Internetul prin satelit: cum funcționează orbita joasă

Internetul prin satelit pe orbită joasă funcționează cu mii de sateliți mici care zboară la câteva sute de kilometri deasupra Pământului, mult mai aproape decât sateliții clasici de comunicații, aflați la aproximativ 36.000 km. O antenă plată de pe acoperișul tău trimite și primește date de la satelitul care trece în acel moment pe deasupra, iar satelitul le transmite mai departe, spre o stație de la sol conectată la internet sau spre alți sateliți. Pentru că distanța este mult mai mică, întârzierea scade de la peste jumătate de secundă la câteva zeci de milisecunde, comparabil cu multe conexiuni terestre.

Tehnologia a schimbat felul în care se pot conecta locurile izolate: o cabană montană, o fermă departe de sat, o navă sau o zonă afectată de o catastrofă. Are însă limite clare de capacitate, de vreme și de vizibilitate a cerului și ridică întrebări despre aglomerarea orbitelor. Mai jos vezi cum funcționează sistemul, de ce are nevoie de atât de mulți sateliți și când merită luat în calcul.

Cum funcționează, pe scurt, internetul prin satelit

Orice sistem de internet prin satelit are trei componente: terminalul de la utilizator, satelitul din spațiu și stația de la sol care leagă sistemul de restul internetului. Drumul unei cereri arată astfel:

1. Routerul tău trimite cererea spre terminalul de utilizator, adică antena de pe acoperiș sau din curte.
2. Antena transmite cererea, prin unde radio, spre satelitul vizibil în acel moment.
3. Satelitul o retransmite spre o stație de sol (gateway), aflată de obicei la câteva sute de kilometri, care este conectată prin fibră optică la internet.
4. De acolo, cererea merge pe rutele obișnuite până la serverul site-ului, iar răspunsul face drumul invers.

La sistemele moderne, al treilea pas poate include și legături laser între sateliți: datele sar din satelit în satelit până la unul aflat deasupra unei stații de sol, ceea ce permite acoperirea oceanelor și a zonelor polare. Restul drumului, de la stația de sol până la server, este cel descris în ghidul despre cum funcționează internetul.

Orbitele: de ce contează altitudinea

Altitudinea orbitei determină aproape tot: latența, numărul de sateliți necesari și durata de viață a fiecăruia. Sateliții de comunicații folosesc trei familii de orbite.

Satelitul geostaționar se rotește odată cu Pământul, deci pare fix pe cer, iar antena poate fi orientată o singură dată. Dezavantajul este distanța: semnalul parcurge de patru ori aproximativ 36.000 km (de la tine la satelit, de la satelit la stația de sol și înapoi), adică peste 140.000 km, ceea ce înseamnă aproape o jumătate de secundă doar pentru propagare, înainte de orice altă întârziere.

Pe orbita joasă, la o altitudine de ordinul a 500 km, aceeași călătorie are doar câteva mii de kilometri, iar propagarea durează câteva milisecunde. Latența totală ajunge la câteva zeci de milisecunde, pentru că se adaugă procesarea, comutarea între sateliți și drumul terestru. Ce înseamnă aceste valori pentru jocuri, apeluri video sau navigare este explicat în ghidul despre latență și lățime de bandă.

Exemplu din viața de zi cu zi: GPS-ul

Orbitele medii sunt folosite de sistemele de navigație prin satelit, care zboară la aproximativ 20.000 km. Funcția lor este diferită: nu transportă internet, ci emit semnale de timp pe baza cărora telefonul își calculează poziția, cum vezi în GPS-ul: cum îți află telefonul poziția pe hartă.

De ce sunt necesari mii de sateliți

Un satelit pe orbită joasă vede în fiecare moment doar o porțiune limitată din suprafața Pământului și se mișcă foarte repede, așa că rămâne deasupra ta doar câteva minute. La o altitudine de câteva sute de kilometri, un satelit înconjoară Pământul în aproximativ o oră și jumătate, cu o viteză de peste 7 km pe secundă.

Pentru ca, în orice moment, deasupra fiecărui utilizator să existe cel puțin un satelit vizibil, e nevoie de o constelație: sute sau mii de sateliți, așezați pe mai multe planuri orbitale înclinate diferit. Când satelitul curent coboară spre orizont, conexiunea trece automat la următorul, operațiune numită transfer (handover), care se repetă de multe ori pe oră, fără ca utilizatorul să observe.

Constelațiile se construiesc treptat, prin lansări repetate. Acoperirea și capacitatea cresc pe măsură ce se adaugă sateliți, iar zonele de latitudini medii, cum este Europa, sunt de obicei printre primele bine acoperite.

Antena care urmărește sateliții fără să se miște

Terminalul de utilizator folosește o antenă cu rețea fazată (phased array): o placă plată cu sute de elemente radio mici, fiecare controlat electronic. Prin decalarea fină a momentului în care emite fiecare element, antena își orientează fasciculul spre satelit fără nicio piesă în mișcare și trece de la un satelit la altul în fracțiuni de secundă.

Principiul este înrudit cu formarea fasciculului folosită de antenele rețelelor mobile moderne, descrise în Rețelele 5G: ce aduc diferit față de rețelele 4G. Câteva lucruri practice despre antenă:

• are nevoie de vedere liberă spre o porțiune largă a cerului, nu doar spre un punct, pentru că sateliții se mișcă;
• copacii, coșurile de fum, clădirile înalte sau un versant de munte pot produce întreruperi scurte, dar repetate;
• consumă mai multă energie decât un router obișnuit, aspect important în locurile alimentate din panouri solare sau generatoare;
• iarna, unele modele își încălzesc suprafața ca să topească zăpada.

Sfat: Înainte de montare, verifică obstacolele cu aplicația furnizorului, care analizează cerul din locul ales prin camera telefonului. Montajul pe un catarg sau pe coama acoperișului, deasupra copacilor, reduce mult întreruperile scurte care deranjează apelurile video.

Legăturile laser dintre sateliți

Generațiile mai noi de sateliți comunică între ei prin fascicule laser, în vidul spațiului, unde lumina circulă cu viteza ei maximă. Asta are două efecte importante:

1. Acoperire fără stații de sol în apropiere: un utilizator aflat pe o navă în mijlocul oceanului sau într-o regiune fără infrastructură poate fi deservit, pentru că datele lui călătoresc prin mai mulți sateliți până la o stație de sol îndepărtată.
2. Trasee potențial mai scurte pe distanțe foarte lungi: în vid, lumina este cu aproximativ o treime mai rapidă decât în sticla fibrei optice, iar ruta poate fi mai directă decât cea a cablurilor, care urmează coastele.

În practică, capacitatea legăturilor laser este mult mai mică decât a cablurilor submarine, care rămân principala cale pentru traficul dintre continente, cum explicăm în articolul despre cablurile submarine.

Performanțe reale și limite

Internetul pe orbită joasă oferă viteze și latențe comparabile cu multe conexiuni terestre de bandă largă, dar cu variații mai mari și cu o capacitate totală limitată pe fiecare zonă. Principalele limite sunt:

• Capacitatea împărțită pe celulă: fiecare satelit deservește o zonă, iar utilizatorii din zona respectivă împart capacitatea lui. În zonele cu mulți abonați, viteza scade la orele de vârf, iar unii furnizori limitează numărul de clienți pe zonă.
• Vremea: ploile torențiale și zăpada umedă atenuează semnalul radio la frecvențele folosite, ceea ce poate reduce temporar viteza.
• Obstacolele: orice blocare a cerului produce întreruperi de câteva secunde, deranjante mai ales la apeluri.
• Încărcarea: viteza de trimitere a datelor este de obicei mult mai mică decât cea de primire.
• Variația latenței: pe măsură ce sateliții se mișcă și conexiunea se transferă, latența fluctuează mai mult decât pe fibră.

Pentru o comparație corectă, gândește-te la locul concret: într-un oraș cu fibră, satelitul nu are niciun avantaj; într-un sat de munte fără cablu și cu semnal mobil slab, poate fi singura conexiune de bandă largă disponibilă.

Unde are sens internetul prin satelit

Internetul prin satelit pe orbită joasă este o soluție pentru locurile pe care infrastructura terestră nu le acoperă sau le acoperă prost. În România, exemplele tipice sunt:

• casele și fermele izolate, departe de rețelele de fibră și cu semnal mobil slab;
• cabanele și stânele din zonele montane;
• zone greu accesibile, precum unele localități din Delta Dunării;
• șantierele temporare, evenimentele în aer liber, rulotele și ambarcațiunile;
• conexiunea de rezervă pentru firme sau instituții care nu își permit întreruperi;
• intervențiile în situații de urgență, când rețelele terestre sunt afectate de inundații, cutremure sau alunecări de teren.

Se dezvoltă și conexiunea directă între sateliți și telefoane obișnuite, pentru mesaje de urgență și, treptat, pentru servicii de date simple, în zonele fără acoperire mobilă.

Important: Înainte de a încheia un abonament, citește atent condițiile: perioada contractuală, politica de utilizare corectă, ce se întâmplă cu viteza la consum mare, dacă terminalul poate fi folosit și în alte locații și ce garanție are echipamentul. Pentru nelămuriri despre drepturile tale ca utilizator de servicii de comunicații, poți consulta informațiile publicate de ANCOM.

Problemele ridicate de constelațiile mari

Constelațiile cu mii de sateliți schimbă radical aglomerarea orbitei joase și ridică probleme reale, discutate de agenții spațiale, astronomi și organisme internaționale:

• Deșeurile spațiale și riscul de coliziune: cu cât sunt mai mulți sateliți, cu atât trebuie făcute mai des manevre de evitare. Un impact poate crea mii de fragmente periculoase pentru alți sateliți.
• Retragerea controlată: pe orbite foarte joase, frecarea cu urmele de atmosferă trage sateliții în jos în câțiva ani, iar la final ei ard la reintrare. Este un avantaj față de orbitele înalte, unde obiectele scoase din uz rămân pe orbită foarte mult timp, dar înseamnă și înlocuiri frecvente, deci lansări repetate.
• Astronomia: sateliții reflectă lumina Soarelui și lasă dâre pe imaginile telescoapelor, mai ales la scurt timp după apus și înainte de răsărit. Operatorii au introdus tratamente care reduc strălucirea, dar problema nu a dispărut.
• Spectrul radio: emisiile pot interfera cu radioastronomia și cu alte servicii, motiv pentru care frecvențele sunt coordonate internațional prin Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor.

Recapitulare: orbita joasă pe înțeles

Internetul prin satelit pe orbită joasă aduce sateliții de la circa 36.000 km la câteva sute de kilometri, reducând latența de la peste o jumătate de secundă la câteva zeci de milisecunde. Prețul este numărul mare de sateliți: fiecare trece pe deasupra în câteva minute, așa că acoperirea continuă cere constelații de mii, iar antenele de la sol îi urmăresc electronic. Sistemul este excelent pentru locuri izolate și ca rezervă, dar are capacitate limitată pe zonă, e sensibil la obstacole și la vreme și ridică probleme de aglomerare a orbitei.

De reținut:

• orbita joasă înseamnă câteva sute de km altitudine și latență de câteva zeci de ms;
• un satelit geostaționar adaugă peste o jumătate de secundă la fiecare drum dus-întors;
• antena are nevoie de vedere liberă spre o porțiune mare de cer;
• legăturile laser dintre sateliți permit acoperirea oceanelor și a zonelor fără stații de sol;
• cablurile de fibră rămân mult mai performante acolo unde există.