Снизим высоту еще больше и перейдем к рассмотрению низкоорбитальных спутников (LEO, Low-Earth Orbite Satellites). Для того чтобы создать целостную систему, охватывающую весь земной шар, нужно большое количество таких спутников. Причиной тому является, прежде всего, высокая скорость их движения по орбите.
С другой стороны, благодаря относительно небольшому расстоянию между наземными передатчиками и спутниками, не требуется особо мощных наземных передатчиков, а задержки составляют всего лишь несколько миллисекунд. Расходы на запуск тоже значительно ниже. Далее мы рассмотрим два примера спутниковых группировок, применяемых для голосовой связи: Iridium и Globalstar.
Iridium
В течение первых 30 лет существования спутников связи низкоорбитальные спутники использовались очень мало, поскольку они появлялись и исчезали из зоны видимости передатчика слишком быстро.
В 1990 году фирма Motorola совершила большой прорыв в этой области, попросив FCC разрешить ей запустить 77 спутников связи для нового проекта Iridium (77-м элементом таблицы Менделеева является Иридиум).
Впрочем, планы вскоре изменились, и было решено использовать только 66 спутников, поэтому проект следовало бы переименовать в Dysprosium, но это название звучало бы менее благозвучно. Идея состояла в том, что на место исчезающего из вида спутника будет тотчас приходить следующий. Этакая карусель. Такое предложение породило новую волну безумной конкуренции среди коммуникационных компаний. Каждая из них захотела «повесить» в небе свою цепочку низкоорбитальных спутников.
После семи лет притирки компаний друг к другу и решения вопросов финансирования совместными усилиями удалось, наконец, запустить спутники. Услуги связи начали предоставляться с ноября 1998 года. К сожалению, коммерческий спрос на большие и тяжелые телефоны спутниковой связи оказался незначительным, потому что за семь лет конкурентной борьбы, которые прошли до запуска проекта Iridium, сотовая связь шагнула очень далеко вперед. В результате Iridium практически не приносил прибыли, и в августе 1999 его пришлось объявить банкротом — это было одно из самых эффектных корпоративных фиаско в истории.
Спутники, как и другое имущество (стоимостью порядка $5 миллиардов), были проданы инвестору за $25 миллионов в качестве своего рода космической распродажи старого барахла. Другие предприятия по предоставлению услуг спутниковой связи вскоре последовали печальному примеру.
Проект Iridium был вновь запущен в марте 2001 года и продолжает расти. Эта система предоставляет связь с любой точкой земного шара при помощи ручных устройств, связывающихся напрямую со спутниками. Можно передавать речь, данные, факсы, информацию для пейджеров, а также навигационную информацию. И все это работает и на суше, и на море, и в воздухе.
Основными клиентами Iridium являются судоходные, авиационные компании, фирмы, занимающиеся поиском нефти, а также частные лица, путешествующие в местах, где отсутствует телекоммуникационная инфраструктура (например, пустыни, горы, южный полюс, некоторые страны третьего мира).
Спутники Iridium вращаются по околоземной круговой полярной орбите на высоте 750 км. Они составляют ожерелье, ориентированное вдоль линий долготы (по одному спутнику на 32° долготы). Шесть таких ожерелий опоясывают Землю, как показано на рис. 2.15. У каждого спутника максимум 48 ячеек (пятен от лучей сигналов), а полоса
пропускания вмещает 3840 каналов. Некоторые каналы используются пейджинговыми компаниями и для навигации, остальные — для передачи данных и речи.
Рис. 2.15. Шесть ожерелий Земли из спутников Iridium
Шесть ожерелий позволяют покрыть всю поверхность Земли, как видно на рисунке. Интересным свойством Iridium является то, что в этой системе обмен данными между очень удаленными друг от друга абонентами происходит в космосе, как показано на рис. 2.16, а. Абонент на Северном полюсе напрямую связывается со спутником, который находится над ним. У каждого спутника четыре соседа, с которыми он может обмениваться данными: два в том же ожерелье (см. рис. 2.15) и два в соседних. Спутники передают голосовые данные по этой сетке, и в результате речь первого абонента достигает второго абонента на Южном полюсе.
Рис. 2.16. Пересылка данных в космосе (а); пересылка данных наземными станциями (б)
Globalstar
Альтернативой проекту Iridium является система Globalstar. Она построен на 48 низкоорбитальных спутниках, но имеет иную схему ретрансляции сигналов. Если в Iridium в качестве маршрутизаторов используются сами спутники, передающие по цепочке сигнал (что требует наличия на них довольно сложного оборудования), то в Globalstar применяется обычный принцип «узкой трубы».
Допустим, звонок приходит на спутник с Северного полюса (рис. 2.16, б). Принятый сигнал отправляется обратно на Землю и захватывается крупной наземной приемопередающей станцией рядом с домиком Санта-Клауса. Маршрутизация производится между такими станциями, разбросанными по всему миру. Наземная цель сигнала — ближайший ко второму абоненту наземный маршрутизатор. Через находящийся рядом с ним спутник вызов поступает к абоненту.
Преимуществом такой схемы является то, что наиболее сложное оборудование устанавливается на поверхности Земли, а здесь работать с ним гораздо проще, чем на орбите. К тому же использование мощных наземных антенн позволяет принимать слабый сигнал со спутника; значит, можно уменьшить потребную мощность телефонов. В результате телефоны передают сигналы с мощностью всего несколько милливатт, и наземные антенны получают очень слабый сигнал, даже после его усиления спутником. Тем не менее такой мощности хватает для нормальной работы.
За год в космос запускается около 20 спутников, включая спутники-гиганты, весящие более 5000 кг. Организации, которые не могут позволить себе огромных бюджетных трат, используют крошечные спутники.
Для того чтобы сделать исследование космического пространства более доступным, академики из Калифорнийского политехнического института и Стэнфорда в 1999 году придумали стандарт миниатюрных спутников и подходящей пусковой установки, значительно снижающие стоимость запуска спутника (Nupent и др., 2008). CubeSat — это спутник, представляющий собой куб со стороной 10 см. Каждый такой спутник весит не более одного килограмма, а стоимость его запуска не превышает 40 000 долларов. Пусковая установка прикрепляется к летательным аппаратам, которые отправляются в коммерческие полеты. Фактически пусковая установка — это труба, вмещающая до трех миниатюрных спутников. На орбиту они выстреливаются при помощи пружины.
Уже запущено около 20 спутников CubeSat, и еще очень много проектов находятся
в активной разработке. Большинство таких спутников общаются с наземными станциями
в диапазонах УВЧ (UHF) и ОВЧ (VHF).