Índice:
- SpaceX Starlink
- O Caminho de Volta (por volta de 1996)
- Um problema permanece
- A competição
- Quem está no comando, enfim?
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Existe uma teoria (ou talvez uma história de advertência) entre os astrônomos chamada Síndrome de Kessler, nomeada pelo astrofísico da NASA que a propôs em 1978. Nesse cenário, um satélite em órbita ou algum outro material bate acidentalmente em outro e se parte em pedaços. Essas peças giram em torno da Terra a dezenas de milhares de quilômetros por hora, destruindo tudo em seu caminho, incluindo outros satélites. Inicia uma reação em cadeia catastrófica que termina em uma nuvem de milhões de pedaços de detritos espaciais não funcionais que orbitam o planeta indefinidamente.
Tal evento poderia tornar um plano orbital funcionalmente inútil, destruindo quaisquer novos satélites enviados a ele e possivelmente impedindo o acesso a outras órbitas e até a todo o espaço.
Portanto, quando a SpaceX apresentou uma solicitação à FCC para enviar 4.425 satélites à órbita baixa da Terra (LEO) para fornecer uma rede global de internet de alta velocidade, a FCC estava razoavelmente preocupada. Por mais de um ano, a empresa respondeu a perguntas da comissão e petições dos concorrentes para negar o pedido, incluindo a apresentação de um "plano de mitigação de detritos orbitais" para acalmar os temores do apocalipse de Kessler. Em 28 de março, a FCC concedeu o pedido da SpaceX.
Lixo espacial não é a única coisa com que a FCC está preocupada - e a SpaceX não é a única entidade que tenta construir a próxima geração de constelações de satélites. Um punhado de empresas, novas e antigas, está aproveitando as novas tecnologias, desenvolvendo novos planos de negócios e solicitando à FCC o acesso às partes do espectro de comunicações necessárias para cobrir a Terra em uma Internet rápida e confiável.
Grandes nomes estão envolvidos - de Richard Branson a Elon Musk -, além de muito dinheiro. O OneWeb da Branson levantou US $ 1, 7 bilhão até agora, e o presidente da SpaceX e COO Gwynne Shotwell estimou um preço de US $ 10 bilhões para o projeto dessa empresa.
Existem grandes desafios, é claro, e uma história não exatamente favorável a esses esforços. Os mocinhos estão tentando diminuir o fosso digital em regiões carentes, mesmo quando os maus atores colocam satélites ilegais no compartilhamento de foguetes. E tudo está acontecendo quando (ou realmente, porque) a demanda por dados disparou: em 2016, o tráfego global da Internet excedeu 1 sextilhão de bytes, de acordo com a Cisco, iniciando a era do zettabyte.
Se o objetivo é fornecer (bom) acesso à Internet onde anteriormente não havia, os satélites são uma maneira razoável de alcançá-lo. De fato, as empresas fazem isso há décadas por meio de grandes satélites geoestacionários (GSO) que ficam em uma órbita muito alta, fixada acima de um certo ponto da Terra. Mas, além de algumas aplicações de nicho, incluindo rastreamento de carga e fornecimento de internet a bases militares, esse tipo de conectividade por satélite não tem sido rápido, confiável ou responsivo o suficiente para ser competitivo com a Internet moderna baseada em fibra ou cabo.
Os não-GSOs incluem MEOs, que operam em órbita da Terra média de 1.200 a 22.000 milhas acima da superfície da Terra, e LEOs (até cerca de 1.200 milhas). Se os LEOs não são toda a raiva hoje, pelo menos são a maior parte.
Enquanto isso, as regulamentações para satélites não geoestacionários têm décadas e estão divididas entre agências dentro e fora dos EUA: NASA, FCC, DOD, FAA e até a União Internacional de Telecomunicações da ONU, todas têm pele neste jogo.
Existem algumas grandes vantagens no lado tecnológico. O custo para construir um satélite caiu como
SpaceX Starlink
Por trás dessa tecnologia, 11 empresas apresentaram pedidos na mesma "rodada de processamento" da FCC que a SpaceX, cada uma abordando o problema de maneira um pouco diferente.
Elon Musk anunciou o programa SpaceX Starlink em 2015 e abriu uma divisão da empresa com sede em Seattle. Ele disse aos funcionários: "Queremos revolucionar o lado satélite das coisas, assim como fizemos com o lado foguete".
Em 2016, a empresa registrou o pedido da FCC, que previa que 1.600 satélites (mais tarde reduzidos a 800) subissem entre agora e 2021, seguidos pelos demais antes de 2024. Estes voarão entre 1.110 e 1.325 km acima do solo, circulando a Terra em 83 planos orbitais distintos. A constelação, como um grupo de
No terreno, os clientes montam um novo tipo de terminal com antenas direcionadas eletronicamente que se conectam automaticamente a qualquer satélite que esteja oferecendo o melhor sinal atualmente - semelhante à maneira como um telefone celular pega torres. Como os satélites LEO se movem em relação à Terra, o sistema alterna entre eles a cada 10 minutos ou mais. E como milhares estarão lá, pelo menos 20 estarão sempre disponíveis, de acordo com Patricia Cooper, vice-presidente de Assuntos Governamentais por Satélite da SpaceX.
A unidade terrestre deve ser mais barata e mais fácil de montar do que as antenas parabólicas tradicionais, que precisam ser posicionadas fisicamente para apontar para a parte do céu onde o satélite GSO correspondente vive. A SpaceX descreveu o terminal como o tamanho de uma caixa de pizza (embora não tenha notado o tamanho da pizza).
A comunicação vai acontecer
Além dos registros da FCC, a SpaceX continua bonita
Em fevereiro, a SpaceX lançou seus dois primeiros satélites protótipos Starlink. Com a forma de cilindros com painéis solares para asas, Tintin A e B têm aproximadamente um metro por lado, e Musk confirmou via Twitter que eles estavam se comunicando com sucesso. Se os protótipos continuarem funcionando, eles serão unidos em 2019 por centenas de outros. Uma vez que o sistema esteja operacional, o SpaceX substituirá os satélites desativados (e atenuará os detritos espaciais) em uma base contínua, instruindo-os a abaixar suas órbitas, após o que cairão em direção à Terra e queimarão com a reentrada.
O Caminho de Volta (por volta de 1996)
Nos anos 80, a HughesNet era a inovadora em tecnologia de satélite. Você conhece os pratos cinza do tamanho de uma bandeja que o DirecTV monta do lado de fora das casas? Aqueles vieram da HughesNet, que por sua vez veio do circuito do pioneiro da aviação Howard Hughes. "Nós inventamos a tecnologia que nos permite fornecer comunicações interativas via satélite", diz o vice-presidente executivo Mike Cook.
Naqueles dias, a então chamada Hughes Network Systems possuía a DirecTV e operava grandes satélites geoestacionários que transmitiam informações para as televisões. Na época, a empresa também oferecia serviços às empresas, como transações com cartão de crédito em bombas de gasolina. Seu primeiro cliente comercial foi o Walmart, que queria vincular funcionários em todo o país e seu escritório em Bentonville.
Em meados dos anos 90, a empresa construiu um sistema híbrido de Internet chamado DirecPC: o computador de um usuário enviou uma solicitação por discagem; foi direcionado para um servidor web e concluído via satélite, transmitindo a página solicitada para o prato do usuário.
Por volta do ano 2000, a Hughes começou a fornecer seu primeiro sistema interativo bidirecional. Mas manter o custo do serviço - incluindo o equipamento de consumo - baixo o suficiente para que as pessoas o comprassem era um desafio. Para fazer isso, a empresa decidiu que precisava de seus próprios satélites e, em 2007, lançou o Spaceway. Embora ainda esteja em uso, este satélite foi particularmente importante quando foi lançado, de acordo com Hughes, porque foi o primeiro a incorporar a troca de pacotes a bordo. Sua capacidade: 10Gbps.
Enquanto isso, uma empresa chamada Viasat passou cerca de uma década em P&D antes de lançar seu primeiro satélite em 2008. Chamado ViaSat-1, o satélite incorporou algumas novas tecnologias, como a reutilização do espectro. Isso permitiu ao satélite escolher entre diferentes larguras de banda para poder bombear dados para a Terra sem interferência, mesmo quando contornava a trilha do feixe de outro satélite, e depois reutilizar esse espectro em conexões que não eram adjacentes.
Também foi mais rápido e mais poderoso. Quando subiu, sua capacidade de 140 Gbps era mais do que todos os outros satélites que cobriam os EUA juntos, de acordo com o presidente da Viasat, Rick Baldridge.
"O mercado de satélites realmente era o povo que não tinha escolha", diz Baldridge. "Se você não conseguiu mais nada, era uma tecnologia de último recurso. Essencialmente, tinha uma cobertura onipresente, mas realmente, não havia muitos dados. Tinha sido relegada a coisas como transações em postos de gasolina".
Ao longo dos anos, a HughesNet (agora de propriedade da EchoStar) e a Viasat criaram GSOs cada vez mais rápidos. A HughesNet instalou o EchoStar XVII (120Gbps) em 2012, o EchoStar XIX (200Gbps) em 2017 e planeja lançar o EchoStar XXIV em 2021, que a empresa afirma oferecer 100Mbps aos consumidores.
O ViaSat-2 subiu em 2017 e agora tem uma capacidade de cerca de 260 Gbps, e três ViaSat-3 diferentes estão planejados para 2020 ou 2021, cada um para cobrir uma parte diferente do globo. A Viasat disse que cada um desses três ViaSat-3
"Temos tanta capacidade no espaço que está mudando toda a dinâmica de fornecer esse tráfego. Não há limite inerente em termos do que pode ser fornecido", diz DK Sachdev, consultor de satélite e telecomunicações que trabalha na LeoSat, uma das empresas que lança uma constelação LEO. "Hoje, todas as coisas que pensávamos eram desvantagens para os satélites, uma a uma estão mudando."
Toda essa velocidade surgiu, não por coincidência, como
"O setor de satélites está em um frenesi de muito tempo, descobrindo como passará predominantemente de vídeo para agora e, finalmente, apenas predominantemente dados", diz Ronald van der Breggen, diretor de conformidade da
Um problema permanece
Resta um problema: latência. Diferente da velocidade geral, latência é a quantidade de tempo que as informações do computador levam para chegar ao destino e retornar. Digamos que você clique em um link para um site; essas informações devem ser enviadas (nesse caso, até um satélite e retornadas), indicar sua solicitação e retornar o site.
O tempo necessário para o download do site é baseado na capacidade da conexão. Quanto tempo leva para executar ping no servidor e iniciá-lo é a latência. Geralmente é medido em milissegundos - não é algo que você notaria ao ler o PCMag.com, mas muito frustrante ao jogar Fortnite e o jogo fica lento.
A latência em um sistema de fibra varia de acordo com a distância, mas geralmente é de alguns microssegundos por quilômetro. A latência, quando você está enviando uma solicitação para um satélite GSO, é de aproximadamente 700ms no total, de acordo com Baldridge - a luz viaja mais rápido no vácuo do espaço do que em fibra, mas esses tipos de satélites estão longe, e apenas leva tempo. Além dos jogos, esse é um problema para videoconferência, transações financeiras e mercado de ações, controle da Internet das coisas e outros aplicativos que dependem de
Mas qual é o tamanho da latência de um problema pode ser debatido. Grande parte da largura de banda usada em todo o mundo é para vídeo; depois que um vídeo é iniciado e armazenado em buffer adequadamente, a latência se torna um problema e a taxa de transferência é mais importante. Não é de surpreender que o Viasat e o HughesNet tendam a minimizar a importância da latência para a maioria dos aplicativos, embora ambos estejam trabalhando para minimizá-la também em seus sistemas. (A HughesNet usa um algoritmo para priorizar o tráfego com base no que os usuários procuram para otimizar a entrega de dados; a Viasat anunciou uma constelação MEO para complementar seus satélites existentes, o que deve diminuir a latência e preencher áreas de cobertura, incluindo as de alta latitude, onde GSOs equatoriais têm dificuldade para chegar.)
"Estamos realmente focados em alto volume e muito, muito baixo custo de capital para implantar esse volume", diz Baldridge. "A latência é tão importante quanto os outros recursos para o mercado que estamos apoiando?"
Mas o ponto permanece; um satélite LEO ainda está muito mais próximo dos usuários. Assim, empresas como a SpaceX e a LeoSat escolheram essa rota, com suas constelações de satélites menores e mais próximos, antecipando uma latência de 20 a 30 milissegundos.
"É um trade-off que, porque eles estão em uma órbita mais baixa, você obtém uma latência menor de um sistema LEO, mas você tem mais complexidade no sistema", diz Cook. "Você precisa ter pelo menos centenas de satélites para concluir a
Vale a pena entender dois episódios antes disso. No início dos anos 90, Bill Gates e alguns parceiros investiram em um projeto chamado Teledesic. Era para usar uma constelação de 840 (posteriormente reduzida para 288) satélites LEO para fornecer uma rede de banda larga a regiões que não podiam pagar ou nunca veriam conexões de fibra. Seus fundadores falaram sobre resolver o problema da latência e, em 1994, aplicaram à FCC o uso do espectro de banda Ka. (Soa familiar?)
A Teledesic consumiu cerca de US $ 9 bilhões antes de fracassar, em 2003.
"Essa ideia não funcionou na época, mas parece viável agora", diz Larry Press, professor de sistemas de informação da Universidade Estadual da Califórnia em Dominguez Hills, que acompanha os sistemas LEO desde que a Teledesic era nova. "A tecnologia não estava lá por um longo tempo."
A Lei de Moore e a tecnologia das baterias, sensores e processadores dos telefones celulares deram às constelações da LEO uma segunda chance. O aumento da demanda faz a economia parecer tentadora. Mas enquanto a saga Teledesic estava em andamento, outro setor estava aprendendo algumas lições importantes sobre o lançamento de sistemas de comunicação no espaço. No final dos anos 90, a Iridium, Globalstar e Orbcomm lançaram coletivamente mais de 100 satélites no LEO com o objetivo de fornecer cobertura para telefones celulares.
"Para obter toda a constelação lá em cima, é preciso
Todas as três empresas rapidamente entraram em falência. E enquanto cada um se reinventou, oferecendo uma gama menor de serviços para aplicações específicas, como sinalizadores de emergência e rastreamento de carga, nenhum conseguiu substituir o serviço de telefone celular em torre. (Nos últimos anos, a SpaceX contratou o lançamento de satélites para o Iridium.)
"Nós meio que vimos esse filme antes", diz Manchester. "Não vejo nada inerentemente diferente sobre a situação atual".
A competição
A SpaceX e as outras 11 empresas (e seus investidores) estão apostando de outra maneira. A OneWeb está lançando satélites este ano, com previsão de início do serviço no próximo ano e adicionando várias constelações em 2021 e 2023, com uma meta final de 1.000 terabits até 2025. O3b, agora uma subsidiária da SAS, tem uma constelação de 16 satélites MEO que está em operação há vários anos. A Telesat já opera satélites GSO, mas está planejando um sistema LEO para 2021 que possua links ópticos com latência de 30ms a 50ms.
O Astranis iniciante também tem um satélite em órbita geossíncrona e estará colocando mais nos próximos anos; embora não esteja abordando a questão da latência, a empresa pretende reduzir drasticamente os custos trabalhando com ISPs locais e criando satélites menores e muito mais baratos.
A busca por uma Internet via satélite mais rápida se baseou principalmente na criação de satélites maiores e mais rápidos, capazes de transportar mais dados, diz van der Breggen. Ele chama isso de "cano": quanto maior o cano, mais internet pode jorrar por ele. Mas empresas como a dele estão encontrando novas áreas para fazer melhorias, alterando todo o sistema.
"Imagine o menor tipo de rede - dois roteadores Cisco e um fio intermediário", diz van der Breggen. "O que todo mundo nos satélites faz é focar no fio entre as duas caixas… estamos trazendo todo esse conjunto de três no espaço."
Para entender como isso funciona, é útil pensar na Internet como uma coisa, com uma presença física real. Não são apenas dados; é onde esses dados residem e como eles se movem. Não é apenas armazenado em um só lugar; existem servidores em todo o mundo que o mantêm e, quando você o acessa, o computador o pega no mais próximo que tem o que você está procurando. Onde é importante. Quão longe é importante. A luz (também conhecida como informação) viaja mais rápido no espaço do que na fibra, quase pela metade. E quando você envia essa conexão de fibra ao redor da face do planeta, ela precisa seguir uma rota tortuosa de nó a nó, com desvios ao redor das montanhas e continentes. Isso acaba demorando muito mais tempo quando a fonte dos dados está longe do consumidor, mesmo quando você contabiliza os poucos milhares de quilômetros de distância vertical que um sinal limitado no espaço adiciona.
Como o descrito por van der Breggen, toda a indústria pode ser vista como uma progressão para o desenvolvimento de uma rede distribuída não muito diferente da própria Internet, apenas no espaço. Latência e velocidade geral estão em jogo.
Embora a tecnologia de uma empresa possa ser suprema, não é um jogo de soma zero. Muitas dessas empresas têm como alvo mercados diferentes e estão até ajudando umas às outras a alcançar os mercados em que estão buscando. Para alguns, são navios, aviões ou bases militares; para outros, são consumidores rurais ou nações em desenvolvimento. Mas, em última análise, as empresas compartilham um objetivo: levar a Internet onde não existe ou onde é insuficiente e fazê-lo a um custo baixo o suficiente para sustentar seu modelo de negócios.
"Nossa visão é de que essa não é realmente uma tecnologia competitiva. Acreditamos que há uma necessidade, em certo sentido, de LEO e GEO
A saber, a HughesNet fez uma parceria com a OneWeb para fornecer a tecnologia de gateway que gerencia o tráfego e faz a interface do sistema com a Internet.
Você deve ter notado que a constelação proposta pelo LeoSat é menor que a da SpaceX em quase um fator de 10. Tudo bem, diz van der Breggen, porque o LeoSat pretende servir clientes corporativos e governamentais e, portanto, precisa iluminar apenas algumas áreas específicas. A O3b está vendendo Internet para navios de cruzeiro, incluindo a Royal Caribbean, e está trabalhando com telecomunicações na Samoa Americana e nas Ilhas Salomão, onde as conexões com fio são insuficientes.
Uma pequena startup de Toronto chamada Kepler Communications está usando minúsculos CubeSats (do tamanho de um pedaço de pão) para fornecer dados "tolerantes a atraso" - 5 GB ou mais de dados em um passe de 10 minutos, com ênfase na exploração polar, ciência, indústria e turismo. Segundo Baldridge, uma das maiores áreas de crescimento da Viasat é o fornecimento de internet para companhias aéreas comerciais; eles fecharam acordos com a United, JetBlue e American, além de Qantas, SAS e muito mais.
Como, então, esse modelo de negócios, com fins lucrativos, colmata o "fosso digital" e fornece internet para países em desenvolvimento e comunidades carentes, que podem não ser capazes de pagar tanto por isso? Tem a ver com a forma do sistema. Como os satélites individuais se movem, uma constelação de LEO deve ser distribuída uniformemente ao redor da Terra. Os que ficam fora de vista habitam uma parte diferente do céu e são temporariamente um custo irrecuperável.
"Meu palpite é que eles terão preços muito diferentes para conectividade em diferentes países, e isso lhes permitirá torná-lo acessível em um só lugar, mesmo que seja um lugar muito pobre", diz Press. "Quando a constelação de satélites está lá em cima, é um custo fixo, e se um satélite estiver sobre Cuba e ninguém estiver usando, então qualquer receita que eles possam obter de Cuba será positiva, será gratuita".
Onde quer que esteja, esse mercado consumidor pode ser o mais difícil de explorar. De fato, a maior parte do sucesso que a indústria teve até agora tem fornecido internet cara para governos e empresas. Mas a SpaceX e a OneWeb têm particularmente visões de clientes domésticos dançando em seus planos de negócios.
Para acessar esse mercado, a interface do usuário será importante, ressalta Sachdev. Você precisa cobrir a Terra com um sistema fácil de usar, eficaz e econômico. "Cobrir por si só não é adequado", diz Sachdev. "O que você precisa é de uma quantidade adequada de capacidade, mas antes disso, a capacidade de ter equipamentos de consumo acessíveis."
Quem está no comando, enfim?
Os dois grandes problemas que a SpaceX teve que resolver para a FCC eram como compartilhariam espectro com as comunicações via satélite existentes (e futuras) e como mitigariam ou impediriam os detritos espaciais. A primeira pergunta é da competência da FCC, mas a segunda parece mais adequada à NASA ou ao DOD. Ambos rastreiam objetos orbitais para ajudar a evitar colisões, mas também não é um órgão regulador.
"Não existe realmente um
A questão é ainda mais complicada porque os satélites LEO passam por muitos países. A União Internacional de Telecomunicações desempenha um papel semelhante ao da FCC, atribuindo espectros, mas para operar dentro de um país, uma empresa deve receber permissão desse país. O ponto importante é que ele muda dependendo de onde você está e, portanto, se seu satélite estiver se movendo como os satélites LEO, é melhor que seja capaz de ajustar seu espectro de comunicação.
"Você realmente quer que a SpaceX tenha o monopólio da conectividade em uma determinada região?" diz Press. "Eles precisam ser regulados e quem pode regulá-los? Eles são supernacionais. A FCC não tem jurisdição em outros países".
Mas isso não torna a FCC desdentada. No final do ano passado, uma pequena startup do Vale do Silício chamada Swarm Technologies teve permissão para lançar quatro protótipos de satélites de comunicação LEO, cada um menor que um livro de bolso. A principal objeção da FCC era que os pequenos satélites poderiam ser muito difíceis de rastrear e, portanto, imprevisíveis e perigosos.
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Enxame os enviou de qualquer maneira. Uma empresa de serviços de lançamento em Seattle os enviou para a Índia, onde pegaram carona em um foguete carregando dezenas de satélites maiores, informou o IEEE Spectrum. A FCC descobriu e agora a aplicação da Swarm para quatro satélites maiores permanece no limbo, e a empresa está operando em segredo.
Para as outras novas empresas de internet via satélite e as antigas que estão aprendendo novos truques, os próximos quatro a oito anos serão fundamentais - determinando se a demanda e a tecnologia estão aqui agora ou se veremos uma repetição da Teledesic e Iridium. Mas o que acontece depois disso? Mars, de acordo com Musk, que disse que seu objetivo é usar o Starlink para fornecer receita para a exploração de Marte, além de agir como um teste.
"Nesse mesmo sistema, poderíamos aproveitar para colocar uma constelação em Marte", disse ele a seus funcionários. "A Mars também precisará de um sistema de comunicação global, e não há fibra ótica, fios nem nada".
