卫星宽带通讯的两个关键:太空激光器和AESA天线
SpaceX和Telesat等公司提供卫星宽带服务,成为许多创新技术的温床,两项领先技术是使低地球轨道(LEO)卫星宽带网络更快,更具成本效益的关键:太空激光器和主动电子控制阵列(AESA)天线。两者的快速开发对于减少延迟和成本至关重要。
激光链或称为光学卫星间通讯,是下一代SpaceX的Starlink卫星与Telesat 、以及Amazon Project Kuiper卫星的基础。在此领域值得关注的两家公司是BridgeComm和Mynaric。
在卫星之间使用通信中继并不是什么新鲜事。当前运行的铱星网络和部署中的OneWeb卫星使用无线电链路将通信从一个卫星移动到另一个卫星,而不必使用地球表面的中继站。同样,自由空间光通信的概念在电信界也不是什么新鲜事物,地面设备可在晴朗的天气,雨水条件下以几千兆比特的速度在地面上提供数千米的高速点对点通信。
激光倡导者认为卫星间链路(Intersatellite Link)的两个优势。首先,光通过光纤的速度比真空慢31%,因此摆脱光纤作为传输介质的激光链可提高网络速度。其次,点对点激光通讯为数据提供了一条真正的“直线”路径,而不必是曲折路径。
太空激光器面临的挑战在于,当卫星以每小时数千英里的速度飞行时,要如何准确地对准光束并将其聚焦在接收器上。每颗卫星至少需要四个激光通讯模组,才能与在轨道上前后的卫星以及在轨道上的卫星以及任一侧的卫星进行网络连接。这就是非常大的挑战了!
至于AESA天线。许多无线电发射/接收模组被放置在一个阵列中,并使用多个受控波束来“追踪”卫星。AESA天线最初被用于军用雷达,具有更高的可靠性、更快、更准确的指向、以及比传统天线更扁平,更小的外形。
对于LEO消费者和企业应用而言,AESA是比多个物理天线更为理想的解决方案,但是电路的复杂性和庞大的数量使其制造成本极为昂贵,其中用于海事船用的天线成本高达20,000美元,而商用飞机天线则开始使用售价为50,000美元。
对于高端智能手机中,可能有四个射频和13个天线,价格在1,000美元左右。至于,SpaceX Starlink AESA天线在19.75英寸乘21.5英寸的物理电路板上散布了上千个发射/接收元件(无线电),比起手机大上很多。根据Business Insider的预估,一个星链天线(Starlink Dish )的成本约为2,400美元。
亚马逊已经为了Kuiper卫星站开发成本较低的AESA天线,而Isotropic Systems和Kymeta正是采用不同技术来降低天线成本的公司之一。同样的OneWeb和Telesat Lightspeed也需要一个价格合理的第三方天线生态系统,让其LEO卫星宽带服务能够蓬勃发展。
毕竟,太空激光器与AESA天线对于减少卫星宽带服务的延迟和成本至关重要,也将是这些LEO卫星服务未来成功的关键要素之一。
