Аспірант факультету електротехніки та комп’ютерної інженерії UC San Diego Рохіт Редді Веннам стоїть на даху поруч з обладнанням для ArrayLink — нового підходу до супутникового зв’язку. Фото: Qualcomm Institute UC San Diego / New Atlas
Попри величезний прогрес у розвитку самих супутників, значна частина фізичної інфраструктури, яка з’єднує ці космічні апарати із Землею, досі покладається на великі механічно керовані антени-тарілки — модель, яка дедалі більше відчуває навантаження через стрімке зростання гігантських угруповань супутників на низькій навколоземній орбіті.
Інженери з Університету Каліфорнії в Сан-Дієго, можливо, розробили інший спосіб з’єднання супутників із Землею, замінивши великі механічні тарілки мережами менших пласких антен, розташованих на дахах, телекомунікаційних вежах та інших будівлях. Їхня система під назвою ArrayLink може суттєво збільшити пропускну здатність супутникових каналів передачі даних, одночасно роблячи наземні станції дешевшими, простішими у розгортанні та значно масштабованішими.
Інфраструктура наземних станцій уже частково модернізована. Але є “але”…
Окрім супутникового інтернету, ці системи забезпечують роботу GPS-навігації, фінансових транзакцій, прогнозування погоди, військового зв’язку, служб екстреного реагування, авіації, морських перевезень, дистанційної медицини та спостереження за Землею. Лише за останнє десятиліття кількість активних супутників на орбіті зросла з кількох тисяч до багатьох тисяч, а в найближчі роки очікується поява ще десятків тисяч апаратів. Сучасні супутники також набагато потужніші за своїх попередників.
“Якщо комунікаційні супутники 1970-х років часто важили кілька тонн і передавали порівняно невеликі обсяги даних, то багато сучасних супутників на низькій навколоземній орбіті (LEO) є компактними програмно-керованими системами, здатними забезпечувати високошвидкісний широкосмуговий доступ до інтернету, прямий зв’язок зі смартфонами та передачу зображень у реальному часі”, — пише New Atlas.
Хоча супутникова галузь уже впровадила хмарні мережі наземних станцій, програмно-визначувані радіосистеми та електронно-керовані рішення, високопотужні канали передачі даних усе ще значною мірою залежать від великих параболічних антен. Електронно-керовані фазовані антенні решітки теоретично можуть їх замінити, але досягнення продуктивності на рівні великих тарілок залишається надто дорогим для масштабного розгортання. Саме цю проблему й покликана вирішити ArrayLink.
«Фундаментальне вузьке місце в масштабуванні супутникового зв’язку сьогодні знаходиться не в космосі, а на Землі», — каже Дінеш Бхарадія, старший автор наукової роботи, присвяченої цьому дослідженню, яку було представлено на конференції IEEE INFOCOM 2026.
Кожен біт даних, переданий супутником, зрештою, має пройти через наземну станцію, перш ніж потрапити до ширшого інтернету. Сьогодні більшість таких станцій усе ще покладається на великі параболічні антени, деякі з яких мають діаметр понад 1,8 м. Ці антени потужні, але водночас негнучкі. Кожна тарілка може відстежувати лише один супутник одночасно та повинна фізично повертатися, щоб слідувати за супутниками на низькій орбіті, які стрімко пролітають небом зі швидкістю приблизно 17 000 миль на годину (28 000 км/год).
“Саме тут і виникає серйозне вузьке місце, які наявні супутникові антени обертаються зі швидкістю лише від 2 до 5 градусів на секунду, через що перемикання між супутниками може тривати кілька секунд або навіть майже хвилину. Протягом цього часу наземна станція тимчасово недоступна”, — зазначають дослідники.
Щоб вирішити проблему, команда звернулася до фазованих антенних решіток — пласких електронних антен, які спрямовують радіопромені без рухомих частин. Такі решітки вже використовуються в технологіях на кшталт користувацьких терміналів Starlink, військових радарних систем і передової інфраструктури 5G.
Хочеш знати більше, ніж ChatGPT 5? Підписуйся на ITC.ua у TelegramПІДПИСАТИСЯ
Чому фазовані антенні решітки досі не замінили супутникові тарілки повністю
Однак створення однієї великої решітки, здатної забезпечити коефіцієнт підсилення на рівні масивної супутникової тарілки, вимагало б десятків тисяч антенних елементів, що робить таке рішення надто дорогим і складним.
«Ця робота дозволяє галузі швидко та економічно масштабувати наземні станції, навіть шляхом краудсорсингового розгортання», — каже Бхарадія. «Будь-який власник даху або підприємство може встановити наше рішення та передавати супутникові дані до інтернету».
Замість створення однієї гігантської фазованої решітки дослідники використали багато менших комерційно доступних панелей фазованих антен і скоординували їхню роботу як єдиної розподіленої системи.
СпецпроєктиКартки лояльності Аптеки АНЦ з’явилися у мобільних банках Sense Bank, Радабанку та Глобус БанкуHighload: як команда готується до пікових подій. Найкращі практики від SharksCode
“Архітектура ArrayLink об’єднує до 16 фазованих антенних панелей розміром приблизно з ноутбук, розташованих на території масштабу кількох кілометрів. Кожна панель окремо не має достатньої потужності для надійних супутникових магістральних з’єднань. Однак разом вони працюють як одна велика скоординована антена, здатна наблизитися за характеристиками до класичних супутникових тарілок”, — розповідають дослідники.
Але прорив полягає не лише в заміні тарілок. Розташувавши антенні панелі на значній відстані одна від одної, команда виявила, що може використовувати явище, відоме як near-field line-of-sight MIMO, що дозволяє одночасно передавати кілька потоків даних між супутником і наземною станцією.
“Зазвичай супутникові канали прямої видимості сильно обмежені, оскільки кожна антена фактично приймає один і той самий сигнал. Проте коли панелі рознесені достатньо далеко одна від одної, кожна з них починає сприймати вхідні радіохвилі трохи по-різному. Ці відмінності дозволяють системі розділяти кілька незалежних потоків даних від одного супутника одночасно”, — зазначає New Atlas.
Концепція певною мірою схожа на технологію MIMO, яка використовується в сучасних Wi-Fi-роутерах і стільникових мережах, але застосована до супутникового масштабу. У симуляціях ArrayLink підтримувала до чотирьох одночасних просторових потоків на відстанях у сотні кілометрів, зберігаючи два потоки навіть на дистанціях понад 2 000 км. За словами дослідників, така конфігурація може забезпечувати до трьох разів більшу пропускну здатність порівняно з традиційними однопотоковими системами на базі супутникових тарілок.
Рохіт Редді Веннам (ліворуч) і доцент Дінеш Бхарадія демонструють систему ArrayLink на фоні старої супутникової тарілки. Фото: Qualcomm Institute UC San Diego / New Atlas
Важливо, що система є не лише теоретичною розробкою
Система також забезпечує ще одну незвичайну можливість: фокусування енергії не лише за напрямком, а й за відстанню. Традиційні антени зазвичай спрямовують сигнал у певному напрямку. Натомість ArrayLink здатна локалізувати енергію як за кутовими координатами, так і за відстанню, потенційно зменшуючи перешкоди для інших супутникових систем.
“Команда провела реальні апаратні експерименти на частоті 27 ГГц, використовуючи фазовані антенні решітки та програмно-визначувані радіосистеми під час випробувань на відкритому повітрі в умовах прямої видимості. Отримані результати майже повністю збіглися з теоретичними прогнозами та комп’ютерними симуляціями, підтвердивши базову фізику цього підходу”, — йдеться у дослідженні.
Дослідники також наголошують, що ArrayLink створювалася з акцентом на практичність. Замість екзотичного спеціалізованого обладнання архітектура використовує комерційно доступні фазовані антенні системи, подібні до тих, що вже масово виробляються для терміналів супутникового інтернету.
“Можливо, найцікавіше те, що команда вважає можливим майбутнє розгортання таких масивів безпосередньо на наявних вежах стільникового зв’язку 5G. Оскільки ці вежі вже мають електроживлення, волоконно-оптичні канали зв’язку та орендовані майданчики, вони фактично можуть одночасно виконувати роль наземних супутникових станцій”, — підсумовує New Atlas.
Хоча ArrayLink поки що залишається експериментальною системою, а випробування на реальних орбітальних супутниках ще попереду, дослідники продовжують удосконалювати технологію та вивчати виклики, пов’язані з її масштабним впровадженням.
