Интернет окончательно переедет на крышу? Плоские микроантенны размером с ноутбук заменяют гигантские спутниковые тарелки

03 червня 2026 р. 12:01

03 червня 2026 р. 12:01

Несмотря на огромный прогресс в развитии самих спутников, значительная часть физической инфраструктуры, которая соединяет эти космические аппараты с Землей, до сих пор полагается на большие механически управляемые антенны-тарелки — модель, которая все больше испытывает нагрузку из-за стремительного роста гигантских группировок спутников на низкой околоземной орбите.

Инженеры из Университета Калифорнии в Сан-Диего, возможно, разработали другой способ соединения спутников с Землей, заменив большие механические тарелки сетями меньших плоских антенн, расположенных на крышах, телекоммуникационных башнях и других зданиях. Их система под названием ArrayLink может существенно увеличить пропускную способность спутниковых каналов передачи данных, одновременно делая наземные станции дешевле, проще в развертывании и значительно более масштабируемыми.

Инфраструктура наземных станций уже частично модернизирована. Но есть «но»…

Кроме спутникового интернета, эти системы обеспечивают работу GPS-навигации, финансовых транзакций, прогнозирования погоды, военной связи, служб экстренного реагирования, авиации, морских перевозок, дистанционной медицины и наблюдения за Землей. Только за последнее десятилетие количество активных спутников на орбите выросло с нескольких тысяч до многих тысяч, а в ближайшие годы ожидается появление еще десятков тысяч аппаратов. Современные спутники также намного мощнее своих предшественников.

«Если коммуникационные спутники 1970-х годов часто весили несколько тонн и передавали сравнительно небольшие объемы данных, то многие современные спутники на низкой околоземной орбите (LEO) являются компактными программно-управляемыми системами, способными обеспечивать высокоскоростной широкополосный доступ в интернет, прямую связь со смартфонами и передачу изображений в реальном времени», — пишет New Atlas.

Хотя спутниковая отрасль уже внедрила облачные сети наземных станций, программно-определяемые радиосистемы и электронно-управляемые решения, высокомощные каналы передачи данных все еще в значительной степени зависят от больших параболических антенн. Электронно-управляемые фазированные антенные решетки теоретически могут их заменить, но достижение производительности на уровне больших тарелок остается слишком дорогим для масштабного развертывания. Именно эту проблему и призвана решить ArrayLink.

«Фундаментальное узкое место в масштабировании спутниковой связи сегодня находится не в космосе, а на Земле», — говорит Динеш Бхарадия, старший автор научной работы, посвященной этому исследованию, которая была представлена на конференции IEEE INFOCOM 2026.

Каждый бит данных, переданный спутником, в конце концов, должен пройти через наземную станцию, прежде чем попасть в более широкий интернет. Сегодня большинство таких станций все еще полагается на большие параболические антенны, некоторые из которых имеют диаметр более 1,8 м. Эти антенны мощные, но в то же время негибкие. Каждая тарелка может отслеживать только один спутник одновременно и должна физически поворачиваться, чтобы следовать за спутниками на низкой орбите, которые стремительно пролетают по небу со скоростью примерно 17 000 миль в час (28 000 км/ч).

«Именно здесь и возникает серьезное узкое место, которые имеющиеся спутниковые антенны вращаются со скоростью лишь от 2 до 5 градусов в секунду, из-за чего переключение между спутниками может длиться несколько секунд или даже почти минуту. В течение этого времени наземная станция временно недоступна», — отмечают исследователи.

Чтобы решить проблему, команда обратилась к фазированным антенным решеткам — плоским электронным антеннам, которые направляют радиолучи без движущихся частей. Такие решетки уже используются в технологиях вроде пользовательских терминалов Starlink, военных радарных систем и передовой инфраструктуры 5G.

Почему фазированные антенные решетки до сих пор не заменили спутниковые тарелки полностью

Однако создание одной большой решетки, способной обеспечить коэффициент усиления на уровне массивной спутниковой тарелки, потребовало бы десятков тысяч антенных элементов, что делает такое решение слишком дорогим и сложным.

«Эта работа позволяет отрасли быстро и экономично масштабировать наземные станции, даже путем краудсорсингового развертывания», — говорит Бхарадия. «Любой владелец крыши или предприятие может установить наше решение и передавать спутниковые данные в интернет».

Вместо создания одной гигантской фазированной решетки исследователи использовали много меньших коммерчески доступных панелей фазированных антенн и скоординировали их работу как единой распределенной системы.

«Архитектура ArrayLink объединяет до 16 фазированных антенных панелей размером примерно с ноутбук, расположенных на территории масштаба нескольких километров. Каждая панель по отдельности не имеет достаточной мощности для надежных спутниковых магистральных соединений. Однако вместе они работают как одна большая скоординированная антенна, способная приблизиться по характеристикам к классическим спутниковым тарелкам», — рассказывают исследователи.

Но прорыв заключается не только в замене тарелок. Расположив антенные панели на значительном расстоянии друг от друга, команда обнаружила, что может использовать явление, известное как near-field line-of-sight MIMO, что позволяет одновременно передавать несколько потоков данных между спутником и наземной станцией.

«Обычно спутниковые каналы прямой видимости сильно ограничены, поскольку каждая антенна фактически принимает один и тот же сигнал. Однако когда панели разнесены достаточно далеко друг от друга, каждая из них начинает воспринимать входящие радиоволны немного по-разному. Эти различия позволяют системе разделять несколько независимых потоков данных от одного спутника одновременно», — отмечает New Atlas.

Концепция в определенной степени похожа на технологию MIMO, которая используется в современных Wi-Fi-роутерах и сотовых сетях, но примененная к спутниковому масштабу. В симуляциях ArrayLink поддерживала до четырех одновременных пространственных потоков на расстояниях в сотни километров, сохраняя два потока даже на дистанциях более 2 000 км. По словам исследователей, такая конфигурация может обеспечивать до трех раз большую пропускную способность по сравнению с традиционными однопоточными системами на базе спутниковых тарелок.

Важно, что система является не только теоретической разработкой

Система также обеспечивает еще одну необычную возможность: фокусировка энергии не только по направлению, но и по расстоянию. Традиционные антенны обычно направляют сигнал в определенном направлении. Зато ArrayLink способна локализовать энергию как по угловым координатам, так и по расстоянию, потенциально уменьшая помехи для других спутниковых систем.

«Команда провела реальные аппаратные эксперименты на частоте 27 ГГц, используя фазированные антенные решетки и программно-определяемые радиосистемы во время испытаний на открытом воздухе в условиях прямой видимости. Полученные результаты почти полностью совпали с теоретическими прогнозами и компьютерными симуляциями, подтвердив базовую физику этого подхода», — говорится в исследовании.

Исследователи также отмечают, что ArrayLink создавалась с акцентом на практичность. Вместо того, чтобы экзотического специализированного оборудования архитектура использует коммерчески доступные фазированные антенные системы, подобные тем, что уже массово производятся для терминалов спутникового интернета.

«Возможно, самое интересное то, что команда считает возможным будущее развертывание таких массивов непосредственно на существующих башнях сотовой связи 5G. Поскольку эти башни уже имеют электропитание, волоконно-оптические каналы связи и арендованные площадки, они фактически могут одновременно выполнять роль наземных спутниковых станций», — заключает New Atlas.

Хотя ArrayLink пока остается экспериментальной системой, а испытания на реальных орбитальных спутниках еще впереди, исследователи продолжают совершенствовать технологию и изучать вызовы, связанные с ее масштабным внедрением.

Интернет по воздуху: новое устройство Taara Beam передает 25 Гбит/с с помощью инфракрасного света

Источник: New Atlas

Технології