Villaggio globale possibile

di David J. Whalen

Tra 500 anni, quando l’umanità guarderà indietro all’alba dei viaggi spaziali, lo sbarco di Apollo sulla Luna nel 1969 potrebbe essere l’unico evento ricordato. Allo stesso tempo, tuttavia, Lyndon B. Johnson, egli stesso un avido promotore del programma spaziale, riteneva che i satelliti di ricognizione da soli giustificassero ogni centesimo speso per lo spazio. Le previsioni del tempo hanno subito una rivoluzione grazie alla disponibilità di immagini dai satelliti meteorologici geostazionari, immagini che vediamo ogni giorno in televisione. Tutti questi sono aspetti importanti dell’era spaziale, ma le comunicazioni satellitari hanno probabilmente avuto più effetto di tutti gli altri sulla persona media. Le comunicazioni satellitari sono anche l’unica tecnologia spaziale veramente commerciale, che genera miliardi di dollari all’anno in vendite di prodotti e servizi.

La tecnologia da un miliardo di dollari

Nell’autunno del 1945 un ufficiale elettronico della RAF e membro della British Interplanetary Society, Arthur C. Clarke, scrisse un breve articolo su Wireless World che descriveva l’uso di satelliti con equipaggio in orbite di 24 ore sopra le masse terrestri del mondo per distribuire programmi televisivi. Il suo articolo apparentemente ebbe poco effetto duraturo, nonostante Clarke abbia ripetuto la storia nel suo The Exploration of Space del 1951/52. Forse la prima persona a valutare attentamente le varie opzioni tecniche nelle comunicazioni via satellite e le prospettive finanziarie fu John R. Pierce dei Bell Telephone Laboratories della AT&T che, in un discorso del 1954 e in un articolo del 1955, elaborò l’utilità di uno “specchio” di comunicazione nello spazio, un “ripetitore” in orbita media e un “ripetitore” in orbita 24 ore. Confrontando la capacità di comunicazione di un satellite, che egli stimava in 1.000 chiamate telefoniche simultanee, e la capacità di comunicazione del primo cavo telefonico transatlantico (TAT-1), che poteva portare 36 chiamate telefoniche simultanee al costo di 30-50 milioni di dollari, Pierce si chiedeva se un satellite valesse un miliardo di dollari.

Dopo il lancio dello Sputnik I nel 1957, molti considerarono i benefici, i profitti e il prestigio associati alle comunicazioni via satellite. A causa dei timori del Congresso di “duplicazione”, la NASA si limitò ad esperimenti con “specchi” o satelliti di comunicazione “passivi” (ECHO), mentre il Dipartimento della Difesa era responsabile dei satelliti “ripetitori” o “attivi” che amplificano il segnale ricevuto al satellite, fornendo comunicazioni di qualità molto più elevata. Nel 1960 AT&T presentò alla Commissione Federale delle Comunicazioni (FCC) il permesso di lanciare un satellite sperimentale per le comunicazioni al fine di implementare rapidamente un sistema operativo. Il governo degli Stati Uniti reagì con sorpresa – non c’era nessuna politica in atto per aiutare l’esecuzione delle molte decisioni relative alla proposta AT&T. A metà del 1961, la NASA aveva assegnato un contratto competitivo alla RCA per costruire un satellite di comunicazione attivo in orbita media (4.000 miglia di altezza) (RELAY); AT&T stava costruendo il proprio satellite in orbita media (TELSTAR) che la NASA avrebbe lanciato su una base costo-rimborsabile; e la NASA aveva assegnato un contratto a fonte unica alla Hughes Aircraft Company per costruire un satellite 24 ore (20.000 miglia di altezza) (SYNCOM). Il programma militare, ADVENT, fu cancellato un anno dopo a causa della complessità del veicolo spaziale, del ritardo nella disponibilità del lanciatore e del superamento dei costi.

Nel 1964, due TELSTAR, due RELAY e due SYNCOM avevano operato con successo nello spazio. Questa tempistica fu fortunata perché la Communications Satellite Corporation (COMSAT), formata come risultato del Communications Satellite Act del 1962, era in procinto di stipulare un contratto per il suo primo satellite. La capitalizzazione iniziale di COMSAT di 200 milioni di dollari era considerata sufficiente per costruire un sistema di decine di satelliti in orbita media. Per una serie di ragioni, compresi i costi, COMSAT alla fine scelse di rifiutare l’offerta congiunta AT&T/RCA di un satellite in orbita media che incorporasse il meglio di TELSTAR e RELAY. Scelsero il satellite in orbita 24 ore (geosincrono) offerto da Hughes Aircraft Company per i loro primi due sistemi e un satellite geosincrono TRW per il loro terzo sistema. Il 6 aprile 1965 il primo satellite di COMSAT, EARLY BIRD, fu lanciato da Cape Canaveral. Le comunicazioni satellitari globali erano iniziate.

Il Villaggio Globale: Comunicazioni internazionali

Alcuni scorci del Villaggio Globale erano già stati forniti durante gli esperimenti con TELSTAR, RELAY e SYNCOM. Questi avevano incluso la trasmissione di parti delle Olimpiadi di Tokyo del 1964. Anche se COMSAT e i veicoli di lancio e i satelliti iniziali erano americani, altri paesi erano stati coinvolti fin dall’inizio. AT&T aveva inizialmente negoziato con i suoi “partner” europei del cavo telefonico per costruire stazioni di terra per la sperimentazione TELSTAR. La NASA aveva ampliato questi negoziati per includere la sperimentazione RELAY e SYNCOM. Al momento del lancio di EARLY BIRD, le stazioni di terra per le comunicazioni esistevano già nel Regno Unito, Francia, Germania, Italia, Brasile e Giappone. Ulteriori negoziati nel 1963 e 1964 portarono ad una nuova organizzazione internazionale, che alla fine avrebbe assunto la proprietà dei satelliti e la responsabilità della gestione del sistema globale. Il 20 agosto 1964 furono firmati gli accordi che crearono l’Organizzazione Internazionale delle Telecomunicazioni via Satellite (INTELSAT).

Entro la fine del 1965, EARLY BIRD aveva fornito 150 “mezzi circuiti” telefonici e 80 ore di servizio televisivo. La serie INTELSAT II era una versione leggermente più capace e più longeva di EARLY BIRD. Gran parte dell’uso iniziale del sistema COMSAT/INTELSAT fu quello di fornire circuiti per la rete di comunicazioni NASA (NASCOM). La serie INTELSAT III fu la prima a fornire la copertura dell’Oceano Indiano per completare la rete globale. Questa copertura fu completata pochi giorni prima che mezzo miliardo di persone guardassero APOLLO 11 atterrare sulla luna il 20 luglio 1969.

Da poche centinaia di circuiti telefonici e una manciata di membri nel 1965, INTELSAT è cresciuta fino ad un sistema attuale con più membri delle Nazioni Unite e la capacità di fornire centinaia di migliaia di circuiti telefonici. Il costo per i vettori per circuito è passato da quasi 100.000 dollari a poche migliaia di dollari. Il costo per i consumatori è passato da oltre 10 dollari al minuto a meno di 1 dollaro al minuto. Se si includono gli effetti dell’inflazione, si tratta di una diminuzione enorme! INTELSAT fornisce servizi a tutto il mondo, non solo alle nazioni industrializzate.

Ciao Guam: Comunicazioni domestiche

Nel 1965, la ABC propose un sistema satellitare domestico per distribuire segnali televisivi. La proposta sprofondò nell’oblio temporaneo, ma nel 1972 TELESAT CANADA lanciò il primo satellite di comunicazione nazionale, ANIK, per servire la vasta area continentale canadese. La RCA affittò prontamente i circuiti sul satellite canadese fino a quando non fu in grado di lanciare un proprio satellite. Il primo satellite di comunicazione nazionale statunitense fu WESTAR I della Western Union, lanciato il 13 aprile 1974. Nel dicembre dell’anno successivo la RCA lanciò il suo RCA SATCOM F- 1. All’inizio del 1976 AT&T e COMSAT lanciarono il primo della serie COMSTAR. Questi satelliti furono usati per la voce e i dati, ma molto rapidamente la televisione divenne uno degli utenti principali. Alla fine del 1976 c’erano 120 transponder disponibili sopra gli Stati Uniti, ognuno in grado di fornire 1500 canali telefonici o un canale televisivo. Molto rapidamente i “canali cinematografici” e le “super stazioni” erano disponibili per la maggior parte degli americani. La drammatica crescita della TV via cavo non sarebbe stata possibile senza un metodo economico di distribuzione del video.

I due decenni successivi hanno visto alcuni cambiamenti: Western Union non c’è più; Hughes è ora un operatore satellitare oltre che un produttore; AT&T è ancora un operatore satellitare, ma non più in partnership con COMSAT; GTE, originariamente in squadra con Hughes nei primi anni ’60 per costruire e gestire un sistema globale è ora un importante operatore satellitare nazionale. La televisione domina ancora le comunicazioni satellitari nazionali, ma i dati sono cresciuti enormemente con l’avvento dei terminali ad apertura molto piccola (VSAT). Piccole antenne, sia TV-Receive Only (TVRO) che VSAT sono un luogo comune in tutto il paese.

Nuova tecnologia

Il primo grande progetto di satellite geosincrono fu il satellite di comunicazione ADVENT del Dipartimento della Difesa. Era stabilizzato su tre assi piuttosto che in rotazione. Aveva un’antenna che dirigeva la sua energia radio verso la terra. Era piuttosto sofisticato e pesante. Con 500-1000 libbre poteva essere lanciato solo dal veicolo di lancio ATLAS- CENTAUR. ADVENT non volò mai, principalmente perché lo stadio CENTAUR non era completamente affidabile fino al 1968, ma anche a causa di problemi con il satellite. Quando il programma fu cancellato nel 1962 fu visto come la campana a morto per i satelliti geosincroni, la stabilizzazione a tre assi, l’ATLAS-CENTAUR e i complessi satelliti di comunicazione in generale. I satelliti geosincroni divennero una realtà nel 1963, e divennero l’unica scelta nel 1965. Anche le altre caratteristiche di ADVENT divennero comuni negli anni seguenti.

Nei primi anni ’60, missili balistici intercontinentali convertiti (ICBM) e missili balistici a raggio intermedio (IRBM) furono usati come veicoli di lancio. Tutti questi avevano un problema comune: erano progettati per portare un oggetto sulla superficie terrestre, non per mettere un oggetto in orbita. Gli stadi superiori dovevano essere progettati per fornire un delta-Vee (cambio di velocità) all’apogeo per far circolare l’orbita. I veicoli di lancio DELTA, che hanno messo in orbita tutti i primi satelliti di comunicazione, erano dei THOR IRBM che usavano lo stadio superiore VANGUARD per fornire questo delta-Vee. Fu riconosciuto che il DELTA era relativamente piccolo e fu iniziato un progetto per sviluppare CENTAUR, uno stadio superiore ad alta energia per l’ICBM ATLAS. ATLAS-CENTAUR divenne affidabile nel 1968 e la quarta generazione di satelliti INTELSAT utilizzò questo veicolo di lancio. La quinta generazione ha usato ATLAS-CENTAUR e un nuovo veicolo di lancio, l’ARIANE europeo. Da allora sono entrate sul mercato altre voci, tra cui il veicolo di lancio russo PROTON e il cinese LONG MARCH. Tutti sono in grado di lanciare satelliti quasi trenta volte il peso dell’EARLY BIRD.

A metà degli anni ’70 sono stati costruiti diversi satelliti con stabilizzazione a tre assi. Erano più complessi degli spinner, ma fornivano più superficie di despun per montare le antenne e rendevano possibile l’impiego di array solari molto grandi. Maggiore è la massa e la potenza, maggiore sembra essere il vantaggio della stabilizzazione a tre assi. Forse l’indicazione più sicura del successo di questa forma di stabilizzazione è stato il passaggio di Hughes, strettamente identificato con i satelliti rotanti, a questa forma di stabilizzazione nei primi anni 1990. Gli ultimi prodotti dei produttori di SYNCOM sembrano abbastanza simili allo screditato design ADVENT della fine degli anni ’50.

Molto della tecnologia per i satelliti di comunicazione esisteva nel 1960, ma sarebbe stata migliorata con il tempo. Il componente di base delle comunicazioni del satellite era il tubo ad onde viaggianti (TWT). Questi erano stati inventati in Inghilterra da Rudoph Kompfner, ma erano stati perfezionati ai Bell Labs da Kompfner e J. R. Pierce. Tutti e tre i primi satelliti usavano TWT costruiti da un ex allievo dei Bell Labs. Questi primi tubi avevano una potenza di uscita di appena 1 watt. Oggi sono disponibili TWT di maggiore potenza (50-300 watt) per i servizi satellitari standard e per applicazioni di trasmissione diretta. Un miglioramento ancora più importante fu l’uso di antenne ad alto guadagno. Concentrare l’energia di un trasmettitore da 1 watt sulla superficie della terra equivale ad avere un trasmettitore da 100 watt che irradia in tutte le direzioni. Concentrare questa energia sugli Stati Uniti orientali è come avere un trasmettitore da 1000 watt che irradia in tutte le direzioni. L’effetto principale di questo aumento di potenza effettiva e reale è che le stazioni di terra non sono più riflettori a parabola di 100 piedi con amplificatori maser raffreddati criogenicamente che costano fino a 10 milioni di dollari (1960 dollari) da costruire. Le antenne per i normali servizi satellitari sono tipicamente riflettori a parabola di 15 piedi che costano 30.000 dollari (1990 dollari). Le antenne per la trasmissione diretta avranno solo un piede di diametro e costeranno poche centinaia di dollari.

Servizi mobili

Nel febbraio del 1976 COMSAT lanciò un nuovo tipo di satellite, MARISAT, per fornire servizi mobili alla Marina degli Stati Uniti e altri clienti marittimi. Nei primi anni ’80 gli europei lanciarono la serie MARECS per fornire gli stessi servizi. Nel 1979 l’Organizzazione Marittima Internazionale delle Nazioni Unite sponsorizzò la creazione dell’Organizzazione Internazionale dei Satelliti Marittimi (INMARSAT) in modo simile a INTELSAT. INMARSAT inizialmente affittò i transponder dei satelliti MARISAT e MARECS, ma nell’ottobre del 1990 lanciò il primo dei propri satelliti, INMARSAT II F-1. La terza generazione, INMARSAT III, è già stata lanciata.

Un satellite aeronautico è stato proposto a metà degli anni 70. Un contratto è stato assegnato alla General Electric per costruire il satellite, ma è stato annullato – INMARSAT ora fornisce questo servizio. Sebbene INMARSAT sia stato inizialmente concepito come un metodo per fornire un servizio telefonico e servizi di monitoraggio del traffico sulle navi in mare, ha fornito molto di più. Il giornalista con un telefono a valigetta è stato onnipresente per qualche tempo, ma la guerra del Golfo ha portato questa tecnologia all’attenzione del pubblico.

Gli Stati Uniti e il Canada hanno discusso per qualche tempo un satellite mobile nordamericano. Nel prossimo anno il primo satellite MSAT, a cui collaborano AMSC (Stati Uniti) e TMI (Canada), sarà lanciato fornendo un servizio di telefonia mobile via satellite a tutto il Nord America.

Competizione

Nel 1965, quando fu lanciato EARLY BIRD, il satellite forniva quasi 10 volte la capacità dei cavi telefonici sottomarini per quasi 1/10 del prezzo. Questa differenza di prezzo è stata mantenuta fino alla posa del TAT-8 alla fine degli anni ’80. Il TAT-8 è stato il primo cavo in fibra ottica posato attraverso l’Atlantico. I satelliti sono ancora competitivi con il cavo per le comunicazioni punto a punto, ma il vantaggio futuro potrebbe risiedere nel cavo a fibre ottiche. I satelliti mantengono ancora due vantaggi rispetto al cavo: sono più affidabili e possono essere usati punto-multipunto (trasmissione).

I sistemi di telefonia cellulare si sono imposti come sfida a tutti gli altri tipi di telefonia. È possibile piazzare un sistema cellulare in un paese in via di sviluppo ad un prezzo molto ragionevole. Le chiamate a lunga distanza richiedono qualche altra tecnologia, ma questa può essere il satellite o la fibra ottica.

I sistemi LEO

La telefonia cellulare ci ha portato un nuovo “sistema” tecnologico — il sistema di comunicazione personale (PCS). Nel PCS completamente sviluppato, l’individuo porterebbe il suo telefono con sé. Questo telefono potrebbe essere usato per la voce o per i dati e sarebbe utilizzabile ovunque. Diverse compagnie si sono impegnate a fornire una versione di questo sistema usando satelliti in orbite terrestri basse (LEO). Queste orbite sono significativamente più basse delle orbite TELSTAR/RELAY dei primi anni ’60. I primi satelliti “low-orbit” erano in orbite ellittiche che li portavano attraverso la fascia di radiazione di van Allen inferiore. I nuovi sistemi saranno in orbite a circa 500 miglia, sotto la cintura.

Il più ambizioso di questi sistemi LEO è Iridium, sponsorizzato da Motorola. Iridium prevede di lanciare 66 satelliti in orbita polare ad altitudini di circa 400 miglia. Ognuno dei sei piani orbitali, separati da 30 gradi intorno all’equatore, conterrà undici satelliti. Iridium aveva originariamente previsto di avere 77 satelliti, da cui il suo nome. L’elemento 66 ha il nome meno piacevole di disprosio. L’Iridium prevede di fornire servizi di comunicazione ai telefoni portatili nel 1998. Il costo totale del sistema Iridium supera di gran lunga i tre miliardi di dollari.

Oltre ai “grandi LEOS” come Iridium e Globalstar, ci sono diversi “piccoli Leo”. Queste compagnie prevedono di offrire servizi più limitati, tipicamente dati e radiodeterminazione. Tipico di questi è ORBCOM che ha già lanciato un satellite sperimentale e prevede di offrire un servizio limitato in un futuro molto prossimo.

Prospettiva e Retrospettiva

La visione di Arthur C. Clarke del 1945 era quella di un sistema di tre satelliti “con equipaggio” posizionati sopra le maggiori masse terrestri della terra e che fornissero una televisione a diffusione diretta. L’intrinseca natura “broadcast” delle comunicazioni satellitari ha reso la trasmissione diretta un tema ricorrente, ma mai portato a compimento. I problemi non sono tecnici, ma politici, sociali e artistici. Per cosa la gente sarà disposta a pagare? Questa è la domanda, specialmente con la disponibilità di sistemi via cavo a 120 canali. Hughes sta apparentemente per entrare in questo campo e potrebbe incoraggiare altri a fare lo stesso. Solo allora si realizzerà la visione profetica di Clarke.

Ci sono attualmente sei compagnie che forniscono servizi satellitari fissi negli Stati Uniti: GE Americom, Alascom, AT&T, COMSAT, GTE e Hughes Communications. Gestiscono 36 satelliti con un valore netto di oltre quattro miliardi di dollari. Le stazioni di terra che comunicano con questi satelliti sono innumerevoli e possono avere un valore netto simile. INTELSAT ha avuto concorrenza nel mercato internazionale da Pan American Satellite dal 1986. Orion Satellite dovrebbe iniziare il servizio internazionale nel 1994. Da quando il Canada ha iniziato il servizio satellitare nazionale nel 1972, questo paese è stato raggiunto dagli Stati Uniti (1974), Indonesia (1976), Giappone (1978), India (1982), Australia (1985), Brasile (1985), Messico (1985), e molti altri. Ogni anno vengono lanciati 10-20 satelliti di comunicazione per un valore di circa 75 milioni di dollari ciascuno. I veicoli di lancio che li mettono in orbita hanno valori simili. Sia i satelliti che i veicoli di lancio sono business multimiliardari. Il business delle stazioni terrestri è altrettanto grande. Infine i servizi di comunicazione stessi sono business multimiliardari. John R. Pierce aveva ragione: varrebbe un miliardo di dollari.

Cronologia selettiva delle comunicazioni via satellite

  • 1945 Articolo di Arthur C. Clarke: “Extra-Terrestrial Relays”
  • 1955 John R. Pierce Article: “Orbital Radio Relays”
  • 1956 Primo cavo telefonico transatlantico: TAT-1
  • 1957 Sputnik: La Russia lancia il primo satellite terrestre.
  • 1960 Primo veicolo di lancio DELTA di successo
  • 1960 AT&T fa domanda alla FCC per la licenza di comunicazione satellitare sperimentale
  • 1961 Inizio formale dei programmi TELSTAR, RELAY e SYNCOM
  • 1962 Lancio di TELSTAR e RELAY
  • 1962 Communications Satellite Act (USA)
  • 1963 Lancio di SYNCOM
  • 1964 Costituzione di INTELSAT
  • 1965 EARLY BIRD di COMSAT: 1° satellite commerciale per le comunicazioni
  • 1969 La serie INTELSAT-III fornisce una copertura globale
  • 1972 ANIK: 1° satellite domestico per le comunicazioni (Canada)
  • 1974 WESTAR: 1° satellite statunitense per le comunicazioni
  • 1972S. Domestic Communications Satellite
  • 1975 INTELSAT-IVA: 1° uso della doppia polarizzazione
  • 1975 RCA SATCOM: 1° satellite di comunicazione operativo con corpo stabilizzato
  • 1976 MARISAT: 1° satellite per comunicazioni mobili
  • 1976 PALAPA: 3° paese (Indonesia) a lanciare un satellite per comunicazioni nazionali
  • 1979 INMARSAT formato.
  • 1988 TAT-8: 1° cavo telefonico transatlantico a fibra ottica