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 podcastu, moim i Państwa gościem jest Sylwester Bąkowski, Kierownik ds. Strategicznych Inicjatyw Technologicznych w EXATEL, odpowiedzialny za obszar łączność satelitarnej. Cześć Sylwek

Sylwester: Dzień dobry, cześć Sylwia.

Sylwia: Słyszymy się po raz czwarty. Nagranie dzisiejsze zamknie nasz cykl rozmów o komunikacji i łączności satelitarnej. Dzisiaj chciałabym z Tobą porozmawiać o technologii radiowej i technologii optycznej wykorzystywanej właśnie do komunikacji satelitarnej. Pewnie zadam dosyć standardowe pytanie, aczkolwiek na start bardzo istotne: jakie są różnice między technologią radiową, a technologią optyczną w kontekście komunikacji między satelitami?

Sylwester: Technologia satelitarna związana z łącznością radiową, to technologia związana stricte z Regulaminem Radiokomunikacyjnym, który przewiduje przydział częstotliwości do 300 GHz. Wszystko co jest powyżej, nie jest jeszcze unormowane, natomiast tam już długości fali są tak małe, że uznaje się jako światło widzialne, niewidzialne. W łączności jest pewien problem, dlatego że nie każdy tak samo rozumie wyraz „optyczny”. Dla niektórych optyczny znaczy w paśmie widzialnym, a dla innych optyczny oznacza pasmo widzialne, ale i np. bliska podczerwień. W związku z tym w łączności radiowej, tak jak i w tej optycznej, poruszamy się częstotliwościami, bo długość fali a częstotliwości, to jest pochodna. Wprost można to sobie policzyć. Natomiast Regulamin Radiokomunikacyjny kończy się na 300 GHz. Łączność optyczna, która jest definiowana przez ITU, zaczyna się od 20 THz  i jest mniej więcej to 375 THz, czyli częstotliwości są około tysiąc razy wyższe niż teraz w łączności radiowej. Jest to związane też z tym, że łączność optyczna jest już używana w światłowodach, więc mamy bardzo duże doświadczenie tutaj na ziemi. Jest teraz kwestia przełożenia tej łączności w dużych częstotliwościach na połączenia w kosmosie między satelitami lub połączenie satelita-Ziemia.

Sylwia: Czy istnieją ograniczenia w stosowaniu technologii optycznej w komunikacji satelitarnej? Jakie czynniki mogą wpłynąć na jakość tego rodzaju połączeni, właśnie ze względu na tę częstotliwość?

Sylwester: Pierwsze ograniczenie jest takie, że kosmos promieniuje w różnych częstotliwościach i my Ziemianie nasłuchujemy tego. Jest to bardzo istotne, żeby móc obserwować gwiazdy i różne obiekty astronomiczne. W związku z tym wkraczając w obszar łączności optycznej w kosmosie, musimy wziąć pod uwagę to, żeby nie zakłócać obserwacji kosmicznych. Nasza atmosfera jest ogromnym tłumikiem tego promieniowania i dzięki temu żyjemy. Ludzie są zainteresowani tym, jak wygląda promieniowanie w kosmosie, stąd teleskopy Hubble’a czy Webba , które obserwują kosmos przed tłumieniem atmosfery. Natomiast jeżeli my chcemy wchodzić w obszar łączności, to wiadomo że sygnały, które tam się pojawią, będą sztuczne dla całego środowiska. W związku z tym musimy wziąć poprawkę, żeby nie zakłócić obserwacji Ziemi. Astronomowie z doświadczenia już wiedzą, że sama atmosfera bardzo mocno tłumi. W związku z tym w pewnym paśmie – akurat jest to pasmo od tych 300 GHz, gdzie łączność radiowa się kończy, a zaczyna się łączność optyczna od 20 THz – jest to obszar, gdzie atmosfera bardzo tłumi i tam praktycznie nic się nie prześlizgnie. W tym obszarze nie ma nawet badań dostępnych, że robią jakieś próby komunikacji, ponieważ jest takie duże tłumienie atmosfery, że ta komunikacja jest nieskuteczna. Natomiast powyżej 20 THz zdarzają się okna w częstotliwościach, gdzie atmosfera bardzo mało tłumi lub nie tłumi wcale i te okna są przydzielane do łączności optycznej. W kosmosie mamy dużo łatwiej, gdyż nie ma atmosfery, zatem jest większy dostęp do częstotliwości i małe tłumienie. W związku z tym mimo dużych odległości między satelitami, ta łączność optyczna jest skuteczna.

Sylwia: Czy technologii radiowe i  optyczne są wzajemnie komplementarne? Czy istnieją obszary w których jedna jest bardziej odpowiednia od drugiej?

Sylwester: Tak jak pokazuje Regulamin Radiokomunikacyjny – czym wyżej pójdziemy w częstotliwościach, tym większe szerokości pasma mamy dostępne. Czyli możemy takie kawałki pasma sobie przydzielać do pewnego rodzaju komunikacji. I tak powstają nośne satelitarne, czyli obszar od jakiejś częstotliwości do innej, gdzie nadaje nadajnik, a drugi użytkownik odbiera ten sygnał. Jeżeli mamy szersze pasmo w którym będziemy się komunikowali, to potrafimy tam upchnąć więcej danych. Stąd pęd w zwiększanie częstotliwości. Obecnie trwają prace nad satelitami, gdzie transpondery będą pracowały np. w 90 GHz. Tam jest kilka GHz szerokości pasma, gdzie moglibyśmy upchnąć dane i tam będziemy mogli transmitować z prędkością Gbps, a może nawet wyższą. Natomiast jeżeli weźmiemy pod uwagę to, że każde pasmo jest współdzielone, to współdzielenie powoduje że żeby zasilić taki punkt centralny, to on musi obsłużyć wielu użytkowników. W związku z tym potrzebuje bardzo dużej szerokości, żeby sprostać wymaganiom użytkowników. Przykład radiowy satelity Starlink, które żeby pracować i spełniać wymagania użytkowników, którzy chcą np. transmitować z prędkością 100 Mbps, to muszą być zasilone ze stacji Gateway w wyższym paśmie, aby sprostać wymaganiom. Czyli trzeba tam dosłać nie 100 Mbps, a kilka Gb, aby móc te pasmo współdzielić. Oczywiście ten użytkownik nie w każdej sekundzie potrzebuje 100 Mbps. Za moment jednak będzie drugi użytkownik i w ten sposób to zapotrzebowanie wzrasta. Stąd pęd przechodzenia w wyższe pasma. Pasma radiowe już się kończą (300 GHz). W związku z tym, że łączność optyczna sprawdziła się na Ziemi, to mamy trend w próbę wykorzystania łączności optycznej, gdzie będziemy mieli jeszcze większe szerokości dla jednej komunikacji. Jest próba wejścia w te pasma częstotliwości, które do tej pory nie były używane z racji różnych ograniczeń, również technologicznych.

Sylwia: A gdybyśmy mieli porozmawiać o wyzwaniach związanych z projektowaniem i utrzymaniem sieci satelitarnych, szczególnie w kontekście komunikacji między satelitami, to jakie wskazałbyś ten najważniejsze?

Sylwester: Tutaj trzeba by było pewnie rozważyć różne zastosowania satelitarne, ale załóżmy dosyć popularny obecnie przykład robienia zdjęć obszaru Ziemi z kosmosu. Jeżeli satelita leci nad jakimś obszarem, to ten obszar jest widoczny i możemy programowo sobie ustalić, który fragment tego obszaru zostanie sfotografowany. Takie zdjęcie następnie powinno być przeanalizowane przez satelitę, czy jest ono dobrej jakości, czyli np. wykryć czy były chmury.
Załóżmy, że zdjęcie było w paśmie widzialnym. W związku z tym, że mogły pojawić się chmury, to one spowodowałyby, że zdjęcie jest nieużyteczne na Ziemi, a więc nie ma sensu przesyłania tego zdjęcia na Ziemię. I tak powstaje zbiór zdjęć. Żeby natomiast takie zdjęcie odebrać z  satelity, to punkt odbiorczy na Ziemi musi widzieć tego satelitę. Czyli za jakiś czas po zrobieniu zdjęcia, satelita nadlatuje nad obszar gdzie może być to zdjęcie odebrane. Załóżmy, że mamy wtedy problem z łącznością, jest duże zachmurzenie, jakieś wyładowania atmosferyczne, coś w atmosferze (np. gazy, pyły z wybuchu wulkanu) i przez dłuższy okres czasu ta komunikacja byłaby nieskuteczna. Ludzie radzą sobie w ten sposób, że próbują odebrać te dane w innym miejscu. Załóżmy natomiast, że chcemy się skupić na tym jednym preferowanym punkcie odbiorczym. Gdybyśmy wzięli pod uwagę to, że satelita Leo który zrobił zdjęcie, w tym samym czasie kiedy obiega Ziemię, jest też widoczny przez satelity Geo i one widzą go bardzo długo. W związku z tym uzasadnione jest to, aby przesłać te dane nie na Ziemię, a na satelitę geostacjonarnego, gdzie mamy oczywiście dostępne mniejsze przepustowości, natomiast czas widoczności jest bardzo duży. Satelitę geostacjonarnego stacja odbiorcza widzi 24 godziny na dobę, w związku z czym takie dane trafią dużo szybciej i dużo skuteczniej. I tutaj właśnie widzę pole do zastosowania komunikacji optycznej.

Sylwia: Skoro byliśmy w temacie wyzwań, to porozmawiajmy jeszcze o trendach czy innowacjach. Czy można obecnie zauważyć w dziedzinie komunikacji satelitarnej jakieś wyraźne trendy?

Sylwester: Tutaj widać szczególnie uczelnie, ale również biznes zaczyna się interesować komunikacją optyczną właśnie między satelitą a Ziemią. Czemu jest to takie istotne? Bo okazuje się, że ta wiązka musi być dosyć mocno skupiona. W związku z tym jak satelita transmituje na Ziemię, to ta wiązka jest widoczna w dosyć małym obszarze w danym momencie i np. można by było wtedy przesłać informacje niejawne, np. klucz do szyfrowania, klucz kwantowy. Żeby taki klucz został podsłuchany, ktoś musiałby być blisko naszej stacji odbiorczej, naszego teleskopu – bo tam już nie będzie zwykłej anteny satelitarnej. To będzie teleskop, który ma odebrać światło powiedzmy w podczerwieni. W związku z tym ta komunikacja zaczyna być tylko dla wybranych punktów i dzięki temu staje się bezpieczniejsza. Widziałem gdzieś informacje, że takie badania są prowadzone, natomiast na razie są to raczej jakieś start-upy, badania naukowe, dowody. Wszystko rozbija się o to, że nasza Ziemia ma bardzo niejednorodną atmosferę w której jest wiele zjawisk, które wpływają na zmianę tego tłumienia i powodują po prostu problemy z komunikacją. Ta komunikacja jest nieskuteczna i łączność tradycyjna (radiowa) wtedy pomaga. I one stają się komplementarne. Nie wszędzie natomiast łączność radiowa da się wyprzeć łącznością optyczną. Nawet obserwatoria astronomiczne, te bardzo renomowane, znajdują się na wysokości czterech tysięcy metrów, w obszarach gdzie jest ciepło i gdzie są przewidywalne warunki. Takich obszarów na Ziemi jest niewiele i prawdopodobnie wszystkie są wykorzystane właśnie do celu obserwacji kosmosu z Ziemi. Te miejsca są najlepsze do komunikacji optycznej, ale tam nie ma użytkowników.

Sylwia: Temat jest trudny, a wyobraźnia ludzka najlepiej radzi sobie z przykładami. Czy byłbyś w stanie opowiedzieć o jakimś konkretnym projekcie lub misji, w którym zastosowano właśnie zaawansowane technologie komunikacji satelitarnej?

Sylwester: Moim zdaniem zaawansowane rozwiązania to takie, które wykorzystują komunikację między satelitami. Satelity geostacjonarne widzą tylko pewien obszar Ziemi, nie widząc innych. Załóżmy, że jest satelita, który oświetla Europę i Afrykę, ale nie oświetla już Australii. Żeby nawiązać komunikację satelitarną z Australią, nie trzeba wcale odbijać sygnału ponownie od Ziemi. Czyli np. nie muszę transmitować z Polski na Madagaskar i stamtąd innym satelitom, aby przedostać się do Australii. Wystarczy, że dany operator ma w swojej konstelacji dwa satelity: jeden, który oświetla Europę, a drugi Australię i zrealizuje połączenie między tymi satelitami. Z punktu widzenia łączności to nie jest dwa razy skok do satelity i z powrotem i znowu kolejny satelita, tylko dużo krótszy dystans. W związku z tym komunikacja nie będzie dużo wolniejsza, niż przy zastosowaniu jednego satelity. I takie rozwiązania są i dają pole do działania dla zastąpienia tej komunikacji standardowej, radiowej, na optyczną. Wtedy ta skuteczność będzie większa. Sądzę, że w tym kierunku właśnie będą się rozwijały sieci satelitarne, że będą wykorzystywały zarówno satelity GEO, jaki MEO czy LEO, ale między nimi będzie coraz więcej linków optycznych.

Sylwia: Jak według Ciebie wygląda taka perspektywa na przyszłość komunikacji satelitarnej? Czy istnieją jakieś plany na rozwijanie tej dziedziny w kolejnych latach? Jak z Twojej perspektywy to wygląda?

Sylwester: Raczej wiele się nie wydarzy co do jakichś spektakularnych zwycięstw techniki nad łącznością. Raczej nikt nie wskaże konkretnych rozwiązań przełomowych. Jednak wiele podmiotów stara się korzystać z tego co mamy obecnie na rynku. Czyli wiemy, że jest możliwość wybudowania konstelacji LEO, gdzie mamy setki satelitów, a nawet tysiące. Starlink, OneWeb… EUSPA próbuje uruchomić program, dzięki któremu powstanie europejska konstelacja, do zastosowania dla nas, Europejczyków, w rozwiązaniach czy to kryzysowych, czy rządowych, to jest europejski GovSatcom. Widać, że to będzie się rozwijało. W ramach tworzenia takiej konstelacji jest wiele różnych konkursów, wiele grantów do zdobycia. Polski Przemysł jest zainteresowany tą możliwością. Powstał Klaster Technologii Kosmicznych, w którym EXATEL i ENERGO-TEL wiedzie prym. Wiele firm próbuje znaleźć swoje miejsce w łączności satelitarnej. Czy to budowanie komponentów do satelitów, terminali satelitarnych, czy budowanie usług na tym systemie. To jest moim zdaniem krok, który nastąpi niebawem, bo taka jest po prostu wola Europejskiej Agencji Kosmicznej, żeby taki duży system zbudować na potrzeby Europejczyków.

Sylwia: Może taka szersza perspektywa: jakie korzyści i  wyzwania niesie za sobą globalna komunikacja satelitarna dla ludzkości? Można popłynąć.

Sylwester: Można popłynąć. Natomiast zobaczmy jak ważny stał się dla nas Internet. Internet ktoś kiedyś włączył i sądzę, że nikt go nigdy nie wyłączy.

Sylwia: A jak wyłączy, to wszyscy się popłaczemy.

Sylwester: Chyba że tak. Natomiast zakładam, że nasze potrzeby będą coraz większe, bo to widać. Z roku na roku mamy coraz więcej systemów, coraz więcej usług i korzystamy po prostu z tej technologii. Z racji naszych większych potrzeb, musimy tą sieć rozbudowywać. Satelity będą moim zdaniem bardzo ważnym elementem, szczególnie zapewnienie łączności, tej ostatniej mili w miejsca, gdzie nie jest uzasadnione biznesowo albo trudne do wykonania wystawienia jakiegoś BTS’a i połączenia go światłowodem. Załóżmy że ten BTS jest gdzieś w górach. Nie łatwiej jest postawić tam antenę satelitarną i dosłać po prostu te dane z satelity? Tym bardziej, że tam będzie mało użytkowników. Natomiast chodzi o to, żeby nie było obszarów wykluczonych. Sądzę, że właśnie Internet i nasze potrzeby związane z nim spowodują, że łączność satelitarna będzie się rozwijała.

Sylwia: W oparciu o to co mówisz, można domniemać że komunikacja satelitarna będzie dobrodziejstwem, które będzie w przyszłości łatwiej dostępne. Ludzie zaczną się przyzwyczajać, a firmy wykorzystywać ją w biznesie. Tak jak AI czy Internet. Ciężko nam sobie teraz wyobrazić, że da się bez tego żyć. Ja osobiście jestem fanką ChataGPT, więc już teraz nie wyobrażam sobie żeby go nie było. Więc dla tych, którzy używają łączności satelitarnej, to pewnie też kierunek rozwojowy.

Sylwester: Na pewno tak i tutaj trzeba zauważyć, że nawet polskie uczelnie jakiś czas temu zauważyły że, domena satelitarna to przyszłość i powstały kierunki, na których można się szkolić z łączności satelitarnych i zdobyć tytuł inżyniera.

Sylwia: Także dla tych słuchaczy młodszych, którzy chcą się rozwijać: są uczelnie, można się się edukować w kierunku komunikacji i łączność satelitarnej. Sylwku, ja Tobie dziękuję za ten podcast i za ten cykl rozmów na temat łączności satelitarnej. Wszystkiego dobrego.

Sylwester: Dziękuję bardzo.