A műholdas internetszolgáltatás és az űrvadnyugat
Korábban már bemutattam a műholdas internetszolgáltatás új generációjának két fő szereplőjét, a SpaceX-féle Starlinket, illetve a OneWebet. Ők egyenként is több ezer műholdat szeretnének pályára állítani, hogy az egész Földön bárhol gigabit körüli internetszolgáltatást tudjanak biztosítani, viszonylag alacsony (25-50 ms) késleltetéssel.
A Starlink tervezett első szintje, 72 pályán egyenként 22 műhold, ami ugye 1582-őt jelent összesen
Csakhogy belépett egy harmadik nagyágyú, az Amazon egy jelenleg még csak Project Kuiper neven ismert 3236 műholdas rendszert tervez pályára állítani 590, 610 és 630 kilométeres magasságba. Az FCC (Federal Communications Commision, vagyis a Szövetségi Távközlési Bizottság) információkérésére elárulták, hogy a műholdak tervezésén és kivitelezésén, illetve a komplett rendszer működésének kidolgozásán munkálkodnak jelenleg. Ebből az következik, hogy még az sincs fixálva, hogy a műholdak milyen meghajtást kapnak (annyit elárultak, hogy a semlegesgáz rendszertől kezdve az ion-hajtóművekig mindenfélét vizsgálnak). De szintén nincs információ arról, hogy mikor és mivel fogják a világűrbe állítani őket. Az Amazon fő részvényese pedig ugye Jeff Bezos, akinek ott van a Blue Origin cége, mely saját hordozórakétákkal bír, tehát a SpaceX-hez hasonlóan kvázi egy kézben vannak a legfontosabb elemek a kiépítéshez. Igazából ez már önmagában is eléggé aggasztó a többi piaci szereplőnek. Az Iridium éppen végezne az Iridium NEXT műhold-hálózatával, ám ha a StarLink, a OneWeb és a Project Kuiper színre lép, nem sok babér fog teremni nekik. A OneWeb egyik vezetője, Thomas Whayne el is ismerte, ha Bezos is belép ebbe a szegmensbe, akkor bizony komoly versenyre kell számítaniuk, mert olyan pénzügyi hátterük van, amiről a OneWeb és a SpaceX is csak álmodhat még...
A Starlink negyedik indításához való előkészülettel, 60 műholddal a Falcon 9 orrában
Az Amazon legnagyobb problémája, hogy elkésett az első bálról, az un. Ka frekvencia tartomány műholdak számára kiosztani szándékozott frekvenciáinak nagy részét a SpaceX és a OneWeb már „megnyerte” az amerikai FCC-től, így csak egy szűk tartományban reménykedhet, ami az elérhető sávszélesség és a felhasználói mennyiség szempontjából korlátozó tényező lehet. Az Amazon azt szeretné elérni, hogy az FCC vizsgálja felül a döntést, és így lehetőséget kapjon a csatornák bővítésére. Érthető okokból a SpaceX és a OneWeb is ellentámadásba lendült, igyekeznek felhívni a figyelmet arra, hogy ha egy már aláírt szerződést próbálna esetleg az FCC módosítani, akkor azzal alááshatják a bizalmat a Bizottság felé. A felek harca pedig a munkaerőért is folyik, a Project Kuiper programigazgatója, Rajeev Badyal a SpaceX-től lett elcsábítva, ahol négy évig a műholdakért (meg nem nevezetten a Starlink műholdakért) felelős igazgató-helyettes volt.
A Tintin A (balra) és Tintin B (jobbra) műholdak a Paz műhold tartóállványának két oldalán
Közben a SpaceX nekiállt a teszteknek, a két legelső kísérleti műhold, a Tintin A és Tintin B még 2018. február 22-én állt pályára a Paz műhold indításakor, másodlagos teherként. Ez egyfelől egy új piaci szegmensbe lépés első eseménye volt, hiszen a SpaceX saját műholddal nem rendelkezett eddig, így szükséges a kommunikációs és irányítási forgatókönyveket, belső szabályokat kialakítani és letesztelni – nem mellesleg pedig a Nemzetközi Telekommunikációs Szövetség (ITU) által adott frekvenciahasználati engedélynek van egy tétele, mely szerint ha záros határidőn belül nem kezdi el használni a cég az adott frekvenciákat, akkor az ITU az engedélyt visszavonhatja, és a frekvenciatartományt újra kioszthatja másnak.
A műholdak tervezett pályáját is módosították, eredetileg 1150 km magas keringési pályában gondolkoztak, ami abból előnyös, hogy a legtöbb alacsony keringési magasságú (LEO) műholdat és űrjárművet elkerülik, illetve ilyen magasságban nincs már számottevő légellenállás, így nem kell a pályastabilitással annyit törődni. Csakhogy 2018-ben a SpaceX az amerikai rádiófrekvencia-felügyeletnél (FCC) kérvényezte, hogy alacsonyabb, 550 km-es pályára állíthassa a műholdjait. Erre két oka is van: egyfelől az alacsonyabb pálya miatt a kommunikáció késleltetése alacsonyabb lehet (1150 km-es magasságban kb. 25 ms-ot számoltak, ez 550 km-en 15 ms-ra csökkenne), másfelől viszont sokkal egyszerűbb a meghibásodott és/vagy lejárt élettartamú műholdak légkörbe vezetése, ezáltal a hatóságok által előírt megsemmisítés kevesebb hajtóanyagot igényel. Tudniillik eddig is sok fejtörést okoztak a működésképtelen vagy élettartamuk végéhez közeledő műholdak, de ha több ezer új műhold fog megjelenni, akkor most már nem lehet halogatni a szabályozást. De erről később...
A korábbi cikkben már említve volt, hogy keresik nemzetközi szinten is a lehetőséget arra, hogy valami közös szabályozást bevezessenek, nos, november 20-án Sharm-el-Sheikhben az ITU (International Telecommunication Union – Nemzetközi Telekommunikációs Szövetség) tagjai megállapodtak, hogy milyen feltételekkel kaphatják meg a mega-műhold rendszerek a frekvenciaengedélyeket. A korábbi szabályok szerint elég volt egyetlen műholdat pályára állítani a szolgáltatónak, hogy az engedélyt véglegesítsék – de ugye azért, mert a szabályokat nem több százas vagy ezres műholdrendszerekre alkották meg. Ez egy érthető okokból kihasználható kiskapu: elég valakinek egy tartományt igényelnie, aztán egyetlen apró műholdat pályára állítania, majd a tartományt évekre megkaphatta, amivel üzleti előnyre tehet szert (kizárhatja a konkurenciát, vagy a saját üzleti érdekeit felhasználva manipulálhatja a versenyt). Ezt használta ki a SpaceX is a Tintin A és B esetében. Az új szabályozás szerint szerint egy-egy tartományt 14 évre kaphatnak meg az igénylés jóváhagyása után, és automatikusan elveszik, ha a műholdrendszer 10%-át nem állítják pályára 2 éven belül, az 50%-át 5 éven belül illetve 100%-át 7 éven belül. Ezzel biztosítanák be a visszaélések elkerülését.
A Starlink műholdak nem sokkal a kibocsátásuk után
Az első „éles” Starlink indításra 2019. május 24-én került sor, egy már repült Falcon-9 első fokozatra épülő rakétával nem kevesebb, mint 60 műholdat állítottak nagyjából 440 km-es keringési pályára, a kibocsátás után a hatvan műholdból három nem reagált a földi irányítás utasításaira, így meghibásodottként tartják számon őket, és előbb-utóbb (egy éven belül) a légellenállás miatt el fognak égni a légkörben. A maradék 57-ből kettő nem emelkedett a megcélzott 550 km-es keringési pályára, hanem a pályaváltozásaikat figyelik meg, hogy a légellenállás miként befolyásolja a pályájukat. A maradék 55 állt pályára, és fogják a kezdeti tesztekhez felhasználni őket. Ezek a 227 kg-os műholdak egyébként még nem a végleges változatok (a SpaceX v0.9-es változatként hivatkozik rájuk), de ion-hajtóművel rendelkeznek, amelyek nagyon apró tolóerőt tudnak leadni, ellenben a hagyományos kémiai rakétahajtóművekhez képest (amit például a Szojuz vagy a legtöbb műhold használ) sokkal jobb a tömeg-hatásfoka, vagyis adott tömegért cserébe sokkal komolyabb manőverek végrehajtását teszi lehetővé.
A Starlink-44 és az Aeolus pálya-találkozásának ábrája
A mega-műholdrajok problémája viszonylag hamar jelentkezett: 2019 augusztusában az ESA Aeolus műholdja és a Starlink-44 műhold viszonylag alacsony (cirka 320 km) keringési pályán voltak, és bizonyos szintű (nagyjából 1:50000) esély mutatkozott a számítások szerint arra, hogy a két műhold összeütközik, nagyjából egy hét múlva. Ez nagyjából ötször kisebb esély, mint ami az űriparban elfogadott a kitérő manőver végrehajtásáról (ami 1:10000). Az erről szóló figyelmeztetést az amerikai légierő űrmegfigyelő radarközpontja elküldte mind a SpaceX, mind az ESA részére, utóbbiak pedig egy e-mailt is küldtek a SpaceX Starlink irányítóközpontjában, hogy megvitassák a teendőket. A két fél nem egészen ért egyet abban, hogy mi volt a reakció. Az ESA szerint a SpaceX tömören közölte, hogy ők nem fogják megváltoztatni a műholdjuk pályáját. A Starlink-44 egyébként egyike a két „hátrahagyott” műholdnak, amelynél azt szeretnék megfigyelni, hogy a légellenállás miatt hogyan változik a műhold pályája, hogyan lassul le, és adott esetben semmisül majd meg a légkörben. Erre az információra nagy szüksége van a SpaceX-nek, mivel az FAA csak olyan amerikai műholdnak ad indítási engedélyt, amelynél az irányított megsemmisítés (vagy előre kijelölt, úgynevezett „temető-pályákra” való állítás) megoldott. A SpaceX viszont úgy nyilatkozott utólag, hogy őket valóban megkereste az ESA, ám megegyeztek abban, hogy nincs szükség beavatkozásra. A gond ez után következett, mivel az amerikai légierő a folyamatos követés által pontosított adatokból már azt vette ki, hogy a találkozás esélye 1:1000-es szintre nőtt, ami már messze az a kategória, amikor ki kell térni. A gond az volt, hogy az ESA ugyan többször is próbálta felvenni a SpaceX-szel a kapcsolatot, de ők nem reagáltak egyszer sem, így végül szeptember 2-án az Aeolus pályáját cirka 300 méterrel megemelték, hogy biztosan elkerüljék az összeütközést.
Itt egy picit érdemes ellamentálni egy dolgon: a világűrben ugyanis nincs elfogadott „KRESZ”, nincsenek szabályok, hogy milyen helyzetben kinek kell odébb manővereznie, hogy elkerüljék a balesetet. Az ESA is elismeri, hogy a SpaceX nem csinált semmi rosszat, mivel semmi sem kötelezi őket, hogy ilyenkor reagáljanak vagy kitérjenek. Az amerikai légierő 32 értesítést adott az ESA-nak, és 29-et a SpaceX-nek arról, hogy a két műhold mekkora eséllyel ütközik össze, így ők mossák kezeiket. A SpaceX az eset után azt hangsúlyozta, hogy a Starlink műholdjainál automatikus ütközésfigyelési és kitérési rendszer működik, amely addig már 16 alkalommal hajtott végre pályamódosító manővert. Azt érdemes hozzátenni, hogy a kommunikáció ilyen esetben is hasznos, hiszen adott esetben a másik fél így tud róla, hogy nem szükséges felesleges manővert végrehajtani. A kommunikációval kapcsolatos problémák terén a SpaceX arra hivatkozott, hogy egy programhiba miatt a Starlink illetékesei egyszerűen nem kapták meg az ESA leveleit, de vizsgálják a problémát és elhárítják azt. A dolog azért pikáns, mert ekkor még „mindössze” 60 Starlink műholdról beszélünk (ebből ugye 57 működik, három meghibásodott), márpedig a SpaceX akár 12.000 (!) műholdból álló rendszer kiépítését tervezi (amit nemrég megfejeltek még 30.000, harmincezer műholdra szóló kérelemmel). Melyből 7.518 bizony 340 és 360 km közötti pályán fog keringeni majd, vagyis nagyjából abban a magasságban, amelyben az Aeulos és a Starlink-44 esete is történt...
Fantáziarajz a Starlink műholdakról
Azt is jegyezzük meg, hogy az első 60 műholdból 3 meghibásodott – ez 5%-os érték, és anno az FCC direkt kötelezte is a SpaceX-et arra, hogy készítsen tanulmányt arról, mi következhet be, ha a műholdjaik 1, 5 vagy 10 százaléka meghibásodna a pályán keringve. A SpaceX természetesen teljesítette a kérést, de azzal a kiemeléssel, hogy bőven egy százalék alatt várható a gyakorlatban majd – amint látjuk, legalábbis az elején, még az 5% is bőven a realitás. Ez a SpaceX szerint normális, ahogy tesztelik a műholdakat és tapasztalatokat gyűjtenek, egyre több lehetséges hibaforrást fognak azonosítani, és a gyártási folyamatban ezeket orvosolhatják.
Az „űrvadnyugat” annyi, hogy a fentiekből kezdhet kikristályosodni, mennyire szabályozatlan és emiatt veszélyes a Föld körül keringő műholdak, űrhajók és űrállomások esete. A világűrre vonatkozó nemzetközi egyezmények meglehetősen szabadosan megfogalmazottak, és általános szabályozás nincs. Ez többek között arra is vonatkozik, hogy ki mit indít és milyen pályán kering a műholdja, alapvetően önkéntes bevallás alapon működik jelenleg, mert ugyan az indításkori adatokat le kell adni az adott ország légügyi hivatalának, de miután a világűrbe értek, már nincs semmiféle szabályozás. Jelenleg ez úgy működik, hogy mindenki a saját műholdjáért felel, és adott esetben igyekeznek más pályára állítani a műholdjukat, ha esetleg keresztezné egy másik műhold pályáját.
A második Starlink műholdcsomag indítása
A Starlink előnyének legjobb példája, hogy november 11-én újabb hatvan műholdat pályára állító indítást hajtottak végre, és a terveik szerint további négy indítás után megkezdhetik a szolgáltatást Észak-Amerika felett, de a globális lefedettséghez összesen legalább 24 * 60, vagyis 1440 műhold lesz szükséges. Viszont az, hogy kevesebb, mint egy éven belül 120 műholdat juttattak fel, szép teljesítmény, noha Gwynne Shotwell, a SpaceX ügyvezető igazgatója korábban azt mondta, hogy idén még négy indítás várható, és 2020-ra már a globális lefedettséget is biztosítani tudják. Ez csúszhat, ám még így is jóval előrébb járnak, mint a konkurenseik...
Az első hat OneWeb műhold pályára állítása
A Starlink legnagyobb közvetlen konkurense a OneWeb 2019 februárjában indította el első műholdjait az ArianeSpace szerződésében indított Szojuz-2-1 hordozórakétával Francia-Guayanából. Fél évet késett az eredetileg tervezetthez képest, mivel a műholdakon plusz teszteket kellett végrehajtani. Az indítás legfontosabb feladata ez esetben a frekvenciatartomány igénybevétele, amelyre ha novemberig nem került volna sor, az ITU elvehette volna a OneWeb számára engedélyezett frekvenciákat. A brit központú cégnél sem ment minden rendben, például úgy döntöttek, hogy 10 helyett csak hat műholdat indítanak, a maradék négy helyét súlymakettek veszik át. E mellett nem rögtön az 1200 km magasságú keringési pályára lesznek állítva, hanem „csak” 1000 km-es magasságba viszi őket a Szojuz, majd a műholdak a saját ion-hajtóműveikkel érik el a végleges pályájukat. A második indításra még 2019-ben kellett volna sort keríteni, de végül ez 2020 januárjára csúszott...
A OneWeb műholdjának fantáziarajza
A OneWeb rengeteg indításra szerződött le, 20 Szojuz hordozórakétát (egyenként 36, újabb információk szerint 35 műhold per indítással), de ők vásárolták meg az első Ariane-6 (pontosan Ariane-62) indítást (30 műholddal), és opcióval bírnak két továbbira, illetve öt New Glenn indításra szerződtek még le 2017-ben. Utóbbi azért lehet kétséges, mert ugye Jeff Bezos is beszállt a műholdas internetszolgáltatás piacára, így a Blue Origin közvetlenül köthető a OneWeb egyik konkurenséhez. Szegény OneWeb ilyen téren elég szerencsétlen, anno domini még WorldVu néven kezdett, és egymilliárd dolláros befektetői ígérete volt az Alphabettől (alias Google) és a Fidelitytől. Meg is keresték az akkor éppen feltörekvő SpaceX-et, mint a legolcsóbb hordozórakéta-árral dolgozó céget, hogy akkor vennének egy csomó indítást. Elon Musk megdöbbent azon, hogy ilyesmire ennyi pénzt lehet kalapozni, és egy huszárvágással elhappolta a WorldVu befektetőit – odament az Alphabethez és a Fidelityhez, hogy inkább adják neki azt az egymilliárdot, ő jobb és megbízhatóbb, mint a WorldVu. Ha ez még nem lenne elég, akkor a OneWebként történt újraalakuláskor az egyik legnagyobb partnere a Sir Richard Branson által jegyzett Virgin cégcsoport volt, amellyel ugye már a korábban leírt vita lépett fel. Erre most egy másik nagy konkurens jelent meg, akiktől hordozórakétát is vásároltak...
A OneWeb ábrája a műholdjai pályájáról, és az azok által lefedett zónákról
A OneWeb azt tervezi, hogy 2020-ban már minden harmadik héten (!) egy-egy Szojuz hordozórakétát indít, tehát feszített tempóval kell haladniuk – már csak azért is, mert a rendszer használhatósága akkor biztosítható, ha a rendszer nagy részben kiépül, addig a fent keringő műholdak csak az élettartamukat „égetik”, de pénzt nem termelnek.
Ezen óriás rendszerek mellett pedig ott van még egy kínai alternatíva is, amely a WorldVu - OneWeb első korszakát idézi: 864 műholdból álló rendszer 1175km magas keringési pályán épülne ki, és egy-egy műhold 8 Terabit per másodperc sávszélességet tud majd a tervek szerint. Sajnos erről sokkal többet nem tudni jelenleg...
A Cerro Tololo űrtávcsővel a Nagy Magellán felhőről 5 perces expozícióval készült kép, rajta keresztben a Starlink műholdak fehér vonalai, ahogy áthaladtak a megfigyelt területen
A hatalmas műhold-rendszerek pályára állításának egy másik érdekes aspektusa az, hogy egyre több csillagász fejti ki aggodalmát amiatt, hogy a Földi űrteleszkópok számára a mégoly apró műholdak is zavaró felvillanást jelentenek, ami a hosszú expozíciós felvételeken fehér csíkokként jelentkeznek. Noha a média felkapta a hírt, valójában a kár viszonylagos, hiszen eddig is sok műhold-átvonulást tapasztaltak (anno az Iridium-műholdaknál volt az első komolyabb felhördülés, akkoriban Iridium-csillanásnak (Iridium-flare) is nevezték el a jelenséget), tehát annyira komoly veszteség nem érte eme esetben a tudományt. De azért a jövő komoly kihívások elé állítja majd a csillagászokat, hiszen a jelenleginél is komolyabban kell majd figyelniük a műholdak pályájára. Elon Musk az eset után röviddel azt nyilatkozta, hogy megoldást fognak keresni a problémára - az első hírek szerint a jövőbeni Starlink műholdakat matt feketére festik, így az általuk visszavert fény drasztikusan kevesebb lesz. Átlátszóvá viszont nem lehet tenni őket, tehát jobb, ha mindenki megbarátkozik, hogy a csillagos égen hamarosan sokkal több vándorló pontot látunk majd...
Felmerülhet a kérdés, hogy vajon miért nincs szigorú megállj parancs addig, amíg nem sikerül a felmerült problémákat megnyugtatóan és kellően körültekintően rendezni. Csakhogy ez az űrvadnyugat pár olyan dolgot is felhozott, ami politikailag és katonailag igencsak megreformálja a jelenlegi helyzetet. Vegyük a hajdan volt GPS műholdak esetét. Az Egyesült Államok hadereje általuk a helymeghatározást új szintre emelte, legyen szó arról, hogy egy elveszett bakának kellene valahogy kikeverednie a dzsungelből, avagy egy robotrepülőgépnek kellene megtalálnia a célpontját méteres pontossággal. Ez a képesség olyan, hogy a nagyhatalmak mind-mind megcsinálták a sajátjukat (az USA esetében a GPS, Oroszország a GLONASS, Kína a Beidou, de az európai Galileo mögött is ez áll, ahogy a Japán és Indiai regionális rendszer mögött is).
A Viasat KuKARRAY antenna magyarázó ábrája:
a C-17-es tehergép folyamatosan szélesságú elérést kaphat bárhol a világon...
No, a bármikor, bárhol elérhető, nagy sávszélességű műholdas kommunikácó ezt egy egészen új szintre emeli. A katonai kommunikációs műholdak korábban is kiemelt nemzeti érdekek voltak és a nagyhatalmak saját flottát üzemeltetnek belőle. De például az Egyesült Államok is folyamatosan szembesült azzal, hogy a különféle hadszíntereken, mint Irak vagy Afganisztán nagyobb volt az igény, mint a rendelkezésre álló erőforrások. A kereskedelmi szolgáltatások igénybe vétele adta magát. Hovatovább olcsóbb volt, mint a katonai rendszerek használata, noha értelemszerűen a katonai titkosítás szintjét nem tudták biztosítani. Csakhogy például Internetkapcsolat esetén ez megoldható végponti titkosítással, illetve dedikált hálózati megoldásokkal. A lehetőség, amit az új globális hálózat nyújt, folyamatosan elérhető adatkapcsolatok által egészen új szintre hozza a katona doktrínák legfelső szintje (a döntéshozás) alattit: a kommunikációt.
A Starlink már tavaly év végén tesztelve volt, és közben egy sor más rendszert is tesztelnek az amerikai haderőn belül. Felmerül a kérdés: így nem lesznek célpontok ez a műholdrendszerek? A válasz egyértelmű: dehogynem. Csakhogy ahhoz is komoly errőforrás szükséges, hogy több egy ilyen hálózatra komolyabb csapást tudjon mérni valaki. Így már talán érthető, miért fejleszti az Egyesült Államok rohamléptekkel az Űrerőt (Space Forces)...
