Satul global posibil

de David J. Whalen

În 500 de ani, când omenirea va privi înapoi la începuturile călătoriilor spațiale, aterizarea lui Apollo pe Lună în 1969 ar putea fi singurul eveniment amintit. În același timp, însă, Lyndon B. Johnson, el însuși un promotor fervent al programului spațial, a considerat că numai sateliții de recunoaștere justificau fiecare bănuț cheltuit pentru spațiu. Prognoza meteo a suferit o revoluție datorită disponibilității imaginilor de la sateliții meteorologici geostaționari – imagini pe care le vedem în fiecare zi la televizor. Toate acestea sunt aspecte importante ale erei spațiale, dar comunicațiile prin satelit au avut probabil mai mult efect decât oricare dintre celelalte asupra persoanei obișnuite. Comunicațiile prin satelit sunt, de asemenea, singura tehnologie spațială cu adevărat comercială – generând miliarde de dolari anual în vânzări de produse și servicii.

Tehnologia de un miliard de dolari

În toamna anului 1945, un ofițer de electronică al RAF și membru al Societății Interplanetare Britanice, Arthur C. Clarke, a scris un scurt articol în Wireless World care descria utilizarea sateliților cu echipaj uman pe orbite de 24 de ore, la mare înălțime deasupra maselor terestre ale lumii, pentru a distribui programe de televiziune. Se pare că articolul său nu a avut un efect durabil, în ciuda faptului că Clarke a repetat povestea în lucrarea sa din 1951/52, The Exploration of Space . Poate că prima persoană care a evaluat cu atenție diferitele opțiuni tehnice în domeniul comunicațiilor prin satelit și a evaluat perspectivele financiare a fost John R. Pierce de la AT&T’s Bell Telephone Laboratories care, într-un discurs din 1954 și într-un articol din 1955, a elaborat utilitatea unei „oglinzi” de comunicații în spațiu, a unui „repetor” pe orbită medie și a unui „repetor” pe orbită de 24 de ore. Comparând capacitatea de comunicații a unui satelit, pe care a estimat-o la 1.000 de apeluri telefonice simultane, și capacitatea de comunicații a primului cablu telefonic transatlantic (TAT-1), care putea transporta 36 de apeluri telefonice simultane la un cost de 30-50 de milioane de dolari, Pierce s-a întrebat dacă un satelit ar valora un miliard de dolari.

După lansarea Sputnik I în 1957, mulți s-au gândit la beneficiile, profiturile și prestigiul asociate cu comunicațiile prin satelit. Din cauza temerilor Congresului privind „dublarea”, NASA s-a limitat la experimente cu sateliți de comunicații „oglinzi” sau „pasivi” (ECHO), în timp ce Departamentul Apărării a fost responsabil pentru sateliții „repetori” sau „activi”, care amplifică semnalul recepționat la satelit – asigurând comunicații de o calitate mult mai bună. În 1960, AT&T a solicitat Comisiei Federale pentru Comunicații (FCC) permisiunea de a lansa un satelit de comunicații experimental în vederea implementării rapide a unui sistem operațional. Guvernul american a reacționat cu surprindere – nu exista o politică care să ajute la executarea numeroaselor decizii legate de propunerea AT&T. Până la jumătatea anului 1961, NASA atribuise un contract competitiv companiei RCA pentru construirea unui satelit de comunicații active pe orbită medie (4.000 de mile înălțime) (RELAY); AT&T își construia propriul satelit pe orbită medie (TELSTAR) pe care NASA urma să-l lanseze pe bază de rambursare a costurilor; iar NASA atribuise un contract cu sursă unică companiei Hughes Aircraft Company pentru construirea unui satelit de 24 de ore (20.000 de mile înălțime) (SYNCOM). Programul militar, ADVENT, a fost anulat un an mai târziu din cauza complexității navei spațiale, a întârzierilor în ceea ce privește disponibilitatea lansatorului și a depășirilor de costuri.

Până în 1964, două TELSTAR-uri, două RELAY-uri și două SYNCOM-uri au funcționat cu succes în spațiu. Această sincronizare a fost norocoasă deoarece Communications Satellite Corporation (COMSAT), formată ca urmare a Communications Satellite Act din 1962, era în curs de contractare pentru primul lor satelit. Capitalizarea inițială a COMSAT de 200 de milioane de dolari a fost considerată suficientă pentru a construi un sistem de zeci de sateliți pe orbită medie. Dintr-o serie de motive, inclusiv costurile, COMSAT a ales în cele din urmă să respingă oferta comună AT&T/RCA a unui satelit cu orbită medie care să încorporeze cele mai bune elemente ale TELSTAR și RELAY. Aceștia au ales satelitul pe orbită de 24 de ore (geosincron) oferit de Hughes Aircraft Company pentru primele două sisteme și un satelit geosincron TRW pentru al treilea sistem. La 6 aprilie 1965, primul satelit al COMSAT, EARLY BIRD, a fost lansat de la Cape Canaveral. Comunicațiile globale prin satelit au început.

Satul global: Comunicații Internaționale

Câteva imagini ale Satului Global fuseseră deja oferite în timpul experimentelor cu TELSTAR, RELAY și SYNCOM. Printre acestea se număra și televizarea unor părți din Jocurile Olimpice de la Tokyo din 1964. Deși COMSAT și vehiculele de lansare și sateliții inițiali au fost americani, alte țări au fost implicate încă de la început. AT&T a negociat inițial cu „partenerii” săi europeni din domeniul cablurilor telefonice pentru a construi stații terestre pentru experimentele TELSTAR. NASA a extins aceste negocieri pentru a include experimentele RELAY și SYNCOM. La momentul lansării EARLY BIRD, existau deja stații terestre de comunicații în Regatul Unit, Franța, Germania, Italia, Brazilia și Japonia. Negocierile ulterioare din 1963 și 1964 au avut ca rezultat o nouă organizație internațională, care, în cele din urmă, urma să preia proprietatea sateliților și responsabilitatea pentru gestionarea sistemului global. La 20 august 1964, au fost semnate acorduri care au creat Organizația Internațională de Telecomunicații prin Satelit (INTELSAT).

Până la sfârșitul anului 1965, EARLY BIRD a furnizat 150 de „jumătăți de circuit” telefonic și 80 de ore de servicii de televiziune. Seria INTELSAT II a fost o versiune ușor mai capabilă și cu o durată de viață mai lungă a EARLY BIRD. O mare parte din utilizarea timpurie a sistemului COMSAT/INTELSAT a constat în furnizarea de circuite pentru rețeaua de comunicații a NASA (NASCOM). Seria INTELSAT III a fost prima care a oferit acoperire în Oceanul Indian pentru a completa rețeaua globală. Această acoperire a fost finalizată cu doar câteva zile înainte ca o jumătate de miliard de oameni să urmărească aterizarea pe Lună a lui APOLLO 11 la 20 iulie 1969.

De la câteva sute de circuite telefonice și o mână de membri în 1965, INTELSAT a crescut până la un sistem actual cu mai mulți membri decât Națiunile Unite și cu capacitatea de a furniza sute de mii de circuite telefonice. Costul pentru operatorii de transport pentru fiecare circuit a scăzut de la aproape 100.000 de dolari la câteva mii de dolari. Costul pentru consumatori a scăzut de la peste 10 dolari pe minut la mai puțin de 1 dolar pe minut. Dacă se includ și efectele inflației, aceasta este o scădere extraordinară! INTELSAT oferă servicii pentru întreaga lume, nu doar pentru națiunile industrializate.

Bună ziua Guam: Comunicații interne

În 1965, ABC a propus un sistem intern de sateliți pentru distribuirea semnalelor de televiziune. Propunerea s-a scufundat într-o uitare temporară, dar în 1972 TELESAT CANADA a lansat primul satelit național de comunicații, ANIK, pentru a deservi vasta zonă continentală canadiană. RCA a închiriat cu promptitudine circuite pe satelitul canadian până când își va putea lansa propriul satelit. Primul satelit național de comunicații din SUA a fost WESTAR I al Western Union, lansat la 13 aprilie 1974. În luna decembrie a anului următor, RCA a lansat RCA SATCOM F- 1. La începutul anului 1976, AT&T și COMSAT au lansat primul satelit din seria COMSTAR. Acești sateliți au fost folosiți pentru voce și date, dar foarte repede televiziunea a devenit un utilizator important. Până la sfârșitul anului 1976 existau 120 de transpondere disponibile deasupra SUA, fiecare fiind capabil să furnizeze 1500 de canale telefonice sau un canal TV. Foarte repede, „canalele de filme” și „super posturi” au fost disponibile pentru majoritatea americanilor. Creșterea spectaculoasă a televiziunii prin cablu nu ar fi fost posibilă fără o metodă ieftină de distribuire a materialelor video.

Cele două decenii care au urmat au fost marcate de unele schimbări: Western Union nu mai există; Hughes este acum un operator de sateliți, precum și un producător; AT&T este încă un operator de sateliți, dar nu mai este în parteneriat cu COMSAT; GTE, care inițial a făcut echipă cu Hughes la începutul anilor 1960 pentru a construi și opera un sistem global, este acum un important operator național de sateliți. Televiziunea domină în continuare comunicațiile interne prin satelit, dar datele au crescut enorm odată cu apariția terminalelor cu deschidere foarte mică (VSAT). Antenele mici, fie că sunt de tip TV-Receive Only (TVRO) sau VSAT, sunt o priveliște obișnuită în toată țara.

Noile tehnologii

Primul proiect major de satelit geosincron a fost satelitul de comunicații ADVENT al Departamentului Apărării. Acesta era stabilizat pe trei axe în loc să se rotească. Avea o antenă care își direcționa energia radio către Pământ. Era destul de sofisticat și greu. Cu o greutate de 500-1000 de kilograme, putea fi lansat doar cu ajutorul vehiculului de lansare ATLAS- CENTAUR. ADVENT nu a zburat niciodată, în primul rând pentru că etapa CENTAUR nu a fost pe deplin fiabilă până în 1968, dar și din cauza unor probleme cu satelitul. Când programul a fost anulat, în 1962, a fost considerat ca fiind sfârșitul sateliților geosincronizați, al stabilizării pe trei axe, al ATLAS-CENTAUR și, în general, al sateliților de comunicații complexe. Sateliții geosincronici au devenit o realitate în 1963 și au devenit singura alegere în 1965. Celelalte caracteristici ADVENT au devenit, de asemenea, uzuale în anii care au urmat.

La începutul anilor 1960, rachetele balistice intercontinentale (ICBM) și rachetele balistice cu rază intermediară de acțiune (IRBM) convertite au fost folosite ca vehicule de lansare. Toate acestea aveau o problemă comună: au fost concepute pentru a livra un obiect la suprafața Pământului, nu pentru a plasa un obiect pe orbită. Etapele superioare trebuiau să fie proiectate pentru a asigura o delta-Vee (schimbare de viteză) la apogeu pentru a circulariza orbita. Vehiculele de lansare DELTA, care au plasat pe orbită toți primii sateliți de comunicații, erau IRBM-uri THOR care foloseau etajul superior VANGUARD pentru a asigura acest delta-Vee. S-a recunoscut că DELTA era relativ mic și a fost inițiat un proiect de dezvoltare a CENTAUR, o treaptă superioară de mare energie pentru ATLAS ICBM. ATLAS-CENTAUR a devenit fiabil în 1968, iar cea de-a patra generație de sateliți INTELSAT a folosit acest vehicul de lansare. Cea de-a cincea generație a folosit ATLAS-CENTAUR și un nou vehicul de lansare, ARIANE european. De atunci au intrat pe piață și alte vehicule, printre care vehiculul de lansare rusesc PROTON și cel chinezesc LONG MARCH. Toate sunt capabile să lanseze sateliți cu o greutate de aproape treizeci de ori mai mare decât cea a EARLY BIRD.

La mijlocul anilor 1970 au fost construiți mai mulți sateliți care foloseau stabilizarea pe trei axe. Acestea erau mai complexe decât cele rotative, dar ofereau mai multă suprafață despun pentru montarea antenelor și făceau posibilă desfășurarea unor panouri solare foarte mari. Cu cât masa și puterea sunt mai mari, cu atât mai mare pare să fie avantajul stabilizării pe trei axe. Poate că cel mai sigur indiciu al succesului acestei forme de stabilizare a fost trecerea firmei Hughes, identificată îndeaproape cu sateliții rotativi, la această formă de stabilizare la începutul anilor 1990. Cele mai recente produse ale producătorilor de SYNCOM arată destul de asemănător cu designul discreditat ADVENT de la sfârșitul anilor 1950.

Major parte din tehnologia pentru sateliții de comunicații exista în 1960, dar avea să fie îmbunătățită cu timpul. Componenta de comunicații de bază a satelitului era thr traveling-wave-tube (TWT). Acestea fuseseră inventate în Anglia de Rudoph Kompfner, dar au fost perfecționate la Bell Labs de Kompfner și J. R. Pierce. Toți cei trei primii sateliți au folosit TWT-uri construite de un absolvent al Bell Labs. Aceste prime tuburi aveau o putere de ieșire de doar 1 watt. În prezent, sunt disponibile TWT-uri de putere mai mare (50-300 de wați) pentru serviciile standard prin satelit și pentru aplicațiile de radiodifuziune directă. O îmbunătățire și mai importantă a fost utilizarea antenelor de mare câștig. Concentrarea energiei de la un emițător de 1 watt pe suprafața pământului este echivalentă cu un emițător de 100 de wați care radiază în toate direcțiile. Concentrarea acestei energii pe partea de est a SUA este echivalentă cu un emițător de 1000 de wați care radiază în toate direcțiile. Principalul efect al acestei creșteri a puterii reale și efective este că stațiile terestre nu mai sunt reflectoare cu antene de 100 de picioare cu amplificatoare maser răcite criogenic, a căror construcție costă până la 10 milioane de dolari (în dolari din 1960). Antenele pentru serviciile normale prin satelit sunt, de obicei, reflectoare de 15 picioare, care costă 30.000 de dolari (dolari 1990). Antenele de difuzare directă vor avea un diametru de numai 30 cm și vor costa câteva sute de dolari.

Servicii mobile

În februarie 1976 COMSAT a lansat un nou tip de satelit, MARISAT, pentru a furniza servicii mobile Marinei Statelor Unite și altor clienți din domeniul maritim. La începutul anilor 1980, europenii au lansat seria MARECS pentru a furniza aceleași servicii. În 1979, Organizația Maritimă Internațională a ONU a sponsorizat înființarea Organizației Internaționale de Sateliți Maritimi (INMARSAT) într-un mod similar cu INTELSAT. Inițial, INMARSAT a închiriat transponderele sateliților MARISAT și MARECS, dar în octombrie 1990 a lansat primul dintre sateliții săi proprii, INMARSAT II F-1. A treia generație, INMARSAT III, a fost deja lansată.

Un satelit aeronautic a fost propus la mijlocul anilor 1970. Un contract a fost atribuit companiei General Electric pentru construirea satelitului, dar a fost anulat – INMARSAT asigură acum acest serviciu. Deși INMARSAT a fost conceput inițial ca o metodă de furnizare a serviciilor de telefonie și de monitorizare a traficului pe navele aflate pe mare, INMARSAT a oferit mult mai multe. Jurnalistul cu un telefon de servietă este omniprezent de ceva timp, dar Războiul din Golf a adus această tehnologie în atenția publicului.

Statele Unite și Canada au discutat de ceva timp despre un satelit mobil nord-american. În anul următor va fi lansat primul satelit MSAT, la care colaborează AMSC (SUA) și TMI (Canada), care va furniza servicii de telefonie mobilă prin satelit pentru toată America de Nord.

Concurență

În 1965, când a fost lansat EARLY BIRD, satelitul oferea o capacitate de aproape 10 ori mai mare decât cea a cablurilor telefonice submarine pentru aproape 1/10 din preț. Acest diferențial de preț a fost menținut până la instalarea TAT-8 la sfârșitul anilor 1980. TAT-8 a fost primul cablu de fibră optică întins peste Atlantic. Sateliții sunt în continuare competitivi față de cablu pentru comunicațiile punct-la-punct, dar avantajul viitorului ar putea aparține cablului de fibră optică. Sateliții păstrează încă două avantaje față de cablu: sunt mai fiabili și pot fi utilizați punct-la-multipunct (radiodifuziune).

Sistemele de telefonie celulară au apărut ca o provocare pentru toate celelalte tipuri de telefonie. Este posibil să se amplaseze un sistem celular într-o țară în curs de dezvoltare la un preț foarte rezonabil. Apelurile interurbane necesită o altă tehnologie, dar aceasta poate fi fie sateliți, fie cablu de fibră optică.

Sistemele LEO

Telefonia celulară ne-a adus un nou „sistem” tehnologic – sistemul de comunicații personale (PCS). În PCS-ul complet dezvoltat, individul ar purta telefonul cu el. Acest telefon ar putea fi folosit pentru voce sau date și ar putea fi utilizat oriunde. Mai multe companii s-au angajat să furnizeze o versiune a acestui sistem folosind sateliți pe orbite joase ale Pământului (LEO). Aceste orbite sunt semnificativ mai joase decât orbitele TELSTAR/RELAY de la începutul anilor 1960. Primii sateliți cu „orbită joasă” se aflau pe orbite eliptice care îi duceau prin centura inferioară de radiații Van Allen. Noile sisteme se vor afla pe orbite la aproximativ 500 de mile, sub centura.

Cel mai ambițios dintre aceste sisteme LEO este Iridium, sponsorizat de Motorola. Iridium plănuiește să lanseze 66 de sateliți pe orbita polară la altitudini de aproximativ 400 de mile. Fiecare dintre cele șase planuri orbitale, separate de 30 de grade în jurul ecuatorului, va conține unsprezece sateliți. Inițial, Iridium plănuia să aibă 77 de sateliți – de unde și numele său. Elementul 66 are denumirea mai puțin plăcută de Dysprosium. Iridium se așteaptă să furnizeze servicii de comunicații pentru telefoanele portabile în 1998. Costul total al sistemului Iridium depășește cu mult trei miliarde de dolari.

În plus față de „marile LEOS”, cum ar fi Iridium și Globalstar, există mai multe „mici LEOS”. Aceste companii intenționează să ofere servicii mai limitate, de obicei date și radiodeterminare. Tipic pentru acestea este ORBCOM, care a lansat deja un satelit experimental și se așteaptă să ofere servicii limitate în viitorul foarte apropiat.

Prospectivă și retrospectivă

Viziunea lui Arthur C. Clarke din 1945 era aceea a unui sistem de trei sateliți „cu echipaj uman” localizați deasupra principalelor mase terestre ale Pământului și care să furnizeze televiziune cu difuzare directă. Natura inerentă de „difuzare” a comunicațiilor prin satelit a făcut ca transmisia directă să fie o temă recurentă – dar care nu a fost niciodată dusă la bun sfârșit. Problemele nu sunt de natură tehnică, ci politică, socială și artistică. Pentru ce vor fi dispuși oamenii să plătească? Aceasta este întrebarea, mai ales în condițiile în care există sisteme de cablu cu 120 de canale. Se pare că Hughes este pe cale să intre în acest domeniu și ar putea să-i încurajeze și pe alții să facă același lucru. Doar atunci se va împlini viziunea profetică a lui Clarke.

În prezent există șase companii care furnizează servicii fixe prin satelit în SUA: GE Americom, Alascom, Alascom, AT&T, COMSAT, GTE și Hughes Communications. Acestea operează 36 de sateliți și au o valoare netă de peste patru miliarde de dolari. Stațiile terestre care comunică cu acești sateliți sunt nenumărate și pot avea o valoare netă similară. Din 1986, INTELSAT are concurență pe piața internațională din partea Pan American Satellite. Se așteaptă ca Orion Satellite să înceapă serviciile internaționale în 1994. De când Canada a început să furnizeze servicii interne prin satelit în 1972, acestei țări i s-au alăturat Statele Unite (1974), Indonezia (1976), Japonia (1978), India (1982), Australia (1985), Brazilia (1985), Mexic (1985) și multe altele. În fiecare an sunt lansați între 10 și 20 de sateliți de comunicații, în valoare de aproximativ 75 de milioane de dolari fiecare. Vehiculele de lansare care îi plasează pe orbită au valori similare. Atât sateliții, cât și vehiculele de lansare sunt afaceri de mai multe miliarde de dolari. Afacerea stațiilor terestre este la fel de mare. În cele din urmă, serviciile de comunicații în sine sunt afaceri de mai multe miliarde de dolari. John R. Pierce a avut dreptate – ar valora un miliard de dolari.

Cronologie selectivă a sateliților de comunicații

  • 1945 Articol Arthur C. Clarke: „Extra-Terrestrial Relays”
  • 1955 John R. Pierce Article: „Orbital Radio Relays”
  • 1956 Primul cablu telefonic transatlantic: TAT-1
  • 1957 Sputnik: Rusia lansează primul satelit terestru.
  • 1960 Primul vehicul de lansare DELTA cu succes
  • 1960 AT&T aplică la FCC pentru obținerea unei licențe experimentale de comunicații prin satelit
  • 1961 Începerea oficială a programelor TELSTAR, RELAY și SYNCOM
  • 1962 Lansarea TELSTAR și RELAY
  • 1962 Communications Satellite Act (U.S.)
  • 1963 Lansarea SYNCOM
  • 1964 Formarea INTELSAT
  • 1965 EARLY BIRD al COMSAT: primul satelit comercial de comunicații
  • 1969 Seria INTELSAT-III asigură o acoperire globală
  • 1972 ANIK: primul satelit de comunicații interne (Canada)
  • 1974 WESTAR: primul satelit de comunicații din U.S.U.A. Domestic Communications Satellite
  • 1975 INTELSAT-IVA: Prima utilizare a polarizării duble
  • 1975 RCA SATCOM: Primul satelit de comunicații operațional cu corp stabilizat
  • 1976 MARISAT: Primul satelit de comunicații mobile
  • 1976 PALAPA: A treia țară (Indonezia) care lansează un satelit de comunicații interne
  • 1979 INMARSAT format.
  • 1988 TAT-8: Primul cablu telefonic transatlantic cu fibră optică

.