קונסטלציית לוויינים בשנת 2026 שמטרתה לספק אינטרנט לכל העולם ובחינם, הרשת שתקרא LINKSURE Swarm Constellation הושקה באמצעות הלוויין LinkSure-1 בשנת 2019.

החברה מתכוונת לשגר בשנת 2020 כ10 לוויינים ובסך הכל  כ270לוויינים עד 2028.

התוכנית החדשה של חברת APPLE

דווח בדצמבר 2019 כי ענקית הטכנולוגיה הרכיבה צוות סודי העובד על טכנולוגיות לוויין בכדי להפיץ שירותי אינטרנט ישירות למכשירי החברה תוך עקיפת הרשתות האלחוטיות. צוות מיוחד עובד על הפרויקט במטרה להשיג תוצר סופי תוך חמש שנים.

העבודה על הפרויקט עדיין מוקדמת ועלולה להפסיק ובכל זאת, מנכ”ל אפל טים קוק מגלה עניין רב בפרויקט, אשר הביאו לעדיפות עליונה בחברה. לא ברור אם אפל מתכוונת להמשיך בפיתוח יקר של קבוצת לוויינית עצמה או פשוט לרתום ציוד בשטח שייקח נתונים מהלוויינים הקיימים וישלח אותם למכשירים ניידים. את הצוות של החברה מובילים מייקל טרלה וג’ון פניוויק. הצמד הוביל את פעולות הלוויין והחלל של גוגל עד שעזבו יחד בשנת 2017 כדי להתחיל את הפרויקט של אפל.

הצוות הוסיף לאחרונה אנשים מהתעשייה האלחוטית, כולל המהנדס מאט אטוס, שהוא אחד השמות המובילים בתחום הטכנולוגיות האלחוטיות ויצר את Ettus Research, שהיא מוכרת יותר כחברת  National Instrumentsהמוכרת ציוד רשתות.

APPLE הגישו תוכניות ל– FCC לשיגור בין 1,400 ל -3,000 לוויינים, ולאחר שיאושרו התוכניות הללו, החברה תוכל להתחיל בתהליכים הנחוצים לשיגור הלוויינים ובאופן פוטנציאלי ולספק אינטרנט לכל מכשיר אפל בעולם.

לפי מנכ”ל החברה, אפל הרחיבה במהירות את תקציב המחקר והפיתוח שלה, והוציאה 16 מיליארד דולר בשנת הכספים 2019, עלייה של 14% לעומת השנה שקדמה לה.

כמו כן, ישנם מספר חברות הבוחרות גישה שונה לפתרון מצוקת האינטרנט:

Loon Balloon project – Google

גוגל חשפה לאחרונה את הפרויקט השאפתני החדש שלה המכונה “Project Loon”, אשר יחבר מדינות עולם שלישי ואזורים שונים לאינטרנט באמצעות בלון העשוי מפוליאתילן, כל בלון בגודל של מגרש טניס ונמצא בגובה של 20 ק”מ מעל פני הקרקע בנוי לרחף למעלה ממאה יום לפני שהוא נוחת על כדור הארץ בירידה מבוקרת. הLoon  הינו חלק ממשפחת כלי הטייס הבלתי מאוישים

HAPs – High Altitude Platforms שמטרתם היא להוות תחלופה זולה ללוויין עבור משימות תקשורת ומודיעין.

במסגרת הפרויקט כל בלון יכלול אנטנות ויחידות שליטה, פאנלים סולאריים כדי לספק אנרגיה לבלון ומצנח כדי להנחית את הבלון בבטחה.

במסגרת הפרויקט גוגל תיצור טבעת של בלונים אשר יסתובבו ברחבי העולם וינועו על ידי רוחות בשכבת הסטרטוספרה (השכבה האמצעית באטמוספרת כדור הארץ, הרבה מעל מטוסים) ויספקו גישה לאינטרנט מהיר באזור.

בלוני Loon יכולים להגיע למדינות ברחבי העולם מאתרי ההשקה של גוגל עפ”י אלגוריתמים חכמים החוזים את כיווני הרוחות וכך המערכת יכולה לקבל החלטות בצורה אוטונומית ולנווט את הבלון לכיוון הרצוי.

התוכנה החכמה של גוגל לומדת כל העת במטרה לשפר את הנתיב של הבלונים, מה שמשפר את איכות הרשת ואת יציבותה.

בינתיים הניסוי הראשון כבר חל בניו-זילנד וגוגל מחפשת שותפים בפרויקט.

Zephyr – Airbus

ענקית התעופה והחלל Airbus חשפה סוג של כטב”ם (כלי טייס בלתי מאויש) סולארי לסיפוק שירותים דמויי לוויין בשם “Zephyr”.
ה Zephyr בעל מוטת כנפיים של 25 מטר ובעל משקל של פחות מ- 75 ק”ג. כטב”ם זה בעל יכולת של ריחוף או טיסה סטטית המאפשרת לו להישאר במיקום ספציפי תוך מתן שירותי תקשורת למרחקים של מאות קילומטרי, כאשר האנרגיה שלו נוצרת על ידי התאים הסולאריים על גופו.

הפטנט העיקרי הינו היכולת להישאר באוויר לפרקי זמן ארוכים. למעשה, ה Zephyr מחזיק כרגע בשיא העולם לטיסה היחידה הארוכה ביותר, שבועיים ללא הפסקה. הZephyr  איננו כלי טיס ממש ואינו לוויין, אלא משלב בתוכו את ההיבטים הטובים ביותר של שניהם: התמדה וגמישות, בהתאמה.

 

לסיכום

כלי האינטרנט נחשב לאחד ממקורות המידע החשובים ביותר הקיימים כעת, לצורך שיתוף כלי זה והגשתו לקהל יעדים מכל העולם הוצגו ופותחו במהלך השנים מס’ אפשרויות שידור הכוללות כבלים, סיבים אופטיים וכמובן לוויינים.

לאזורים מרוחקים לא מפותחים טכנולוגית עלה הצורך בהנגשה מיוחדת ושונה של האינטרנט. לצורך כך, פותח שירות האינטרנט באמצעות לוויינים אשר על אף חסרונות מסוימים שהוזכרו במאמר זה הוא עדיף על האפשרויות האחרות וסביר מאוד להניח שבשנים הקרובות ניעזר בדרך זו להשגת אינטרנט מהיר בכל מקום בעולם.

למרות שהטכנולוגיה של לווייני האינטרנט מפותחת כבר מאמצע המאה הקודמת רק בשנים האחרונות אנחנו עדים להתעניינות מצד החברות הגדולות בעולם (שהחלו להניע את התהליך להנגשה האינטרנט בקצב יעיל ומהיר בהרבה ממה שהתאפשר עד עתה), שכן הטכנולוגיה לא הייתה בשלה בזמנו על מנת לענות על הדרישות. מנגד, רצוי כי המפתחים ייקחו בחשבון את כל הסיכונים בתחום, סיכונים כלכלים (שכן הנדבך הכלכלי של אינטרנט לווייני התגלתה כמאתגר מאוד מניסיונות העבר( אשר לרוב מסתמכים על ההון העצמי של כל חברה, הנחשב לכלי מרכזי וחשוב בתהליך זה (רוב החברות ששגרו לווייני אינטרנט פשטו רגל) שכן תעשייה זו מכסה את הוצאותיה רק ע”י תשלום מהלקוחות, עניין שלוקח זמן רב יחסית ודורש צבירה מאסיבית של לקוחות, דבר שלא קרה בפועל עקב יוקר השירות שהוביל למספר משתמשים דל וגרם בסופו של דבר להיעדר הכנסות, אי כיסוי ההוצאות ולפשיטת רגל.

אבל כיום, לאחר שפע האפשרויות לשידור אינטרנט שהוצגו במאמר זה, מחיר השירות קטן ובד בבד מהירות הגלישה עלתה (דבר שהוביל ליצירת לקוחות מרובים), ההוצאות של החברות קטנו בצורה משמעותית בגלל טכנולוגיות חדשות שהוצגו במאמר זה, ובנוסף לכל, המשקיעים חדשים נכנסו, הסיכוי לפשיטת רגל עבור חברות האינטרנט הלווייני ירד. כך שבעתיד הלא כל כך רחוק גדל הסיכוי שנראה שימוש נרחב באינטרנט לווייני איכותי כאמצעי פופולרי לשידור אינטרנט.

ביבליוגרפיה:

1. https://www.wired.com/2001/11/globalstar-broke-but-not-out/?utm_source=satelliteinternet.com&utm_medium=affiliate
2. https://archive.seattletimes.com/archive/?date=20021007&slug=teledesic070&utm_source=satelliteinternet.com&utm_medium=affiliate
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Teledesic
4. https://www.nasa.gov/topics/technology/features/telstar.html
5. https://eureka.org.il/item/18043/%D7%9E%D7%99-%D7%94%D7%9E%D7%A6%D7%99%D7%90-%D7%90%D7%AA-%D7%94%D7%90%D7%99%D7%A0%D7%98%D7%A8%D7%A0%D7%98
6. https://www.groundcontrol.com/How_Does_Satellite_Internet_Work.htm
7. https://www.satelliteinternet.com/resources/history-and-future-of-satellite-internet/
8. https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/technology/future-of-satellite-internet.html
9. https://steemit.com/technology/@zatul/how-satellite-internet-works-satellite-internet-technology
10. https://en.wikipedia.org/wiki/K_band_(NATO)
11. https://en.wikipedia.org/wiki/Star_network
12. https://en.wikipedia.org/wiki/Mesh_networking
13. https://arstechnica.com/information-technology/2013/02/satellite-internet-faster-than-advertised-but-latency-still-awful/#p3n
14. https://arstechnica.com/business/2013/01/satellite-internet-15mbps-no-matter-where-you-live-in-the-us/
15. https://www.newtec.eu/frontend/files/userfiles/files/App%20Note%20IP%20Trunking%20Rev01.pdf
16. https://web.archive.org/web/20060715074807/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf
17. http://www.spacedaily.com/news/satellite-biz-03zza.html
18. http://gigaom.com/2012/10/01/with-new-satellite-tech-rural-dwellers-get-access-to-true-broadband/
19. http://spacenews.com/oneweb-weighing-2000-more-satellites/
20. https://www.cnbc.com/2019/05/24/spacex-raised-over-1-billion-this-year-as-starlink-and-starship-ramp-up.html
21. https://news.cgtn.com/news/2019-12-12/5G-from-space-Chinese-company-to-launch-new-type-internet-satellite-MmoQ1waixG/index.html
22. https://www.youtube.com/watch?v=itdYS9XF4a0
23. https://www.globes.co.il/news/article.aspx?did=1001323117
24. https://www.quora.com/What-are-the-problems-of-using-satellite-internet
25. http://content.time.com/time/specials/packages/article/0,28804,1898610_1898625_1898640,00.html
26. https://www.new-techonline.com/2020/03/%D7%9C%D7%95%D7%95%D7%99%D7%99%D7%A0%D7%99%D7%9D-%D7%96%D7%A2%D7%99%D7%A8%D7%99%D7%9D-%D7%94%D7%95%D7%95%D7%94-%D7%95%D7%A2%D7%AA%D7%99%D7%93/
27. https://www.space.gov.il/news-space/131665
28. https://www.space.gov.il/research-and-development/992
29. https://www.militaryaerospace.com/communications/article/14176800/military-communications-satcom-commercial-space?utm_source=MAE+Weekly&utm_medium=email&utm_campaign=CPS200602072&o_eid=5102I2511389I3Z&rdx.ident%5Bpull%5D=omeda%7C5102I2511389I3Z&oly_enc_id=5102I2511389I3Z
30. https://www.defensenews.com/smr/2020/05/12/a-bankrupt-oneweb-could-get-some-help-from-the-defense-department/
31. https://internetofbusiness.com/facebook-to-launch-internet-satellite-athena/
32. https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-12-20/apple-has-top-secret-team-working-on-internet-satellites
33. https://www.israeldefense.co.il/he/node/42447
34. https://www.youtube.com/watch?v=giQ8xEWjnBs
35. https://www.tgspot.co.il/meet-googles-project-loon-balloon-powered-net-access/
36. https://loon.com/technology
37. https://www.whistleout.com/Internet/Guides/fiber-internet-vs-starlink-satellite-internet?__cf_chl_captcha_tk__=8adb37524c7b75a09f6e3d57e6262ce1b5e23608-1602514838-0-ARspx6OYnMPqE74Tityf3aWP_uyFju6aH7-AU_8r5j-ycqfUi0UgM9BOzaKkalBMveYzYhUHX5E3rCbtrJQvNVPjlUNP17oygydqOTEmQP_DuOxxxjv-G40PrkrhYUcZEZLZyqJo-POzc_MsjqwL7uUyEtZwqkzts-0Cas_hmlRFEBZibNmY-NB7r2xPX9QfrpDC2GjhoVFetPzwbE5XMGsCIUzdCurvCVLcpwVdXQt8plubKXa-mZVQS_j2H792cBCUh09jLABUuFrbJuLz1vNSqiE9T3BnpqFmG0eftXzjgB4E66y9xOG3RinQniIAfGzchmvEU7xYB0G1IhAJ6x9jPfxxpSyD8Ya5Tcup00Tmadnt1AxOAvjcnwj3xdHSYvdGpBrvieAhqzw1Q46kAWf2ZWEgetpZzH4oH_Owg608EpFT3bkpLAIkMdoeARTooJOz4PMgm80iAa86NKeI_s8_LkbzTdObMgGqm5ryQw3Iahch_LJMCN1iNsy1pFwx_Du92bvSnu869JuX82r2tyaX2yaa7k46uzxNAj2l8CruKiLDZknRjE_xG0XZQEQy9A
38. David .Nield “Link Sure Sat. network to provide global internet for free” New Atlas 30.11.18

39. J. Gavan, M. Haridim, “Stratospheric Quasi-Stationary Platforms (SQSP) Can they Replace Communication Satellite Systems?” Telecommunications and Space journal, April 1997, pp. 275-288.

1. J. Gavan, S. Tapuchi, “Microwave Wireless-Power Transmission to High-Altitude-Platforms systems,” The Radio Science Bulletin, N 334, September 2010, pp.25-42.

41. ד”ר יעקב גוון “לוויינים קשר התקשורת” עיתון מדע של מכון וייצמן. 4\1984pp(182-188),
42. אירנה מורוזוב, ד”ר סעד תפוחי ו פרופ. יעקב גוון, “לווייני תקשורת במסלול נמוך”, New tech MW Magazine, 2012 ,1Qpp(18-23)
43. א.דורון, י. טרומן ופרופ. י. גוון O3b ,Google” וחברת גילת פורצי דרך בתקשורת לוויינים” New tech MW Magazine, 2013    ,2Qpp (48-51)  (חוברת1)
44. . פרופ. י. גוון, א. ברונפמן, “סקירה של לוויינים זעירים וקטנים ממבט של מהנדסי רדיו”, חשמל ואנשים, SEEEI, גיליון 48 , דצמבר 2013,PP(76-83) (חוברת1)
45. . מ. רסנווסר, א. מדד, MSc).)א. ברונפמן, ד”ר. א. יובילר ו פרופסור י. גוון, “ניקוי פסולת החלל ע”י חלליות עם מערכת לייזר”, New –Tech Magazine, May2018, pp(98-105).

---