EXATELLERS to rozmowy o technologii, biznesie i trendach w obszarze telekomunikacji i cyberbezpieczeństwa. W tym podcaście rozmawiamy o tym, jak w EXATEL łączymy telekomunikację z innowacjami i dlaczego prowadzimy działania R&D tworząc własne rozwiązania. Ja nazywam się Sylwia Buźniak, jestem senior HR Business Partner i do tego programu będę zapraszać ekspertów EXATEL, aby poznać kulisy ich pracy i zrozumieć, które technologie są kluczowe dla rozwoju biznesu. Zapraszam.

Sylwia: Dzień dobry. W dzisiejszym odcinku podcast’u, moim i państwa gościem jest Sylwester Bąkowski, kierownik do spraw strategicznych inicjatyw technologicznych w EXATEL. Sylwek odpowiada za łączność satelitarną. Cześć Sylwek.

Sylwester: Cześć Sylwia, dzień dobry Państwu.

Sylwia: Dziękuję, że zdecydowałeś się ponownie ze mną porozmawiać. Łączność satelitarna to temat szeroki. Dzisiejszym tematem będą satelity Leo i Meo. Może zaczynając standardowo. Powiedz proszę, co to są satelity Leo i Meo i jak różnią się od innych rodzajów satelitów?

Sylwester: Do tej pory rozmawialiśmy o satelitach geostacjonarnych, czyli znajdujących się na orbicie nad równikiem w odległości mniej więcej 36 tysięcy kilometrów od równika. Dzisiaj będziemy rozmawiać o satelitach Meo i Leo i czym one się różnią. Przede wszystkim miejscem, gdzie się ten satelita znajduje w przestrzeni kosmicznej. Orbita geostacjonarna, tak jak mówiłem znajduje się 36 tysięcy kilometrów nad równikiem. Natomiast w odległości 100-150 kilometrów do 2000 kilometrów to jest orbita Leo, czyli niska. Natomiast między orbitą niską a geostacjonarną jest przestrzeń na satelity, które pracują na orbicie pośredniej, czyli Meo. Czym się różnią te satelity od geostacjonarnych? Geostacjonarne były dedykowane przede wszystkim do łączności do przesyłania danych w obu kierunkach lub do broadcastu telewizji, radia. Natomiast one mają bardzo dużą wagę. Taki satelita jest zbudowany z wielu transponderów, z baterii, z silników i on waży od tony nawet do trzech ton, więc jest ogromna waga. Satelity, które znajdują się niżej, zazwyczaj są dedykowane do jakieś pojedynczej usługi i są bardzo małe. Satelity Leo potrafią ważyć kilogram i mieć wymiary na przykład 10 cm na 10 i na 10. Są takie akademickie satelity, które mają takie wymiary i latają sobie.

Sylwia: Rzeczywiście malutkie, a powiedz dlaczego wybiera się orbitę Leo i Meo do umieszczenia satelitów?

Sylwester: Głównym powodem jest to, że odległość między satelitą a Ziemią jest dużo mniejsza. Z związku z tym, że fala biegnie i tak z prędkością światła, to nie ma różnicy czy to będzie Leo, Geo czy Meo. Dane biegną z tą samą prędkością. Natomiast mają mniejszy dystans do pokonania. W związku z tym zmniejsza się opóźnienie między przesłanymi danymi a odebranymi. Na orbicie Leo, jesteśmy w stanie uzyskać opóźnienie rzędu 30-50 może 100 ms. Natomiast na satelicie Geo to było już 0,6-0,8 sekundy. To jest kilka razy więcej i niektóre aplikacje, typu gry, w czasie rzeczywistym mają duże opóźnianie. Nie jesteśmy w stanie korzystać z takich aplikacji. Rozmowy telefoniczne realizowane przez VoIP i satelity geostacjonarne mogą być nie do przyjęcia dla użytkownika, bo on ma bardzo duże opóźnienie, które mu przeszkadza w komunikacji. Używając satelitów Leo, nie zauważamy tego. To są ułamki sekundy, które z punktu widzenia użytkownika są pomijalne. Tak jakby rozmawiał normalnie poprzez łączę naziemne.

Sylwia: W takim razie, ze względu na odległość, ale też rozmiar tej orbity. Jakie rodzaje satelitów możemy umieścić?

Sylwester: Satelity są już dedykowane dla odpowiedniej usługi. W przypadku satelity, które mają za zadanie fotografować z Ziemię. Zdjęcia przesyłane są do stacji naziemnych, tam albo są obrabiane przez firmę, która jest właścicielem satelity, albo udostępniane szerszej publiczności, na przykład agencją rządowym, które potrafią analizować te zdjęcia pod różnym kątem. Mogą być to zdjęcia zarówno w światle widzialnym, czyli zdjęcia zrobione w dzień, na których widzimy dokładnie pojazdy ludzi z punktu widzenia satelity. Natomiast też mogą być fotografowane w innych długościach fali, na przykład w podczerwieni i wtedy widzimy zupełnie inny obraz kuli ziemskiej Natomiast ten obraz może być istotny z punktu widzenia na przykład rolnictwa, suszy czy opadów.

Sylwia: Ta odległość ma znaczenie w zależność od tego co chcemy osiągnąć.

Sylwester: Tak, gdybyśmy robili takie samo zdjęcie z satelity geostacjonarnego, to my w ogóle szczegółów byśmy nie widzieli. Satelita czym jest bliżej, ten jest łatwiej zrobić to zdjęcie i ma ono lepszą rozdzielczość. Teraz standardem jest pół metra, na pół metra to jest piksel, czyli samochód to jest kilka pikseli. Dąży się do tego, żeby to było jeszcze mniej 35 cm na przykład piksel, żeby miał. Natomiast do niedawno to były na przykład dwa metry i to już coś dawało analitykom takich zdjęć.

Sylwia: Jakbyśmy szczerzej porozmawiali o zastosowaniu właśnie satelitów Leo i Meo, już część przykładów podałeś, jakbyś mógł  jeszcze podać jakieś inne kluczowe zastosowania satelitów Leo w dzisiejszym świecie.

Sylwester: Satelity Leo to jest przede wszystkim duża konstelacja firmy Space X, czyli Starlink. Kolejna konstelacja, która też już jest uruchamiana OneWeb. Nie długo będzie Kuiper, to są konstelacje satelitów, które mają za zadanie przesyłać dane. Na przykład Starlink to jest dostęp do internetu, dla zwykłego Kowalskiego, ale także dla film. Nie ma tam SLA, czyli nie ma gwarantowanego pasma, ale przepustowości są już ogromne. Do tej pory na geostacjonarnych satelitach mieliśmy przepustowości, rzędu jednego czy pojedynczych megabitów na sekundę, a tutaj są przepustowości rzędu 150 megabitów na sekundę. Więc zaczynamy mieć bardzo duże przepustowości i sieć użytkowników jest bardzo duża. Tam kilka tysięcy użytkowników już dawno temu było uruchomione i sieć była wydolna. Pasmo oczywiście jest współdzielone, w każdej łączności satelitarnej, natomiast na tyle jest wydajne, że użytkownicy są zadowoleni.

Sylwia: Tyle w kwestii satelitów Leo, a jakie korzyści przynoszą satelity Meo w dzisiejszych czasach, w dziedzinach takich, jak telekomunikacja czy nawigacja?

Sylwester: Satelity Meo są tak blisko ziemi, że faktycznie widzą bardzo szczegółowo obszar, natomiast widzą bardzo mały fragment ziemi. Atutem satelitów Meo jest to, że one widzą dużo więcej, widzą część kontynentu na przykład. Jest sieć satelitów o O3b, które są zaprojektowane do tego, żeby zapewniać duże przepustowości, jeszcze większe niż 150 megabitów na sekundę, ale oświetlają dużo większy obszar. W związku z tym zdarza się, że satelity te są kluczowe dla awarii światłowodów. Przykład jedna z wysp była zasilana głównym światłowodem, który uległ awarii. W związku z tym cała infrastruktura dostępu do internetu padła. Nie było kontaktu ze światem. Wystarczyło uruchomić tam terminal pracujący z satelitami Meo i zapewnić dla całej wyspy, łączność do internetu, w bardzo krótkim czasie z bardzo dużą przepustowością. Satelity Leo mają jeszcze jedną wadę. One muszą być zasilone danymi z Ziemi i ten obszar jest bardzo blisko, gdzie znajdują się użytkownicy. Natomiast w Meo jest tak, że możemy oświetlać tą wyspę czy fragmenty kontynentu, a zupełnie z innego miejsca świata być zasilonym do internetu. Dzięki temu satelity Meo mają taką przewagę, nie dość że mają większe przepustowości, to są niezależne od miejsca działania użytkowników. Załóżmy jest obszar objęty konfliktem zbrojnym i żeby taki obszar oświetlić satelitami Leo muszę być w sąsiednim kraju, żeby zasilić satelitę, żeby on miał dostęp do internetu. Tak naprawdę satelita to jest coś w rodzaju wirtualnego lustra. Z jednej strony dostaje dane i odbija je w kierunku użytkowników, a użytkownicy wysyłają zapytania kierują je do stacji naziemnej właśnie poprzez satelitę. Jeżeli nie ma tej stacji naziemnej głównej, która zasila w kontent satelitę, to ten satelita leci bezużytecznie. Satelity na orbicie Meo mają tę przewagę, że mogą być zupełnie z innego obszaru świata zasilone w dane.

Sylwia: Bardzo fajnie wytłumaczyłeś te wady i zalety satelitów Leo i Meo. Porozmawiajmy o wyzwaniach. Jakie wyzwanie techniczne, ekonomiczne są związane z utrzymaniem i zarządzaniem satelitami właśnie w orbitach Leo i Meo.

Sylwester: Orbita Leo to jest orbita gdzie jesteśmy blisko Ziemi, widzimy bardzo mały fragment. Jeżeli chcemy zbudować konstelację, która oświetli całą Ziemię to tych satelitów jest mnóstwo, tysiące. W związku z tym system zarządzania tymi satelitami musi być bardzo mocno zaawansowany. Ponadto użytkownik ma swój terminal satelitarny. Zazwyczaj każdy użytkownik chciałby, żeby ten terminal był  bezobsługowy. W związku z tym terminal musi mieć możliwość przełączanie się w bardzo szybkim czasie z satelity na satelitę, gdyż on widzi swojego satelitę przez kilka minut. 5, 8, 10 minut zależy od tego, jak daleko jest satelita. Żeby użytkownik miał płynna usługę terminal musi się przełączyć na innego satelitę, który nadlatuje może z innego zupełnie kierunku. W przypadku satelitów Meo, satelita widzi dużo większy obszar. W związku z tym może być ich dużo mniej, natomiast terminal zaczyna być skomplikowany. Zazwyczaj takie terminale składają się z dwóch anten satelitarnych. Jedna śledzi satelitę, z którego jest usługa, a drugi już na mierze kolejnego. Daje to możliwość przyłączenia się zupełnie bezstratnego. Natomiast wtedy obie anteny musiałby w jednym czasie połączyć się z dwoma satelitami i zrobić przyłączenie w locie. To też jest bardzo duże wyzwanie dla projektantów takiego systemu. Pakiety które normalnie trafiłyby na pierwszego satelitę już muszą na przykład iść na drugiego. One trafią znowu do stacji naziemnej, może niekoniecznie tej samej i operator satelitarny musi zapewnić bezstratność tej transmisji. Tak żeby użytkownik grających w grę online nie zauważył że był jakiś lag.

Sylwia: Satelity będą wtedy tak funkcjonować, że nawet jak się pakiet „zgubi” to działa to dalej?

Sylwester: Wszystko zależy od tego, jakiego rodzaju to jest transmisja, bo to jest transmisja IP. W związku z tym, nie raz jest transmisja jednokierunkowa, tylko na przykład transmituje rozgłośnię radiową. Nie ma potrzeby retransmisji. Natomiast jeżeli jest potrzeba potwierdzenia takiej transmisji, to tam też jest korekcja błędów.

Sylwia: Czy to są tak zwane hand shake’i tak?

Sylwester: Tak, z tym że też jest coś takiego jak forward-error-correction, czyli korekcja wsteczna. Polega to na tym, że dostanę ileś pakietów i z nich wiem, czy transmisja była poprawna czy nie i część błędów transmisji jestem w stanie odtworzyć, jakby właściwą transmisję bez retransmisji zupełnej. Czyli na przykład transmitujemy pięć bitów i szósty jest odpowiedzialne załóżmy za parzystość. Jeżeli bity przyszły o innej parzystości niż było szóstym bicie, to jest retransmisja. Jeżeli jest ok, to jest potencjalnie prawidłowa transmisja. Miej więcej tak to wygląda.

Sylwia: Jakiej ryzyka i zagrożenia wiążą się z powstawaniem śmieci kosmicznych w tych orbitach?

Sylwester: 1000 satelitów na orbicie Leo plus ich żywotność, zakłada się maksymalnie na 3 lata, powoduje to może za 3 lata, będziemy mieli kilka tysięcy satelitów niedziałających. Czyli złom. Już są wymagania że satelita pod koniec swojej żywotności powinien się spalić w orbicie. Czyli powinna nastąpić deorbitacja i wejście w atmosferę, a następnie spalenie takiego satelity. Tak jest od niedawna. Natomiast pierwsze satelity Leo nie miały takich mechanizmów żeby samemu się zdeorbitować. One gdzieś tam będą krążyły. Jako odpady. Najlepszym rozwiązaniem, które jest uznawane jest właśnie deorbitacja, czyli wejście w atmosferę. Satelita jest ściągany bardzo mocno przez ziemię, więc on wcześniej czy później i taki tak wejdzie w atmosferę i zostanie spalony. Natomiast chodzi o to, żeby to było kontrolowane. Wiadomo, że jeszcze mamy komunikację z tym satelitą, jego żywotność się kończy i jest przeznaczony do utylizacji. W związku z tym powinien sam spłonąć. Jeżeli to nie nastąpi, to też są jakieś podejścia pod to żeby próbować sprzątać te śmieci, czyli wysyłać rakietę. Na przykład, żeby zestrzelić takie satelity, on jest znacznych rozmiarów i jest na pozycji kolidującej z innymi satelitami. Natomiast to są jeszcze moim zdaniem przedbiegi do tego, żeby w ogóle robić porządek w kosmosie. Tych złomów jest już sporo. Natomiast są też orbity typowo złomowe, gdzie te satelity po prostu sobie krążą dopóki, faktycznie nie wejdą w atmosferę i się nie spalą.

Sylwia: Czy satelity nieaktywne, czyli przestarzałe już, jak one dryfują w kosmosie, nie są niebezpieczne dla tych aktywnych?

Sylwester: Są bardzo niebezpieczne.

Sylwia: Zdarzałeś takie przypadki zderzeń niekontrolowanych?

Sylwester: Na pewno, jest tak że część satelitów, które wypuszczane są z Ziemi, nowych satelitów, one nie podejmują pracy. Nowy satelita w pełni przetestowany okazuje się, że czegoś człowiek nie zauważył i ten satelita nie uruchomił się. Przypadek polskiego satelity Kraksat, gdzie satelita w kółko się resetował. Udało się w końcu nawiązać z nim jakąś łączność i zdiagnozować, w czym jest problem, ale nigdy się udało z tego co wiem, uaktywnić, żeby on podjął działania i zrealizował swoją misję. Jest śmieciem, dopóki nie trafi w innego satelitę i się nie roztrzaska. Więc z punktu widzenia użytkownika satelity, który działa i pełni swoją misję, to takie śmieci są bardzo niebezpieczne, one powodują po pierwsze uszkodzenia, a po drugie mogą zmienić trajektoria satelity. Nie będziemy wiedzieli jak go znaleźć, bo on nie będzie na swojej miejscu.

Sylwia: Czyli to dla osób kontrolujących satelity z Ziemi jest problematyczne. Może chwilę porozmawiamy o przyszłości satelitów Leo i Meo. Jakie przewidujesz trendy, innowacje w dziedzinie satelitów Leo i Meo w najbliższych latach?

Sylwester: Nie poruszaliśmy tutaj jeszcze takiego wątku jakim jest częstotliwość. To jest tak, że częstotliwości to jest bardzo ograniczony zasób. Regulamin radiokomunikacyjny wprowadzone przez ITU, Międzynarodową Unię Telekomunikacyjną, zakłada podział tych częstotliwości na konkretne zastosowania. Tam są i radiolinie naziemne i rozgłośnie radiowe i wiele różnych, innych rodzajów transmisji. Natomiast nas interesuje łączność satelitarna. Częstotliwość jest stricte przypisana do transmisji między Ziemią a satelitą, między satelitą a ziemią, czyli w przeciwnym kierunku, to są odrębne zakresy częstotliwości. Są też częstotliwości przeznaczone do komunikacji między satelitami i panowanie nad tymi częstotliwościami jest bardzo trudne. Dlatego, że na Ziemi terminale mogą być koło siebie, będą pracowały w przybliżonych zakresach częstotliwości i sprzęt musi być tak dobrany, żeby jeden terminal nie zakłócał drugiego. Jednocześnie sprzęt musi nadawać i odbierać tylko w swoim paśmie i nie może zakłócać wyłączności naziemnej. W związku z tym jest wymagane dopuszczenie tego sprzętu do pracy w konkretnych częstotliwościach. Zgłaszanie stacji nadawczych do UKE, czyli Urzędu Komunikacji Elektronicznej w Polsce i takie urzędy są w każdym państwie. One czuwają nad właściwym wykorzystaniem częstotliwości. Do nich można się zgłaszać w przypadku, kiedy mamy potrzeby transmisji, uzyskujemy pozwolenie radiowej. Wtedy jesteśmy chronieni. Takie pozwolenie jest na 10 lat i zapewnia nam że jeżeli ktoś zacznie nas zakłócać, to możemy zgłosić się do urzędu i on spróbuje wyegzekwować to, żeby te zakłócenia zniknęły. Wracając teraz do samego początku. Jeżeli mamy ograniczony zasób częstotliwości i współdzielony jest przez wiele państw, to może się okazać tak, że transmitujemy do satelity Leo który się ciągle przemieszcza z różnego kierunku i do nas nadleci. Więc my nawiązując z nim komunikację, w różnym kierunku możemy kierować swoją wiązkę, żeby skontaktować się z satelitą. W obszarach przygranicznych może się okazać, że wchodzimy w przestrzeń, która jest już za granicą Polski. W związku z tym musi być robiona koordynacja między dwoma państwami takiej stacji. Szczególnie to dotyczy stacji tych głównych, bazowych które dosyłają sygnał do satelitów, dlatego że one pracują w bardzo szerokim paśmie, zazwyczaj pełnym paśmie, jakie jest możliwe dla danej służby. Czyli rodzaju komunikacji z Ziemi do satelity i ta sama częstotliwość może być używana, czy ten sam zakres częstotliwość może być używany przez inne państwo. Wtedy wpływali byśmy na inne terminale poza naszym państwem. Z związku z tym ważna jest koordynacja między państwami. Przyszłość moim zdaniem to będzie łączność optyczna, czyli tak naprawdę przejście do wyższych częstotliwości. Tam już operuje się na długościach fali, ale to tak naprawdę jest pochodna częstotliwość, a długość fali. Obecnie regulamin radiokomunikacyjny zapewnia podział częstotliwości do 3 tysięcy gigaherców. Natomiast wyżej to jest już łączność optyczna, gdzie długość fali jest w mikrometrach. Natomiast brnąć dalej w częstotliwości to będą teraherce. Są już przymiarki do tego, żeby w paśmie od 20 teraherców wzwyż też korzystać z tego pasma do łączności satelitarnej jest to łączność optyczna, czyli laserem transmitujemy światło, odbiornik to odbiera w teleskopie. Natomiast tam jest wiele różnych wyzwań jeszcze, które powodują, że na razie są prowadzone tylko badania. Sądzę że to będzie trend, dlatego że będzie łatwiej zaplanować nad komunikacją przede wszystkim między satelitami. One siebie bardzo długo widzą i tam nie ma atmosfery, w związku z tym nie ma dużego tłumienia. To spowoduje, że chętniej operatorzy satelitarni będą używali łączności optycznej, bo tam są zupełnie większe przepustowości możliwe.

Sylwia: Temat technologii optycznej albo porównania technologii radiowej versus technologii optyczna, to temat na oddzielny podcast, więc nie będę dopytywać i drążyć tego wątku. Ostatnie pytanie może na koniec, czy można się spodziewać że satelitarny Leo i Meo odegrają jeszcze ważną rolę przyszłych projektach kosmicznych?

Sylwester: Moim zdaniem tak, dlatego że samo powstanie pierwszych konstelacji, które zapewniają łączność na całej Ziemi powoduje że to zaczyna się sprawdzać. Po pierwsze są użytkownicy, trafia to do zwykłego Kowalskiego, gdzie usługa Startlink jest naprawdę już na kieszeń prawie każdego człowieka. Poza tym jest już też możliwość przemieszczania się, czyli łączność działa w ruchu. Kolejnym atutem są kolejne sieci, tak jak OneWeb, gdzie już SLI jest zapewniane, czyli jakość usługi jest zapewniona. To już nie jest usługa dla zwykłego Kowalskiego, już jest dla biznesu, dla organizacji rządowych. Natomiast potrzeba jest tak duża zapewnienia łączności na całej Ziemi, że to będzie się bardzo rozwijać. Już Kuiper nie długo będzie startował. Telesat też ma swoją sieć, więc niedługo tych sieci będzie więcej i wszystkie prawdopodobnie będą ogólno-ziemskie. Każda ostatnia mila będzie zapewniona właśnie przez łączność satelitą. W 5G jest założone, także łączność będzie wszędzie. Nie wszędzie może będzie z takim samym małym opóźnieniem, czy z dużymi przepustowościami, natomiast chodzi o to, żeby była.

Sylwia: My jako EXATEL też nie chcemy pozostawać w tyle, mamy takiego eksperta jak ty właśnie w tych usługach z zakresu łączności satelitarnej. Sylwek, bardzo dziękuję za rozmowę.

Sylwester: Dziękuję serdecznie.