Šimtai kilometrų iki palydovo, tačiau internetas veikia akimirksniu: kaip tai įmanoma?

Nuošaliame miške stovintis namas ir ant stogo pritvirtinta palydovinė lėkštė, siunčianti interneto signalą į 550 kilometrų aukštyje skriejantį palydovą – tai jau nebe mokslinė fantastika, o „Starlink“ kasdienybė. Šią sistemą leidžia veikti ne tik galingi palydovai, bet ir itin sudėtinga lėkštės, vadinamos Dishy, vidinė konstrukcija.

Skirtingai nuo tradicinės televizijos lėkštės, kuri pasyviai priima signalą iš 35 tūkst. kilometrų aukštyje esančių palydovų, „Starlink“ lėkštė tiek siunčia, tiek priima duomenis ir tai daro su itin mažu, maždaug 20 milisekundžių, vėlavimu.

1280 antenų vienoje lėkštėje

Atidarius Dishy vidų, matyti didžiulė spausdintinė plokštė su šimtais mikroschemų ir apie 1 280 mažų antenų, išdėstytų korio principu. Kiekviena jų yra sudėtinga daugiasluoksnė „lopinė“ antena, dirbanti 11–13 gigahercų dažnių ruože.

Kai į vienos antenos maitinimo takelį paduodamas didelio dažnio signalas, elektronai joje ima virpėti ir sukuria kintančius elektrinius bei magnetinius laukus. Šie laukai toliau plinta kaip elektromagnetinė banga, kurios kryptį ir stiprumą galima valdyti keičiant signalo įtampą ir fazę.

Tokia antena gali veikti ir atvirkščiai – priimti iš palydovo atsklindančią bangą. Tuomet bangos elektrinis laukas sužadina elektronų judėjimą lėkštėje, o gautas labai silpnas signalas sustiprinamas specialiuose priekinės grandies moduliuose.

Siauras spindulys ir nematomas „sekimas“

Vienos antenos galios neužtektų ryšiui su kosmosu, todėl visos 1 280 antenų veikia kaip fazinė gardelė. Jų bangos susidurdamas erdvėje sudaro konstruktinės ir destrukcinės interferencijos raštą – vienoje kryptį susiformuoja labai stiprus pagrindinis spindulys, kitomis kryptimis energija slopsta.

Norint šį spindulį pasukti reikiama kryptimi, kiekvienai antenai milžinišku tikslumu pakeičiama fazė. Taip lyg nematomu objektyvu spindulys nukreipiamas į konkrečią vietą danguje, kur tuo metu yra palydovas, judantis maždaug 27 000 kilometrų per valandą greičiu.

Lėkštės programinė įranga nuolat skaičiuoja palydovo padėtį, remdamasi jo orbitų duomenimis ir pačios lėkštės GPS koordinatėmis. Kas kelias mikrosekundes atnaujinami fazių nustatymai, todėl nereikia jokių nuolat judančių mechaninių variklių, o spindulys gali būti tiksliai valdomas iki 100 laipsnių dangaus sektoriuje.

Kaip spindulyje telpa vaizdo įrašai

Ryšio tarp Dishy ir palydovo pagrindas – aukšto dažnio sinusinės bangos, tačiau jose kažkaip turi būti užkoduotas dvejetainis kodas. Tam naudojama kvadratinė amplitudės moduliacija 64QAM, kai kiekvienai skirtingai amplitudės ir fazės kombinacijai priskiriama po 6 dvejetainius bitus.

Tokiu būdu per sekundę galima perduoti apie 90 milijonų simbolių, arba maždaug 540 milijonų bitų. Šis srautas dalijamas tarp įkėlimo ir atsisiuntimo, todėl didžiąją laiko dalį lėkštė veikia priėmimo režimu, o likusią – siunčia jūsų užklausas į palydovą.

Viršuje šie bitai paverčiami interneto paketais ir, pavyzdžiui, vaizdo įrašais h.264 formatu. Iš naudotojo pusės visa ši sudėtinga fizika nematoma – jis mato tik tai, kad net atokioje sodyboje gali vienu metu be trukdžių žiūrėti kelis aukštos raiškos filmus.

Taip fazinės gardelės antenos, radijo dažnių inžinerija ir skaitmeninis kodavimas leidžia „Starlink“ sistemai sujungti Žemės paviršių ir šimtus kilometrų aukštyje skriejančius palydovus vienu siauru, bet nepaprastai tiksliu interneto spinduliu.